【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于建筑材料领域。
技术介绍
1、混凝土由于具有较高的强度和耐久性，被广泛应用于工程建设领域。然而，在荷载、温差和材料收缩等多种因素影响混凝土下容易开裂，裂缝的存在会为水分和侵蚀性离子(cl-和so42-)提供通道，加剧混凝土内部的钢筋的锈蚀，从而缩短结构的使用寿命。因此，裂缝的修复工作十分重要。传统人工修复的方法对于较深裂缝修复不彻底，而且位置偏僻的裂缝由于勘探困难，采用人工的方式无法完全修复。针对以上问题，研究学者们提出混凝土裂缝自愈合的方法。常用的混凝土自愈合方法包括矿物外加剂，微生物自愈合，微胶囊等。微生物自愈合由于低碳环保以及裂缝愈合效果较好的特点而被关注。
2、微生物自愈合混凝土技术(micp)主要是指细菌通过自身代谢作用消耗含钙营养物质产生碳酸钙愈合裂缝的过程。然而混凝土内部高碱性的环境以及水泥水化持续作用使混凝土内部细菌的生存空间逐渐压缩，这些都将威胁细菌的生存。jonkers等人(h.m.jonkers,a.thijssen,g.muyzer,o.copuroglu,e.schlangen,application ofbacteria as self-healing agent for the development of sustainable concrete,ecological engineering 36(2)(2010)230-235)研究发现细菌在混凝土中养护28天后会失去在水泥基质中矿化沉淀的能力。因此保护细菌孢子，保证其在混凝土中的生存是micp技术研究工作的重点之一。研
3、裂缝的宽度是提升micp技术在实际应用效果的另一个重要因素，已有研究显示，当裂缝宽度＞500μm时，微生物矿化产生的碳酸钙不足以连接裂缝两侧实现裂缝的完全愈合。在混凝土中掺入纤维可以提高微生物自愈合混凝土的韧性和强度。kunamineni等人(k.vijay,m.murmu,self-repairing ofconcrete cracks by using bacteria andbasalt fiber,sn applied sciences 1(11)(2019)1344)将玄武岩纤维与细菌用于微生物自愈合混凝土，结果发现玄武岩纤维有效控制裂缝的发展，并通过桥接作用促进更大微裂缝的自愈。众所周知，细菌的生物膜是细菌生存的基础，通过生物膜在载体上黏附，实现细菌的大批量繁殖。玄武岩纤维在高温熔融的作用下，纤维表面呈现光滑柱面形态，而且由于纤维表面缺乏亲水基团，这使得纤维具有疏水性和电负性。由于大多数细菌溶液中细菌表面携带负电荷，不利于细菌在玄武岩纤维表面的附着与沉积，这将不利于纤维促进更宽裂缝的自愈。因此为了获得更好的自愈合性能玄武岩纤维的表面改性是十分必要的。
技术实现思路
1、本专利技术要解决现有玄武岩纤维与细菌用于微生物自愈合混凝土存在玄武岩纤维不利于细菌在玄武岩纤维表面的附着与沉积，且性能仍有待提高的问题，进而提供一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料及其制备方法。
2、一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料，它按质量份数由400份～500份水、8份～15份乳酸钙、2份～4份减水剂、900份～1000份水泥、35份～40份微生物自愈剂、3份～6份表面改性的玄武岩纤维及1400份～2000份标准砂组成。
3、一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料的制备方法，它是按以下步骤进行的：
4、一、微生物自愈剂的制备：
5、将假坚强芽孢杆菌菌液与膨胀珍珠岩混合浸泡，然后将浸泡后的膨胀珍珠岩干燥，得到微生物自愈剂；
6、二、玄武岩纤维的表面改性：
7、①将玄武岩纤维浸渍于过氧化氢溶液中进行纤维表面氧化处理，然后清洗烘干，得到表面氧化处理后的玄武岩纤维；
8、②将表面氧化处理后的玄武岩纤维浸渍于盐酸溶液中刻蚀，然后清洗并烘干，得到刻蚀后的玄武岩纤维；
