CN103043937A - 一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混凝土工程领域，特别是涉及一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统。本发明所提供的一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统，包括混凝土基体，所述混凝土基体内设有微生物复合胶囊，所述微生物复合胶囊内包覆有好氧型微生物及适合所述好氧型微生物生长的培养基。本内置好氧微生物复合胶囊混凝土自修复系统与现有的微生物自修复系统以及内含修复剂的微胶囊自修复系统相比，不用外加培养基，混凝土即可以实现智能修复。

Description

一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统

技术领域

本发明涉及混凝土工程领域，特别是涉及一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统。

背景技术

城市轨道交通隧道结构设计寿命为100年，其所处岩土赋存条件复杂，周边环境敏感，列车运行密度极高，使用条件苛刻，结构自身在多因素长期作用下性能不断劣化，一旦损坏不易或不可更换，并将会诱发地下工程灾害。水泥基材料的裂缝是导致结构提前失效的根本原因。微生物自修复系统为混凝土基体微裂缝的修复和有效延缓潜在的危害提供了一种新的方法,一个自修复系统将免去有效的监测和外部修复所需的高额费用,避免了人工修复带来的轨道交通线路停运等问题，可以节省结构运营费用,且大大提高其安全性和耐久性,地铁的使用寿命也将延长。

微生物裂缝自修复最早来源于微生物的成岩现象：微生物利用生物作用形成一些溶解度较低的有机和无机化合物填塞渗透性的多孔介质，达到降低渗透性和弥补裂缝的目的(袁雄洲，孙伟，陈慧苏.水泥基材料裂缝微生物修复技术的研究与进展[J].硅酸盐学报,2009,37(1):160-170)。用于自修复的微生物主要有厌氧型微生物和好氧型微生物两种。厌氧微生物在潮湿环境里新陈代谢生成了尿素酶，之后水解为氨气和二氧化碳，二氧化碳与混凝土中空隙里溶解的钙离子发生反应生成碳酸钙沉淀。好氧微生物在高碱缺氧环境下处于休眠状态，在有氧气和水分渗入的情况下将复苏，新陈代谢产生的二氧化碳与水泥基材料中的氢氧化钙发生反应产生碳酸钙沉淀以修复裂缝。微胶囊自修复系统在混凝土里的应用也有所研究(YangZX,Hollar J,He XD,Shi XM.A self-healing cementitious composite using oil core/silica gel shellmicrocapsules[J].Cement&Concrete Composites,2011，33:506-512)，自修复原理是当含有修复剂的微胶囊遇到裂缝破裂时修复剂流出，粘结混凝土内的微裂缝。

目前，进行微生物自修复实验时通常是将微生物，培养基直接加入到水泥基材料中(P.Ghosh,S.Mandal,B.D.Chattopadhyay，S.Pal.Use of microorganism to improve the strength ofcement mortar[J].Cement and Concrete Research,2005,35:1980-1983)（附图1，附图2），或者将微生物加入到水泥基材料中，并通过后期外界提供培养基(Jonkers H M.Self HealingMaterials,Approach to20Centuries of Materials Science,Springer series in Materials Science100[c],Springer Netherlands,2007,195-204)(Jonkers H M,SCHLANGEN E.Proceedings of theFirst International Conference on Self Healing Materials,Noordwijk,The Netherlands[C].Amsterdam:Springer,2007)。总结起来，现有的微生物自修复系统和内含修复剂的微胶囊自修复系统用于隧道结构时存在如下缺点及不足：

1．部分微生物自修复系统培养基是外界人工提供的，自修复需要人为干预；

2．在直接加入微生物的情况下微生物活性会受到混凝土高碱性的抑制，孢子的生存和发育能力会随着混凝土龄期变长空隙变小而逐渐降低，生存时间少于四个月(Application ofbacteria as self-healing agent for the development of sustainable concrete.Henk M.Jonkers,ArjanThijssen,Gerard Muyzer,Oguzhan Copuroglu,Erik Schlangen[J].Ecological Engineering,2010,36:230–235)。死后微生物会分解，对混凝土强度有影响(Ramachandran S K,Ramakrishnan V,Bang S S.Remediation of concrete using microorganisms[J].Am Concr Ins MaterJ,2001,98(1):3-9)；

