專利名稱：一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及混凝土工程領域，特別是涉及一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)。
背景技術：
地下結構(如城市軌道交通隧道結構)設計壽命為100年，其所處巖土賦存條件復雜，周邊環(huán)境敏感，列車運行密度極高，使用條件苛刻，結構自身在多因素長期作用下性能不斷劣化，一旦損壞不易或不可更換，并將會誘發(fā)地下工程災害。硫酸鹽侵蝕是混凝土耐久性的一項重要內容，同時也是影響因素最復雜、危害性最大的一種環(huán)境水侵蝕，如亢景富， 混凝土硫酸鹽侵蝕研究中的幾個基本問題[J]，混凝土，1995，3 :9-18中所記載的，近年來， 在鐵路、公路、礦山和水電工程中都發(fā)現了地下水對混凝土結構物的硫酸鹽侵蝕破壞問題， 有的已經嚴重威脅了工程的安全運行，如成昆鐵路的部分隧道工程，枝柳鐵路工程等。
隧道結構混凝土受硫酸鹽腐蝕的機理主要是結構混凝土由于列車疲勞荷載以及其它原因產生裂縫，地下水中大量S042_離子通過原有的空隙或者因荷載產生的裂縫進入混凝土內，與混凝土中的Ca (OH) 2以及水化鋁酸鈣3Ca0 · Al2O3 · 6H20發(fā)生化學反應，生成過量的石骨CaSO4 · 2H20和I丐帆石3Ca0 · Al2O3 · 3CaS04 · 31H20,由于石骨和I丐帆石結晶膨脹，其體積較同體積的反應物增大一倍以上，從而使混凝土膨脹開裂，見附圖1。
如賀傳卿，李永貴，王懷義，高建新，硫酸鹽對水泥混凝土的侵蝕及其防治措施 [J].混凝土，2003，3 56-57中所記載的，混凝土抗硫酸鹽侵蝕主要包括以下幾種方法
I)降低水泥熟料中C3A與C3S含量水泥石中，水化產物3Ca0 · Al2O3 · 6H20占首位，其次是Ca(OH)2，兩 者的含量由硅酸鹽水泥熟料中的硅酸三鈣C3S和鋁酸三鈣C3A決定， 因此控制水泥熟料中的C3A和C3S有助于提聞混凝土的抗硫酸鹽腐蝕能力。
2)摻優(yōu)質礦物摻合料在混凝土中摻入優(yōu)質的礦物摻合料(例如粉煤灰，礦渣微粉，硅灰等)取代部分水泥一方面將減小C3A與C3S含量，另一方面將與Ca(OH)2發(fā)生反應產生C-S-H凝膠，混凝土強度提高、結構改變，阻止S042_的腐蝕。
3)控制水灰比低水灰比混凝土密實度高，抗?jié)B性能好，能有效控制S042_的腐蝕。
4)適宜的水泥摻量實驗證明提高水泥用量、降低滲透性將會降低硫酸鹽的腐蝕。
5)摻優(yōu)質外加劑減水劑是一種表面活性劑，能大幅降低混凝土用水量，能改善混凝土的和易性，增大流動性，提高密實度。引氣劑能在混凝土中引入大量互不貫通的微小氣泡，均勻分布在混凝土中，能切斷毛細孔通道，提高混凝土抗?jié)B性。由于混凝土密實度和抗?jié)B性的提高，能有效減少SO42-的腐蝕。
6)嚴格控制施工質量正確的振搗可以提高混凝土的密實度。正確的養(yǎng)護可以提高混凝土強度、抗?jié)B、抗凍能力以及防止裂縫產生。通過控制施工質量能提高混凝土抗硫酸鹽腐蝕的性能。
7)采用防腐涂層將防腐涂料涂刷于結構物表面，阻止SO42-侵入。
總結起來，現有的抗硫酸鹽腐蝕方法用于隧道結構時存在如下缺點及不足
I)提高混凝土的設計等級、提高混凝土及其鋼筋自身的防護能力等雖可解決一些問題，但實踐證明仍無法有效長期控制硫酸鹽腐蝕。而且抗硫酸鹽水泥耐腐蝕指標規(guī)定 SO廣的濃度為2500mg/L,而實際上SO廣的濃度經常超過這一指標,普通抗硫酸鹽水泥滿足不了實際工程需要。
2)采用防腐涂層時施工難度大，且涂層易脫落。
3)后期無法阻止硫酸鹽的進一步擴散。

發(fā)明內容
鑒于以上所述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，用于解決現有技術中的問題。本發(fā)明對現有的混凝土抗硫酸鹽腐蝕方法進行改進，借助微膠囊自修復裂縫的思想，建立智能的抗硫酸鹽腐蝕的地下結構混凝土系統(tǒng)，提高地下地下結構的安全性和耐久性，延長地下結構的使用壽命。
為實現上述目的及其他相關目的，本發(fā)明第一方面提供一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，包括混凝土基體，所述混凝土基體內設有化學微膠囊，所述化學微膠囊內包覆有修復劑，所述修復劑選自可與硫酸根離子發(fā)生反應，并生成沉淀的溶液。