9、③将硅烷偶联剂加入到无水乙醇中，然后加入纳米二氧化硅混合均匀，得到纳米二氧化硅改性剂；
10、④将刻蚀后的玄武岩纤维浸渍于纳米二氧化硅改性剂中超声处理，最后烘干，得到表面改性的玄武岩纤维；
11、三、砂浆的搅拌及养护：
12、①按质量份数称取400份～500份水、8份～15份乳酸钙、2份～4份减水剂、900份～1000份水泥、35份～40份微生物自愈剂、3份～6份表面改性的玄武岩纤维及1400份～2000份标准砂；
13、②将称取的水、乳酸钙及减水剂混合，得到混合溶液；
14、③将称取的水泥、微生物自愈剂、表面改性的玄武岩纤维及标准砂混合，再加入混合溶液充分搅拌，得到砂浆，将砂浆在标准养护条件下养护，即得到基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料。
15、本专利技术的有益效果是：
16、(1)本专利技术使用的纳米二氧化硅改性剂制备过程简便，材料价格低，制备速度快，经过表面酸刻蚀、纳米二氧化硅改性后明显增加玄武岩纤维比表面积，有效改善纤维与水泥砂浆相容性，可大规模生产并应用于实际工程。
17、(2)本专利技术使用纳米二氧化硅对玄武岩纤维进行表面处理，在宏观和微观角度上，纤维表面粗糙度明显增加，这增加了纤维与水泥浆体的摩擦系数。同时，由于纳米二氧化硅具有火山灰反应性，在纤维周围与水泥砂浆内孔隙溶液中的ca2+和oh-发生反应，生成水化硅酸钙(c-s-h)凝胶，明显改善纤维与水泥浆体界面过渡区的孔隙结构，提高界面相容性。综合以上两方面，改性后玄武岩纤维与水泥浆体的协同性和界面粘结性明显提高。最终试件的抗折强度和抗压强度明显提高。
18、(3)本专利技术使用纳米二氧化硅改性玄武岩纤维，经过宏观裂缝观测发现，改性纤维具有明显的桥接效应能够为愈合产物提供沉积方向，而且改性后纤维表面粗糙，有利于细菌的附着，并且为细菌代谢碳酸钙以及水化产物的附着提供了更多成核位点，当试件不掺加纤维时，细菌进行代谢只能从裂缝两边进行代谢作用逐渐产生碳酸钙来愈合裂缝，而改性纤维能够提供成核位点和沉积路径，使得细菌附着在裂缝处纤维表面进行代谢活动产生碳酸钙并沿着纤维方向沉积来愈合裂缝。最终裂缝处含有改性纤维位置率先完成愈合，明显提高裂缝早期愈合率。经过微观形态观察发现纤维的表面粗糙度明显增加，而且附着在纤维表面的纳米二氧化硅具有火山灰反应性，与砂浆内孔隙溶液中的ca2+和oh-反应生成明显的c-s-h外壳包裹纤维表面，相较于未改性纤维，改性后纤维表面的负电性和疏水性得到明显改善，纤维表面的c-s-h外壳跟有利于细菌的附着，在纤维表面进行代谢活动生成大量碳酸钙。最终在愈合龄期为14天时，裂缝愈合率达到100％。
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1.一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料，其特征在于它按质量份数由400份～500份水、8份～15份乳酸钙、2份～4份减水剂、900份～1000份水泥、35份～40份微生物自愈剂、3份～6份表面改性的玄武岩纤维及1400份～2000份标准砂组成。
2.根据权利要求1所述的一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料，其特征在于所述的表面改性的玄武岩纤维由玄武岩纤维与纳米二氧化硅制备而成；所述的微生物自愈剂由假坚强芽孢杆菌菌液与膨胀珍珠岩制备而成。
3.如权利要求1所述的一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：
4.根据权利要求1所述的一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料，其特征在于步骤一中所述的假坚强芽孢杆菌菌液的浓度为3.5×109细胞/毫升～4.0×109细胞/毫升；步骤一中所述的膨胀珍珠岩在大气压下的吸水率为250％～300％，粒径为2mm～4mm；步骤一中在无菌及室温条件下，将假坚强芽孢杆菌菌液与膨胀珍珠岩混合浸泡24h～48h。
5.根