3．在混凝土中掺入培养基，除了少数氨基酸（例如天冬氨酸钠和谷氨酸钠等）不会对混凝土基体强度产生明显影响外，大部分氨基酸都会对混凝土基体强度产生影响；

4.用于修复的微生物可固定在多孔聚亚安酯泡沫里，用聚亚安酯来保护水泥基材料里的微生物。实验证明PU泡沫确实能够有效降低高碱度给细菌带来的压力，有效支持了细菌的繁殖与生长。虽然PU泡沫自身耐久性很好，但在尿素-氯化钙等培养基中浸泡七天以上会导致自身强度和模量的下降(Day J L,Ramakrishnan V, Bang S S.American Society of CivilEngineers16^thEngineering Mechanics Conference[C],Seattle American,2003)，混凝土的整体性能因此下降。细菌从PU泡沫中渗漏的数量可以忽略不计，故只能实现小范围的修复(Sookie S.Bang,Johnna K.Galinat,V.Ramakrishnan.Calcite precipitation induced bypolyurethane-immobilized Bacillus pasteurii.Enzyme and Microbial Technology,2001,28:404–409)。

5．微胶囊自修复系统由于胶囊壁与混凝土基体没有很好的粘结，因此在界面处容易发生脱胶，微胶囊没有破裂；

6．传统单层微胶囊壁密封性不够好导致修复剂保存时间不够长；

7．传统微胶囊参数的确定是按照经验，没有理论依据；

8．微胶囊脆性较小，裂缝开展时容易发生塑形变形而不是脆性破坏；

9．粘结剂在地下水环境下的耐久性不高。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统，对现有的微生物自修复系统进行改进，结合微胶囊自修复的原理，建立能够自修复混凝土微裂缝，同时可以在长时间内有效，而且能够大范围地修复微裂缝的新型微生物复合胶囊自修复系统。该自修复系统可应用于地下结构。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统，包括混凝土基体，所述混凝土基体内设有微生物复合胶囊，所述微生物复合胶囊内包覆有好氧型微生物及适合所述好氧型微生物生长的培养基。

所述好氧型微生物能够通过培养基所提供的养分，进行新陈代谢产生二氧化碳，从而进一步与混凝土内的氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀，修复腐蚀产生的裂缝。

所述混凝土基体承担地下结构外部荷载，如土体荷载或列车荷载。

优选的，所述好氧型微生物选自嗜碱芽孢杆菌（Bacillus alcalophilus)、枯草杆菌(Bacillussubtilis）、结核菌（Mycobacterium tuberculosis）、固氮菌（Azotobactersp）、硝化细菌（nitrifyingbacteria）、谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum）、黄色短杆菌（Brevibacterium flavum）等中的一种或多种。

优选的，所述培养基选自柠檬酸钠、蛋白胨、酵母提取液、氯化铵、磷酸二氢钾、氯化钙、氯化钾、六水氯化镁、牛肉膏、氯化钠、琼脂、水、葡萄糖、碳酸钙、硫酸镁、面粉、麦芽糖、蔗糖、甘露醇、硫酸钙、硫酸铵、硫酸亚铁、磷酸高铁中的一种或多种的混合物。

具体的，所述培养基包括但不仅限于以下几种：

所述好氧型微生物为嗜碱芽孢杆菌，培养基的组分为：5-7g/L柠檬酸钠，4-6g/L蛋白胨，2-4g/L酵母提取液，0.1-0.3g/L氯化铵，0.01-0.03g/L磷酸二氢钾，0.2-0.3g/L氯化钙，0.1-0.3g/L氯化钾，0.1-0.3g/L六水氯化镁，余量为水。

