一种混凝土信息标签及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种混凝土信息标签及其制备方法和应用。

背景技术

2021年我国混凝土产量达到32.9亿立方米，这些混凝土被用于生产制品、预制构件、现浇结构等不同用途。在实际生产过程中，通常采用手动记录的方式，对不同混凝土产品的厂家、配比、养护、储存、运输等信息进行记录，效率低下。有研究利用射频识别标签储存混凝土产品信息，将标签预埋在产品内部，通过射频识别技术读取标签内的信息。然而，射频识别标签一般采用有机材料，如环氧树脂封装，这类有机材料与混凝土相容性差，造成混凝土力学性能大幅降低。也有将射频识别标签粘贴于混凝土表面，然而，有机材料暴露于环境下耐候性差，造成射频标签使用寿命降低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种混凝土信息标签及其制备方法和应用，解决现有技术中射频识别标签的使用造成混凝土力学性大幅下降、且射频识别标签使用寿命低的技术问题。

第一方面，本发明提供一种混凝土信息标签，该混凝土信息标签依次由第一矿化面层、保护层、可读写芯片层、抗金属层和第二矿化面层组成；其中，按重量份计，第一矿化面层和第二矿化面层的原料包括：矿化胶凝材料8.5～28份，水0.6～8.4份，改性剂0.5～1.8份，增强剂0.4～1.6份，增韧剂0.4～1.5份。

第二方面，本发明提供一种混凝土信息标签的制备方法，包括以下步骤：

在可读写芯片层两侧分别形成保护层和抗金属层；

将矿化胶凝材料、改性剂、增强剂、增韧剂与水混合均匀形成混合料；

将混合料涂覆至保护层和抗金属层表面，控水，置于二氧化碳氛围中矿化，分别形成第一矿化面层和第二矿化面层，得到混凝土信息标签。

本发明第三方面提供上述混凝土信息标签在混凝土制品、预制构件、现浇结构中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

本发明利用矿化胶凝材料与二氧化碳发生矿化反应生成以碳酸钙、碳酸镁为主的矿化产物，通过矿化面层对可读写芯片层进行封装形成混凝土信息标签。不同于有机材料，碳酸钙或碳酸镁矿化面层与混凝土主体相容性好，因此本发明研制的混凝土信息标签在预埋进混凝土内部使用时，对混凝土力学性能降低更少。另一方面，基于类岩石组分的矿化面层封装作用，本发明研制的混凝土信息标签在粘贴于混凝土表面使用时，具有优异的耐候性。本发明技术原理简单、效果明显，可显著提高混凝土在生产使用过程中的信息管理效率，同时保证混凝土结构主体具有较高的力学性能，在混凝土制品、预制构件、现浇结构等领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明提供的混凝土信息标签一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，第一方面，本发明提供一种混凝土信息标签，该混凝土信息标签依次由第一矿化面层、保护层、可读写芯片层、抗金属层和第二矿化面层组成；其中，按重量份计，第一矿化面层和第二矿化面层的原料包括：矿化胶凝材料8.5～28份，水0.6～8.4份，改性剂0.5～1.8份，增强剂0.4～1.6份，增韧剂0.4～1.5份。

本发明利用矿化胶凝材料与二氧化碳发生矿化反应生成以碳酸钙、碳酸镁为主的矿化产物，通过矿化面层对可读写芯片层进行封装最终形成混凝土信息标签。不同于有机材料，碳酸钙或碳酸镁矿化面层与混凝土主体相容性好，因此本发明研制的混凝土信息标签在预埋进混凝土内部使用时，对混凝土力学性能降低更少。另一方面，基于类岩石组分的矿化面层封装作用，本发明研制的混凝土信息标签在粘贴于混凝土表面使用时，具有优异的耐候性。

优选的，保护层的材质为环氧树脂、乙烯基树脂、透明硅胶中的一种或多种。本发明通过设置保护层可隔绝水分及其它侵蚀性介质与可读写芯片层直接接触。

优选的，保护层的厚度为0.2～0.8mm。若保护层厚度过小，则外部水分与侵蚀性介质可能透过保护层损伤芯片，若保护层厚度过大则不利于可读写芯片层与外界进行信号交流，并增大混凝土信息标签厚度。

