CCC|南昌大学团队:工业固废 + 生物基材料制备双功能微胶囊 实现混凝土自修复 - 螯合协同防腐

DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2026.106694

自修复微胶囊；钢筋混凝土；协同抑制腐蚀；基于香叶醇的 Schiff 基化合物；锂矿渣；绿色合成技术

腐蚀环境下钢筋混凝土易开裂、钢筋锈蚀，传统防护及常规微胶囊存在性能、环保、成本等短板。本研究以工业锂渣、生物基原料制备自修复 - 螯合双功能微胶囊，借助试验与理论分析验证其应用效果。该材料可通过物理封堵与化学螯合实现协同防护，最优掺量下力学修复、抗渗、防腐性能突出，原料绿色、成本低廉，为混凝土结构长效防腐提供了可行的新技术。

针对现有微胶囊原料不环保、功能单一、防腐效果有限、制备成本高的痛点，本研究以锂渣（工业固废）为乳化剂、亚麻籽油（生物基材料）为芯材、香草醛席夫碱为壁材，采用 Pickering 乳液法制备新型双功能微胶囊。系统探究微胶囊制备工艺、碱环境稳定性，评价其对砂浆力学修复、抗渗、钢筋防腐的作用，结合多表征与理论计算揭示物理封堵 + 化学螯合协同防护机理，为绿色智能混凝土防护材料提供新方案。

研究动机的概念框架

原料预处理→疏水改性锂渣制备→Pickering 乳液法合成双功能微胶囊→微胶囊结构与性能表征→不同掺量微胶囊掺入砂浆 / 钢筋试件→宏观性能测试（强度、抗渗、电化学腐蚀）→微观形貌、物相、元素分析→DFT 理论计算→解析自修复 - 螯合协同机制→总结最优掺量与应用价值。

实验材料

①核心原料：普通硅酸盐水泥、标准砂、HRB400 钢筋；锂渣、亚麻籽油、香草醛席夫碱；三甲基氯硅烷（改性剂）、去离子水、模拟混凝土孔隙液等；

SAMIC 的合成与制备过程

实验方法

①宏观性能测试：

• 力学性能：基准组与掺微胶囊砂浆 3d/28d 抗压强度，预损后强度修复率测试；

• 耐久性能：RCM 法测试氯离子扩散系数，评价裂缝修复与抗渗能力；

• 防腐性能：电化学阻抗、动电位极化测试，计算腐蚀抑制效率；

• 裂缝观测：超景深显微镜实时监测裂缝填充速率与填充率。

②微观与物相表征：

FTIR 红外光谱、TG-DSC 热分析、XRD 物相分析；SEM-EDS、TEM 微观形貌与元素分布；XPS 表面化学态分析；粒径与 Zeta 电位测试；密度泛函理论（DFT）电子结构计算

合成过程中关键参数的表征

VSB-LS 混合壁材料对微胶囊性能的影响

SAMIC 的结构特征：(a) FTIR 光谱图；(b) SAMIC 与原料的 TG 曲线

不同剂量 SAMIC 对 Fe 的螯合效果

对 SAMIC 在砂浆中的分散状态及稳定性的分析

掺 SAMIC 的砂浆自修复性能的综合评价

受损前后，掺有SAMIC6的砂浆中孔隙尺寸分布的比较

不同 SAMIC剂量下试样的腐蚀电化学行为及微观特性

对钢筋表面腐蚀产物化学状态的 XPS 分析

微裂纹愈合过程的实时监测与定量评估

通过实验和理论验证 SAMIC 的化学钝化效果

SAMIC 在砂浆中的自修复功能以及与其他材料的协同保护作用

1、以改性锂渣为绿色乳化剂、生物基亚麻籽油为芯材、香草醛席夫碱为壁材，可高效制备复合微胶囊，原料绿色低碳，实现工业固废资源化利用。

2、该微胶囊在混凝土强碱环境中结构稳定，6% 掺量下综合性能最优，可显著修复受损砂浆的力学性能与抗渗能力。

3、体系依靠亚麻籽油皂化物理封堵+席夫碱螯合钝化双重作用实现高效防腐，两种机制协同增效，防腐性能远超传统微胶囊。量化得出化学螯合作用对整体防腐贡献接近半数，结合理论计算揭示了界面配位的微观作用本质。

4、量化得出化学螯合作用对整体防腐贡献接近半数，结合理论计算揭示了界面配位的微观作用本质。

5、该制备工艺简单、原料成本低，兼顾环保、力学与防腐性能，适用于海洋、盐碱、冻融等各类腐蚀工况下的钢筋混凝土结构，应用前景广阔。