所述培养基中嗜碱芽孢杆菌的浓度为8×10⁸-1.2×10⁹cell/ml。

所述好氧型微生物为枯草杆菌，培养基的组分为：胰蛋白胨9-11g/L，酵母提取物4-6g/L，氯化钠9-11g/L，余量为水。

所述培养基中枯草杆菌的浓度为8×10⁸-1.2×10⁹cell/ml。

所述好氧型微生物为固氮菌，培养基的组分为：葡萄糖9-11g/L，NaCl0.1-0.3g/L，KH₂PO₄0.1-0.3/L，CaSO₄2H2O0.05-0.15g/L，MgSO₄0.1-0.3g/L，CaCO₃4-6g/L，余量为水。

所述培养基中固氮菌的浓度为8×10⁸-1.2×10⁹cell/ml。

所述好氧型微生物为硝化细菌，培养基的组分为：硫酸铵0.4-0.6g/L，氯化钠0.2-0.4g/L，硫酸亚铁0.02-0.04g/L，磷酸二氢钠0.9-1.1g/L，硫酸镁0.02-0.04g/L，氯化钙7-8g/L，余量为水。

所述培养基中硝化细菌的浓度为8×10⁸-1.2×10⁹cell/ml。

所述好氧型微生物为黄色短杆菌，培养基的组分为：蛋白胨9-11g/L，酵母膏9-11g/L，NaCl4-6g/L，余量为水。

所述培养基中黄色短杆菌的浓度为8×10⁸-1.2×10⁹cell/ml。

优选的，所述微生物复合胶囊的外层胶囊壁的材料选自聚乙烯醇、丙烯酸树脂、聚氨酯橡胶、聚脲类、乙酸丁酸纤维素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛树脂类、聚氨酯类等。

优选的，所述微生物复合胶囊的外层胶囊壁的壁厚为0.5-5微米。

所述微生物复合胶囊的外层胶囊壁有很好的亲水性、耐碱性、脆性以及密封性能。在外部微裂缝产生时能发生破裂使微生物流出。

优选的，所述微生物复合胶囊的内层胶囊壁的材料选自动物明胶、聚乙烯醇、三聚氰胺甲醛聚合物、丙烯酸树脂、聚氨酯橡胶、聚脲类、合成蜡、乙酸丁酸纤维素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛树脂类、聚氨酯类等。

优选的，所述微生物复合胶囊的外层胶囊壁的材料为聚脲类，内层胶囊壁的材料为聚氨酯类。

优选的，所述微生物复合胶囊的内层胶囊壁的壁厚为0.5-5微米。

所述微生物复合胶囊的内层胶囊壁保护内部的微生物和培养基不受混凝土高碱性、空隙比变化以及其他外界环境的影响，使内置的好氧型微生物能够长时间存活。

优选的，所述微生物复合胶囊为球形，所述微生物复合胶囊的直径为5-1000微米。

复合胶囊属于弱夹杂，掺入过多的复合胶囊将会降低混凝土的宏观体积模量和强度，而掺入过少的复合胶囊将会使修复效果不明显。因此不同的混凝土系统将会有不同的复合胶囊含量以达到自修复系统的最优化。

更优选的，所述混凝土基体内微生物复合胶囊的体积掺量的上限为φFD，下限为FF，所述FD的计算公式如下：

$K_{\mathrm{FF}}=K_2+\frac{{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{FD}}(K_1-K_2)({3K}_2+{4\mathrm{\μ}}_2)}{{3K}_2+{4\mathrm{\μ}}_2+3(1-{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{FD}})(K_1-K_2)}$

其中，K_FF-所需混凝土体积模量,K₁-复合胶囊的体积模量、μ₁-复合胶囊的剪切模量、K₂-混凝土基体的体积模量、μ₂-混凝土基体的剪切模量；

所述FF的计算公式如下：

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{FF}}=\frac{V_n}{V}$

$n=\frac{V_n}{V_m}=\frac{{3V}_n}{{4\mathrm{\πr}}^3}$

$P\left(H_n^{n^{\′}}\right)=n\×C_{n-1}^{n^{\′}-1}\underset{j=0}{\overset{n-n^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^j{C}_{n-n^{\′}}^j\×p^n/(j+n^{\′})$