所述混凝土基體承擔地下結構外部荷載,如土體荷載或列車荷載。
所述化學微膠囊的微膠囊壁保護修復劑不受外界環(huán)境的影響。當裂縫擴展到微膠囊處時膠囊壁破裂，釋放內部修復劑，抵抗硫酸鹽腐蝕。
所述修復劑的作用是與硫酸根離子反應，減小混凝土內硫酸根離子濃度；同時生成沉淀，填充混凝土內孔隙和裂縫，阻斷硫酸鹽腐蝕通道。
優(yōu)選地，所述修復劑選自可與硫酸根離子發(fā)生反應，并生成沉淀的鹽的水溶液。
優(yōu)選地，所述修復劑選自Ba(NO3)2水溶液、Pb (NO3)2水溶液、Ba(OH)2水溶液、 Ba (CH3COO) 2水溶液或Pb (CH3COO) 2水溶液，以及其他能在微膠囊破裂時流出，且和硫酸根離子發(fā)生反應生成沉淀的鹽溶液等。
優(yōu)選的，所述修復劑選自飽和的Ba(NO3)2水溶液、Pb (NO3)2水溶液、Ba(OH)2水溶液、Ba (CH3COO) 2水溶液或Pb (CH3COO) 2水溶液。
優(yōu)選的，所述修復劑為Ba (NO3) 2水溶液，配置濃度為9g/100mL，其與硫酸根離子發(fā)生反應，生成BaSO4沉淀,反應式如下
Ba(NQl)2 + 財”=滅04 I +2而,”(I)
優(yōu)選的，混凝土基體內化學微膠囊的體積摻量為混凝土總體積的5%_15%。
優(yōu)選的，所述化學微膠囊為球形，所述化學微膠囊的直徑為5-1000微米。
優(yōu)選地，所述微膠囊壁材料選自動物明膠、聚乙烯醇、三聚氰胺甲醛聚合物、丙烯酸樹脂、聚氨酯橡膠、聚脲、聚脲甲醛、合成蠟、乙酸丁酸纖維素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛樹脂類或玻璃等。
優(yōu)選的，所述微膠囊壁厚為O. 1-5微米。
優(yōu)選的，所述微膠囊壁材料為聚脲甲醛，壁厚為O. 5微米，化學微膠囊的半徑為 200微米。
優(yōu)選的，所述化學微膠囊在混凝土基體內均勻分布。
所述化學微膠囊將修復劑微膠囊化，使用時，將化學微膠囊按照既定比例與混凝土一起攪拌，使微膠囊在混凝土基體里均勻分布。
本發(fā)明第二方面提供一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)在混凝土抗硫酸鹽腐蝕領域的應用。
具體的，其應用領域包含隧道、地鐵、樁基、地下室、共同溝等埋置于巖土體中的地下混凝土結構、處于含硫酸鹽水環(huán)境中的海工混凝土結構以及其他可能遭受硫酸鹽腐蝕的混凝土結構等。
當含硫酸根離子的地下水侵入混凝土時，混凝土基體上裂縫擴展使微膠囊壁破裂，微膠囊中的修復劑流出，與硫酸根離子反應消耗硫酸根離子，吸收混凝土中的硫酸根離子，減小混凝土中硫酸根離子濃度，從而減小硫酸鹽擴散程度。同時生成沉淀，填充混凝土孔隙和裂縫，阻塞硫酸鹽進一步腐蝕的通道，進一步提高混凝土抗硫酸鹽腐蝕的能力。
本發(fā)明所提供的化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)為混凝土基體硫酸鹽侵蝕的修復和有效延緩潛在的危害提供了一種新的方法，一個自修復系統(tǒng)將免去有效的監(jiān)測和外部修復所需的高額費用，避免了人工修復帶來的地下工程(如軌道交通線路)停運等問題，大大提高地下結構的安全性和耐久性，地下結構(如地鐵)的使用壽命也將延長。
本化學抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)與現有的抗硫酸鹽侵蝕方法相比，有如下幾個方面的優(yōu)占- ^ \\\ ·
I)可以實現混凝土智能控制硫酸鹽濃度，降低硫酸鹽腐蝕程度；
2)可以在減小硫酸根離子濃度的同時產生沉淀，阻塞硫酸鹽腐蝕的通道；
3)微膠囊可以保護內部修復劑免受外界環(huán)境的影響，使修復劑抗硫酸鹽腐蝕能力長時間有效；
4)相比采用防腐涂層，本抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)因為化學微膠囊大量均勻分布在混凝土基體中，能實現大范圍、多次的修復。


圖1顯示為硫酸鹽腐蝕鋼筋混凝土示意圖。
圖2顯示為本發(fā)明化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)示意圖。
