基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料及应用，所述混凝土裂缝自修复材料包括负载了微生物协同矿化剂的多孔载体和底物；所述微生物协同矿化剂包括具有诱导矿化能力的脲解型菌和反硝化型菌的芽孢体混合物及营养物；应用时将混凝土裂缝自修复材料与混凝土各组分直接混合，底物则首先在拌合水中溶解，然后再与混凝土其他组分混合均匀。与现有技术相比，本发明专利技术利用脲解型菌和反硝化型菌的协同矿化作用修复混凝土裂缝，能够弥补当前微生物自修复混凝土修复速率慢、仅能修复裂缝表面部位等缺陷，使混凝土具有优异的自我修复能力，提高混凝土耐久性，延长结构服役寿命。命。命。

【技术实现步骤摘要】
基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料及应用


[0001]本专利技术涉及一种混凝土裂缝自修复材料领域，尤其是涉及一种基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料及应用。

技术介绍

[0002]由于强度高、成本低、施工方便等优势，混凝土是目前世界上应用最为广泛的建筑材料。然而混凝土是一种准脆性体，且各组分性质不均一，容易在外力载荷、内外温湿度变化等条件的单独或综合作用下发生开裂。外界侵蚀性介质将通过裂缝快速进入混凝土内部，加速基体及内部钢筋的腐蚀，严重损害结构耐久性，缩短建筑的服役寿命。
[0003]在一定条件下，混凝土自身对裂缝具有一定的愈合能力，其主要利用未水化水泥颗粒的持续水化以及水化产物在空气中的碳化来达到修复裂缝的目的，但这种自我愈合能力极其微弱。为进一步增强混凝土对自身损伤的愈合能力，研究人员将具有诱导矿化沉积作用的微生物和相应底物在成型阶段引入混凝土。一旦混凝土发生开裂，外界水分及氧气的进入将促使微生物萌发和生长，并进行代谢作用诱导生成具有一定胶凝作用的无机与有机混合材料，从而实现裂缝的修复。
[0004]然而在混凝土成型的搅拌过程中会产生高剪切应力，同时水泥持续水化导致混凝土内部不断密实，且水化产物也进一步形成高碱性环境，以上都将阻碍微生物在混凝土内部有效存活。为避免混凝土内部恶劣环境对微生物造成的损害，通常采用多孔材料为微生物在混凝土内部提供适宜的生存空间，保证混凝土结构开裂能得到及时有效的修复。
[0005]CN111138107A提供了一种混凝土裂缝自修复的微生物固载方法，包括：将微生物或微生物芽孢固载在载体中，并进行外包裹处理的固载工艺；将营养物质负载于上述载体中的二次固定工艺；以及，将上述二次固定工艺所得固定后载体掺杂于混凝土原料中的预埋工艺；上述载体为珊瑚礁钙质砂；上述营养物质中包括3,5
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二硝基苄醇和三偏磷酸钠。该技术方案采用了需氧型的球形芽孢杆菌、巴氏芽孢杆菌、科氏芽孢杆菌、蜡样芽胞杆菌、地衣芽孢杆菌等，受氧供应的限制，致使裂缝深处区域的修复效果下降，同时该技术方案采用二次固定工艺对微生物修复剂进行负载，工艺流程更复杂。
[0006]CN109574530A公开了一种用于混凝土裂缝自修复的弹性修复剂及其制备方法，包括橡胶颗粒、微生物或微生物芽孢、包裹材料，所述橡胶颗粒作为所述微生物或微生物芽孢的载体，并采用所述包裹材料将所述微生物或微生物芽孢保护于所述橡胶颗粒的孔隙内。该技术方案采用了好氧型嗜碱微生物，受氧供应的限制，将导致无法完成裂缝深处区域的修复。
[0007]CN111056782A公开了一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，属于微生物学和土木工程材料交叉
，包括将微生物修复剂添加进混凝土原料，制得隧道衬砌混凝土；修复剂的制备步骤为：将微生物或微生物芽孢负载在载体中作为基芯材料，然后在基芯材料上固载营养物质形成核结构，最后在核结构表面固载保护层，干燥，即得微生物修复剂；上述微生物或微生物芽孢负载操作在磷酸三辛酯和三烯丙胺存在的环境中进行。该
技术方案同样采用需氧型微生物，由于矿化沉积受氧供应限制，仅能修复混凝土表面的裂缝。
[0008]综上所述，本专利采用需氧型和厌氧型微生物的协同矿化，实现对混凝土的表面及深层裂缝的同步有效修复，克服了既有技术方案中仅使用需氧或好氧型微生物，从而无法修复混凝土深处裂缝的缺陷。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料及应用，本技术方案能够快速填充修复混凝土表面裂缝，随后裂缝深处处于缺氧环境的反硝化细菌萌发生长，通过无氧呼吸诱导产生碳酸钙矿物进一步修复混凝土深处裂缝，从而阻止外界侵蚀性物质向混凝土内部渗入，增强混凝土耐久性，并延长结构服役寿命。
[0010]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0011]本专利技术的第一个目的是保护一种基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料，其特征在于，所述混凝土裂缝自修复材料包括负载了微生物协同矿化剂的多孔载体和底物；