其中，P-所需混凝土修复概率,V-代表单元体积、Vm-单个复合胶囊的体积、Vn-复合胶囊总体积、r-复合胶囊外半径、p-单个胶囊修复概率、n-复合胶囊个数。依据概率论的知识，P大于95%时修复事件会发生。

优选的，所述微生物复合胶囊在混凝土基体内均匀分布。

所述微生物复合胶囊将包含有微生物的培养基微胶囊化，使用时，将微生物复合胶囊按照既定比例与混凝土一起搅拌，使复合胶囊在混凝土基体里均匀分布。

本发明第二方面提供所述内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统的制备方法，包括如下步骤：

（1）胶囊制备：采用常用的界面聚合法制备微生物复合胶囊；

（2）混凝土制备：按照所需混凝土的配料比，先在水中加入所制备的微生物复合胶囊，搅拌使胶囊分散；再加入所需的水泥，最后加入砂石等粗骨料，进行搅拌及浇灌，再进行混凝土养护；

本发明第三方面提供所述内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统在混凝土自修复领域的应用。

当混凝土基体内有裂缝产生时，裂缝将打破胶囊，好氧型微生物和培养基流出，微生物呼吸作用产生的二氧化碳与水中游离的钙离子反应形成碳酸钙沉淀，自动修补裂缝。

具体的，其应用领域包含：如隧道、地铁、桩基、地下室、共同沟等埋置于岩土体中的地下混凝土结构以及处于水环境中的混凝土结构等。

本内置好氧微生物复合胶囊混凝土自修复系统与现有的微生物自修复系统以及内含修复剂的微胶囊自修复系统相比，有如下几个方面的优点：

1）不用外加培养基，混凝土可以实现智能修复；

2）复合胶囊可以保护微生物免受高碱性环境的影响，使自修复长时间有效；

3）复合胶囊可以保护微生物不受混凝土龄期变化（空隙变小）的影响；

4）自修复发生时，只有裂缝影响到的少量微生物被激活，其他的微生物仍处于休眠状态，使自修复系统长时间有效，同时避免了大量死亡的微生物对混凝土强度的影响；

5）复合胶囊可以使混凝土力学性能不受培养基的影响；

6）相比采用PU泡沫固定微生物，本自修复系统因为微生物复合胶囊大量均匀分布在混凝土基体中，能实现大范围、均匀的修复；

7）采用复合胶囊，增大了胶囊的密封性能，减小外界离子和氧气进入复合胶囊，延长了微生物存活时间；

8）由于复合胶囊有更好的亲水性，使胶囊和混凝土间有更好的粘结，增大了修复的概率；

9）由于复合胶囊有更大的脆性，使微胶囊在裂缝应力集中情况下容易发生脆性破坏而不是塑形变形，修复裂缝效率更高；

10）能够根据所需的修复效果，定量地给出复合胶囊的掺量而不是根据经验估计；

11）本内置好氧微生物复合胶囊混凝土自修复系统产生的碳酸钙修复物比传统修复剂产生的修复物具有更高的耐久性。

附图说明

图1显示为传统好氧型微生物自修复系统示意图。

图2显示为传统好氧型微生物自修复系统工作原理图；

（a）修复前；

（b）修复后。

图3显示为本发明内置好氧微生物的复合胶囊自修复系统示意图；

（a）复合胶囊自修复系统示意图；

（b）复合胶囊示意图。

图4显示为本发明内置好氧微生物的复合胶囊自修复系统工作原理图；

（a）修复前；

（b）修复后。

元件标号说明

1   内层胶囊壁

2   外层胶囊壁

3   微生物

4   培养基

5   混凝土

6   复合胶囊

11  好氧型微生物

12  混凝土基体

13  培养基

14  碳酸钙沉淀

21  未受腐蚀的混凝土

22  受腐蚀的混凝土

23  修复后的混凝土

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围；在本发明说明书和权利要求书中，除非文中另外明确指出，单数形式“一个”、“一”和“这个”包括复数形式。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