(a)化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)示意(b)微膠囊示意圖。
圖3顯示為本發(fā)明化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)工作原理圖
(a)修復前；
(b)修復后。
標號說明
權利要求
1.一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，包括混凝土基體，所述混凝土基體內設有化學微膠囊，所述化學微膠囊內包覆有修復劑，所述修復劑選自可與硫酸根離子發(fā)生反應，并生成沉淀的溶液。
2.如權利要求1所述的一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述修復劑選自可與硫酸根離子發(fā)生反應并生成沉淀的鹽的水溶液。
3.如權利要求2所述的一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述修復劑選自Ba (NO3) 2水溶液、Pb (NO3) 2水溶液、Ba (OH) 2水溶液、Ba (CH3COO) 2水溶液或Pb (CH3COO) 2水溶液。
4.如權利要求1-3任一權利要求所述的一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述修復劑選自飽和的Ba(NO3)2水溶液、Pb (NO3)2水溶液、Ba (OH)2水溶液、Ba (CH3COO) 2水溶液或Pb (CH3COO) 2水溶液。
5.如權利要求1所述的一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，混凝土基體內化學微膠囊的體積摻量為混凝土總體積的5%-15%。
6.如權利要求5所述的一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述化學微膠囊為球形，直徑為5-1000微米。
7.如權利要求1所述的一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述微膠囊壁材料選自動物明膠、聚乙烯醇、三聚氰胺甲醛聚合物、丙烯酸樹脂、聚氨酯橡膠、聚脲、聚脲甲醛、合成蠟、乙酸丁酸纖維素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛樹脂類或玻璃。
8.如權利要求7所述的一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述微膠囊壁厚為0. 1-5微米。
9.如權利要求1-8任一權利要求所述的一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)在混凝土抗硫酸鹽腐蝕領域的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及混凝土工程領域，特別是涉及一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種地下結構混凝土化學微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，包括混凝土基體，所述混凝土基體內設有化學微膠囊，所述化學微膠囊內包覆有修復劑，所述修復劑選自可與硫酸根離子發(fā)生反應，并生成沉淀的溶液。本系統(tǒng)與現有的方法相比，具有如下優(yōu)點可實現混凝土智能控制硫酸鹽濃度，降低硫酸鹽腐蝕程度；可在減小硫酸根離子濃度的同時產生沉淀，阻塞硫酸鹽腐蝕的通道；微膠囊可以保護內部修復劑免受外界環(huán)境的影響，使修復劑抗硫酸鹽腐蝕能力長時間有效；本抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)因為化學微膠囊大量均勻分布在混凝土基體中，能實現大范圍、多次的修復。
文檔編號C04B22/14GK102992675SQ201210530118
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權日2012年12月11日
發(fā)明者周帥, 朱合華, 閆治國, 陳慶 申請人:同濟大學