6.根据权利要求1所述的一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料，其特征在于步骤二②所述的盐酸溶液的浓度为0.8mol/L～1mol/L；步骤二②所述的刻蚀具体是在温度为40℃～45℃的条件下处理1.5h～2h。
7.根据权利要求1所述的一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料，其特征在于步骤二③所述的硅烷偶联剂为KH-550；步骤二③所述的纳米二氧化硅改性剂中硅烷偶联剂的质量百分数为0.7％～0.8％；步骤二③所述的纳米二氧化硅改性剂中纳米二氧化硅的质量百分数为3％～4％，且纳米二氧化硅的粒径为1nm～100nm。
8.根据权利要求1所述的一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料，其特征在于步骤二④所述的刻蚀后的玄武岩纤维与纳米二氧化硅改性剂的体积比为1:(10～15)；步骤二④所述的超声处理具体是在超声波谐振频率为20kHz～30kHz的条件下，超声处理30min～45min。
9.根据权利要求1所述的一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料，其特征在于步骤三①所述的减水剂为木质素磺酸盐减水剂或萘磺酸盐减水剂。
10.根据权利要求1所述的一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料，其特征在于步骤三③将称取的水泥、微生物自愈剂、表面改性的玄武岩纤维及标准砂依次放至水泥砂浆搅拌机中，在室温及转速为140r/min～142r/min的条件下，干混30s～40s，再加入混合溶液，然后在室温及转速为140r/min～142r/min的条件下，慢搅拌1.5min～1.8min，再在室温及转速为285r/min～288r/min的条件下，快搅拌2min～2.5min，得到砂浆；步骤三③所述的在标准养护条件下养护具体是在温度为20±2℃及湿度＞99％的条件下养护24h～36h。
...【技术特征摘要】
1.一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料，其特征在于它按质量份数由400份～500份水、8份～15份乳酸钙、2份～4份减水剂、900份～1000份水泥、35份～40份微生物自愈剂、3份～6份表面改性的玄武岩纤维及1400份～2000份标准砂组成。
2.根据权利要求1所述的一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料，其特征在于所述的表面改性的玄武岩纤维由玄武岩纤维与纳米二氧化硅制备而成；所述的微生物自愈剂由假坚强芽孢杆菌菌液与膨胀珍珠岩制备而成。
3.如权利要求1所述的一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：
4.根据权利要求1所述的一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料，其特征在于步骤一中所述的假坚强芽孢杆菌菌液的浓度为3.5×109细胞/毫升～4.0×109细胞/毫升；步骤一中所述的膨胀珍珠岩在大气压下的吸水率为250％～300％，粒径为2mm～4mm；步骤一中在无菌及室温条件下，将假坚强芽孢杆菌菌液与膨胀珍珠岩混合浸泡24h～48h。
5.根据权利要求1所述的一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料，其特征在于步骤二①中所述的玄武岩纤维的长度为10mm～14mm，直径为15μm～20μm；步骤二①所述的过氧化氢溶液的质量百分数为3％～5％；步骤二①所述的纤维表面氧化处理具体是在室温条件下处理2h～3h。
6.根据权利要求1所述的一种基于表面改性玄武岩纤维的微生物自修复水泥基材料，其特征在于步骤二②所述的盐酸溶液的浓度为0.8mol/l～1mol/l；步骤...
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