除非另外说明，本发明中所公开的实验方法、检测方法、制备方法均采用本技术领域常规的分子生物学、生物化学、染色质结构和分析、分析化学、细胞培养、重组DNA技术及相关领域的常规技术。这些技术在现有文献中已有完善说明，具体可参见Sambrook等

MOLECULAR CLONING：ALABORATORY MANUAL，Second edition，Cold Spring HarborLaboratory Press，1989and Third edition，2001；Ausubel等，CURRENT PROTOCOLS INMOLECULAR BIOLOGY，John Wiley&Sons，New York，1987and periodic updates；the seriesMETHODS IN ENZYMOLOGY，Academic Press，San Diego；Wolffe，CHROMATINSTRUCTURE AND FUNCTION，Third edition，Academic Press，San Diego，1998；METHODSIN ENZYMOLOGY，Vol.304，Chromatin(P.M.Wassarman and A.P.Wolffe，eds.)，AcademicPress，San Diego，1999；和METHODS IN MOLECULAR BIOLOGY，Vol.119，ChromatinProtocols(P.B.Becker，ed.)Humana Press，Totowa，1999等。

实施例1

采用界面聚合法制备微生物复合胶囊。首先配置含嗜碱芽孢杆菌的培养基，嗜碱芽孢杆菌的浓度为10⁹cell/ml，加入6g/L柠檬酸钠，5g/L蛋白胨，3g/L酵母提取液，0.2g/L氯化铵，0.02g/L磷酸二氢钾，0.225g/L氯化钙，0.2g/L氯化钾，0.2g/L六水氯化镁。

在30℃时将5gTDI（甲苯二异氰酸酯）,1gPPG2000（聚丙二醇2000）和不同质量的培养基加入到含有1.5g乳化剂SMA（苯乙烯马来酸酐共聚物）的200mL蒸馏水中，并在4500r/min-5000r/min的转速下持续搅拌10min,并在400r/min-800r/min持续搅拌5min,然后将含2gDETA（二乙烯三胺）的20ml水溶液缓慢加入到上述体系中，保温反应30min，继续升温至60℃保温反应3h，以便促进TDI与PPG2000充分反应。然后补加含1gDETA的20ml水溶液，继续保温反应1h，用60℃蒸馏水反复洗涤，抽滤，在40℃烘箱中干燥24h，即可得到聚脲-聚氨酯微生物复合胶囊。微生物复合胶囊的半径为200微米，总壁厚为1微米。

混凝土制备：制备隧道管片常用的C50混凝土，要求修复效率达到50%，修复概率达到95%，单个复合胶囊破坏的概率为8%，所需含复合胶囊的混凝土的体积模量大于15.6GPa，复合胶囊的体积模量为3.08GPa，剪切模量为1.42GPa，混凝土基体的体积模量为18.61GPa，剪切模量为13.96GPa，利用上面所提到的两个公式可计算出每立方米混凝土基体内使用体积含量为10%的化学复合胶囊。体积比中水：水泥：砂：石子=205:488:562:1195，水灰比0.4，含砂率32%。

首先将微生物复合胶囊倒入水中，搅拌直到复合胶囊充分分散。然后采用常规混凝土配制方法，将水倒入搅拌器中，加入所需水泥、砂、石，混合均匀后导入模具，找平、养护1天，然后脱膜、堆码、自然养护28天。混凝土制成直径25.4mm,高度25.4mm的圆柱试样。