[0012]所述微生物协同矿化剂包括具有诱导矿化能力的脲解型菌和反硝化型菌的芽孢体混合物及营养物；
[0013]所述脲解型菌为具有分泌脲酶功能的巴氏芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、海水芽孢八叠球菌中的一种或多种的组合；
[0014]所述反硝化型菌为铜绿假单胞菌、硝基还原杆菌中的一种或多种的组合。
[0015]进一步地，所述多孔载体为陶粒、活性炭、硅藻土、再生骨料、沸石中的一种或多种，所述底物为尿素和四水硝酸钙。
[0016]进一步地，所述负载了微生物协同矿化剂的多孔载体的制备过程为：
[0017]将具有诱导矿化能力的脲解型菌和反硝化型菌的芽孢体混合物制备成芽孢悬液，并加入营养物，随后以真空浸渍或振荡搅拌的方式使菌及营养物进入多孔材料的连通孔道内，最后放入40～50℃烘箱内干燥至恒重后即完成负载。
[0018]进一步地，所述芽孢悬液的浓度为9
×
108～6
×
10
10
cells/mL，所述芽孢悬液中脲解型菌与反硝化型菌的浓度比为8～12:1。
[0019]进一步地，所述营养物的成分及浓度为：酵母膏18～20g/L、硝酸铵8～10g/L、肌苷0.5～1g/L。
[0020]进一步地，所述芽孢悬液和营养物混合后的质量与多孔材料的质量之比为1:8～10。
[0021]进一步地，所述尿素和四水硝酸钙的质量比为1:1～2。
[0022]本专利技术的第二个目的是保护一种基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料的应用，其中，将所述混凝土裂缝自修复材料混入混凝土中，当混凝土发生开裂时，其中的脲解型微生物首先萌发生长并分解尿素生成碳酸根与裂缝内可溶性钙离子结合形成碳酸钙矿物，快速填充修复混凝土表面裂缝，随后裂缝深处处于缺氧环境的反硝化细菌萌发生长，通过无氧呼吸诱导产生碳酸钙矿物进一步修复混凝土深处裂缝，从而阻止外界侵蚀性
物质向混凝土内部渗入，增强混凝土耐久性，并延长结构服役寿命。
[0023]进一步地，混入混凝土的过程中，按照取代混凝土中全部骨料体积10％～40％的比例将负载有微生物协同矿化剂的多孔载体添加到混凝土中，并按照占水泥质量5％～10％的比例将底物添加到混凝土中。
[0024]进一步地，所述的负载有微生物协同矿化剂的多孔载体与混凝土各组分直接混合并搅拌均匀；
[0025]所述的底物添加过程为：底物首先在拌合水中溶解，然后再与混凝土其他组分混合均匀。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术优势：
[0027]1)本技术方案中通过脲解型细菌与反硝化细菌的有机结合，解决了既有混凝土裂缝的微生物自修复技术中所存在的仅能修复混凝土裂缝表面部位、修复速率缓慢等问题，实现了裂缝的快速、完全自修复，有效改善损伤混凝土的耐久性。
[0028]2)本技术方案采用多孔性载体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料，其特征在于，所述混凝土裂缝自修复材料包括负载了微生物协同矿化剂的多孔载体和底物；所述微生物协同矿化剂包括具有诱导矿化能力的脲解型菌和反硝化型菌的芽孢体混合物及营养物；所述脲解型菌为具有分泌脲酶功能的巴氏芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、海水芽孢八叠球菌中的一种或多种的组合；所述反硝化型菌为铜绿假单胞菌、硝基还原杆菌中的一种或多种的组合。2.根据权利要求1所述的一种基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料，其特征在于，所述多孔载体为陶粒、活性炭、硅藻土、再生骨料、沸石中的一种或多种，所述底物为尿素和四水硝酸钙。3.根据权利要求1所述的一种基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料，其特征在于，所述负载了微生物协同矿化剂的多孔载体的制备过程为：将具有诱导矿化能力的脲解型菌和反硝化型菌的芽孢体混合物制备成芽孢悬液，并加入营养物，随后以真空浸渍或振荡搅拌的方式使菌及营养物进入多孔材料的连通孔道内，最后放入40～50℃烘箱内干燥至恒重后即完成负载。4.根据权利要求3所述的一种基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料，其特征在于，所述芽孢悬液的浓度为9
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cells/mL，所述芽孢悬液中脲解型菌与反硝化型菌的浓度比为8～12:1。5.根据权利要求3所述的一种基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料，其特征在于，所述营养物的成分及浓度为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晶，王先志，姚武，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：