优选的，抗金属层的材质为磁性吸波材料，其通过在可读写芯片层表面涂覆磁性吸波材料形成。本发明通过设置抗金属层可提高混凝土信息标签的抗金属干扰能力。进一步地，磁性吸波材料为铁氧体粉末、铁微粉、铁合金粉、硼硅酸铝中的一种或多种。

优选的，抗金属层的厚度为0.2～0.8mm。若抗金属层厚度过低，则会降低混凝土信息标签抗金属干扰能力；抗金属层厚度过高，则会增大混凝土信息标签厚度，影响使用。

本发明中，可读写芯片层的结构为现有技术，本发明对此不作特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。可读写芯片层内设置有射频芯片和射频天线，射频芯片带有唯一的识别号，可写入待储存或待标记信息，射频天线与射频芯片相连接，并可被外部读写机器探测到，从而对射频芯片内所存信息进行传输。进一步地，外部读写机器的工作频率包括30～300kHz低频、3～30MHz高频以及433～950MHz超高频。

优选的，矿化胶凝材料为硅酸三钙、γ型硅酸二钙、β型硅酸二钙、硅酸一钙、二硅酸三钙、氢氧化钙、氢氧化镁、氧化钙、氧化镁、水化硅酸钙、硅铝酸钙中的一种或多种，粒度在150μm以下。

优选的，改性剂为羧甲基纤维素、膨润土、偏高岭土中的一种或多种。本发明通过加入改性剂可以在矿化面层制备过程中提高混合料均质性，避免混合料分层，并提高矿化面层与保护层粘结能力。

优选的，增强剂为壳聚糖、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或多种。本发明通过加入增强剂可以在矿化反应中促进钙离子或镁离子溶出，从而诱导生成更多碳酸钙或碳酸镁。

优选的，增韧剂为水性丙烯酸树脂、水性醇酸树脂、水性饱和聚酯树脂的一种或多种，质量固含量范围20％～60％。本发明通过加入增韧剂可以提高矿化面层的柔韧性，避免矿化及使用过程中开裂。

优选的，第一矿化面层和第二矿化面层的厚度为0.1～1mm。若矿化面层厚度过低，则对可读写芯片层保护不够，降低耐候性；矿化面层厚度过高，则会增大混凝土信息标签厚度，影响使用。

第二方面，本发明提供一种混凝土信息标签的制备方法，包括以下步骤：

S1、在可读写芯片层两侧分别形成保护层和抗金属层；

S2、将矿化胶凝材料、改性剂、增强剂、增韧剂与水混合均匀形成混合料；

S3、将混合料涂覆至保护层和抗金属层表面，控水，置于二氧化碳氛围中矿化，分别形成第一矿化面层和第二矿化面层，得到混凝土信息标签。

本发明对涂覆方式不作限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。例如可以为喷涂、刷涂或滚涂，优选为喷涂；喷涂所用喷枪的喷涂口径优选为0.2～2mm，喷涂距离优选为5～20cm，喷涂厚度优选为0.1～1mm。

优选的，控水温度为40～60℃，控制含水率为10％～20％；二氧化碳气氛的压力为0.1～0.3MPa，温度为5～90℃，二氧化碳体积浓度为20％～99.9％，时间为2～24h。