取3组80℃水浴养护28天的平行样，每组3块试样。第一组测试压缩强度P₀，第二组进行80%P₀的预压破坏，再放置于湿度95%，温度20℃的养护室中，三块试样分别养护3天，7天，28天；第三组进行60%P₀的预压破坏,再放置于湿度95%，温度20℃的养护室中，三块试样分别养护3天，7天，28天。对第二组和第三组试样用SEM观察裂缝表面形貌发现有方解石晶体生成。养护时间越长，方解石晶体越多。初始损伤越大，方解石晶体越多。其具体实验原理如图4所示。

实施例2

参照实施例1中的方法，分别对枯草杆菌（Bacillus subtilis）、固氮菌（Azotobacter sp.）、硝化细菌、黄色短杆菌（Brevibacteriumflavum）进行实验，具体实验条件如表1所示。

表1

将所得的枯草杆菌、固氮菌、硝化细菌、黄色短杆菌的复合胶囊参照实施例1的步骤，制备出各自所对应的含有微生物复合胶囊的混凝土，再进行与实施例1中相同的初始损伤测试，观测实验结果后发现：四种微生物的复合胶囊混凝土裂缝表面均有方解石晶体产生，养护时间越长，方解石晶体越多。初始损伤越大，方解石晶体越多。

可见，混凝土中的微生物复合胶囊破裂后微生物新陈代谢所生成的方解石沉淀对混凝土的裂缝具有保护作用，从而达到抗氯盐腐蚀、保护混凝土的效果。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统，包括混凝土基体，所述混凝土基体内设有微生物复合胶囊，所述微生物复合胶囊内包覆有好氧型微生物及适合所述好氧型微生物生长的培养基。

2.如权利要求1所述的一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统，其特征在于，所述好氧型微生物选自嗜碱芽孢杆菌、枯草杆菌、结核菌、固氮菌、硝化细菌、谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统，其特征在于，所述培养基中微生物的浓度为各培养基所能容纳的最大微生物浓度。

4.如权利要求1所述的一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统，其特征在于，所述微生物复合胶囊的外层胶囊壁的材料选自聚乙烯醇、丙烯酸树脂、聚氨酯橡胶、聚脲类、乙酸丁酸纤维素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛树脂类、聚氨酯类等。

5.如权利要求4所述的一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统，其特征在于，所述微生物复合胶囊的外层胶囊壁的壁厚为0.5-5微米，微生物外层胶囊的外半径为5-1000微米。

6.如权利要求1所述的一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统，其特征在于，所述微生物复合胶囊的内层胶囊壁的材料选自动物明胶、聚乙烯醇、三聚氰胺甲醛聚合物、丙烯酸树脂、聚氨酯橡胶、聚脲类、合成蜡、乙酸丁酸纤维素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛树脂类、聚氨酯类等。

7.如权利要求1所述的一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统，其特征在于，所述混凝土基体内微生物复合胶囊的体积掺量的上限为FD，下限为FF，所述FD的计算公式如下：

$K_{\mathrm{FF}}=K_2+\frac{{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{FD}}(K_1-K_2)({3K}_2+{4\mathrm{\μ}}_2)}{{3K}_2+{4\mathrm{\μ}}_2+3(1-{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{FD}})(K_1-K_2)}$

其中，K_FF-所需混凝土体积模量,K₁-复合胶囊的体积模量、μ₁-复合胶囊的剪切模量、K₂-混凝土基体的体积模量、μ₂-混凝土基体的剪切模量；

所述FF的计算公式如下：

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{FF}}=\frac{V_n}{V}$

$n=\frac{V_n}{V_m}=\frac{{3V}_n}{{4\mathrm{\πr}}^3}$

$P\left(H_n^{n^{\′}}\right)=n\×C_{n-1}^{n^{\′}-1}\underset{j=0}{\overset{n-n^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^j{C}_{n-n^{\′}}^j\×p^n/(j+n^{\′})$

其中，P-所需混凝土修复概率、Vm-单个复合胶囊的体积、V-代表单元体积、Vn-复合胶囊总体积、r-复合胶囊的半径、p-单个胶囊修复概率，n-复合胶囊的个数。

8.如权利要求1-7任一权利要求所述的内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统在混凝土自修复领域的应用。

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