优选地，上述在可读写芯片层两侧分别形成保护层和抗金属层的步骤包括：

S11、在可读写芯片层的一表面涂覆抗金属层材料形成抗金属层；

S12、在可读写芯片层远离抗金属层的另一表面涂覆保护层材料形成保护层。

本发明第三方面提供上述混凝土信息标签在混凝土制品、预制构件、现浇结构中的应用。

实施例1

矿化胶凝材料为γ型硅酸二钙，粒度为0～150μm，改性剂为羧甲基纤维素，增强剂为壳聚糖，增韧剂为水性丙烯酸树脂(质量固含量40％)。取γ型硅酸二钙16份，水4.8份，羧甲基纤维素1.5份，壳聚糖1.2份，水性丙烯酸树脂0.9份。将γ型硅酸二钙、羧甲基纤维素、壳聚糖、水性丙烯酸树脂与水混合均匀形成混合料备用；在可读写芯片层表面涂覆铁氧体粉末抗金属层材料固化后形成抗金属层；在可读写芯片层远离抗金属层的另一表面涂覆环氧树脂保护层材料固化后形成保护层；将混合料喷涂至保护层和抗金属层表面，喷涂口径为1mm，喷涂距离为10cm，厚度为0.5mm，置于50℃烘箱中控制含水率为15％。将控水后涂层置于二氧化碳氛围中矿化，矿化气压为0.2MPa，温度为25℃，相对湿度为50％，二氧化碳体积浓度为99％，时间为12h，形成矿化面层，最终得到混凝土信息标签。将混凝土信息标签预埋至C60混凝土试块中心，混凝土试块大小为100mm×100mm×100mm，并置于标准养护箱中养护28天。利用外部读写机器对混凝土内部的信息标签所储存的信息的进行读取，外部读写机器的工作频率为433～950MHz超高频，记录外部读写机器信号强度，并测试含信息标签的混凝土试块抗压强度。

实施例2

与实施例1的区别仅在于，矿化胶凝材料为8份γ型硅酸二钙和8份硅酸一钙，粒度为0～150μm，其他同实施例1。

实施例3

与实施例1的区别仅在于，矿化胶凝材料为16份硅酸一钙，粒度为0～150μm，其他同实施例1。

实施例4

与实施例1的区别仅在于，将得到的混凝土信息标签粘贴于养护28天后的C60混凝土表面，利用外部读写机器对混凝土信息标签所储存的信息的进行读取，并记录外部读写机器信号强度。将粘贴了信息标签的混凝土置于紫外加速老化试验箱中试验1500小时，观察信息标签表面形貌变化，并再次利用外部读写机器对信息标签所储存的信息的进行读取，记录外部读写机器信号强度。

实施例5

与实施例4的区别仅在于，矿化胶凝材料为8份γ型硅酸二钙和8份硅酸一钙，其他同实施例4。

实施例6

与实施例4的区别仅在于，矿化胶凝材料为16份硅酸一钙，其他同实施例4。

实施例1～3中将信息标签预埋至混凝土试块中心位置，外部读写机器的信号强度及混凝土抗压强度结果如表1所示。实施例4～6中将信息标签粘贴于混凝土试块表面，外部读写机器的信号强度及信息标签耐老化性能如表2所示。表中，信号强度的数值越接近于0，则代表接收到的信号越强。信号强度数值在-50dBm以内，则代表接收到的信号较强，信号衰减较少。

表1实施例1～3中外部读写机器信号强度及混凝土抗压强度

由表1可知，当信息标签预埋至混凝土试块中心位置时，外部读写机器的信号强度均在-50dBm左右，说明本发明研制的混凝土信息标签信号传输性能优异，信号强度衰减低。与60MPa(不含信息标签的混凝土抗压强度)相比，预埋信息标签的混凝土抗压强度降低值在7MPa以内，说明本发明研制的信息标签与混凝土相容性较好，对混凝土力学性能影响较小。

表2实施例4～6中外部读写机器信号强度及信息标签耐老化性能

由表2可知，当信息标签粘贴于混凝土试块表面时，外部读写机器的信号强度均在-50dBm以内，说明本发明研制的混凝土信息标签具有优异的信号传输性能。实施例4～6在进行1500小时紫外加速老化测试后，其矿化面层均无鼓泡、脱落和裂纹，远超过一般有机材料和涂料所具备的600小时紫外加速老化时限，并且本发明制备的混凝土信息标签在矿化面层的防护作用下，紫外加速老化试验后其信号传输性能基本不变，说明其具有优异的耐老化性能。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。