CN110105007A - 基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土及其制备方法 - Google Patents

基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土及其制备方法。其组分为微生物自修复剂30~120份,载菌膨胀珍珠岩0~50份,氧气缓释剂0~50份,负载营养物质膨胀珍珠岩0~50份,粒径120目膨胀珍珠岩23份,水泥350~500份,石子1000~1300份,砂400~600份,硅灰30~50份,聚丙烯纤维2~4份,减水剂4~6份,水250~350份。微生物自修复剂、氧气缓释剂、载菌膨胀珍珠岩、负载营养物质膨胀珍珠岩构成的四元修复体系与聚丙烯纤维相结合构成裂缝深宽三维自修复混凝土。本发明能够弥补当前混凝土裂缝自修复技术在裂缝深度方向修复效果较差的不足,提高混凝土耐久性的同时,混凝土还具有绿色、轻质、隔热的功能。

Description

基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及微生物自修复混凝土材料领域,具体为一种基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是土木工程领域用途最为广泛、用量最大的建筑材料。但是混凝土在施工和服役过程中受温度变化、外部荷载或者腐蚀作用等因素的影响,混凝土内部或表面难以避免产生微细裂缝等局部损伤。混凝土微细裂缝的产生会进一步扩展,致使结构耐久性和承载力降低,最终使得结构构件发生破坏。
针对水泥基材料开裂导致的混凝土结构耐久性下降的问题,相对于普通的自修复混凝土,目前提出了微生物自修复混凝土的概念。但是由于混凝土中水泥的水化反应引起孔隙的不断细化对微生物造成挤压及与混凝土内部高碱环境的长期直接接触,导致了在后续混凝土裂缝修复过程中,微生物存活数量降低、自修复效果丧失。为了避免微生物数量减少,需要选择一种合适的载体,它既能保护微生物免受混凝土高碱环境的侵害,同时能够为微生物存活提供足够的生存空间,因此微生物固载技术成为目前微生物自修复混凝土常用的一种现代生物技术。
专利《使用好氧嗜碱微生物的裂缝自修复混凝土及其制备方法》(ZL201610385109.0)公开了一种使用好氧嗜碱微生物的裂缝自修复混凝土及其制备方法,其组分为载有好氧嗜碱微生物修复剂的膨胀珍珠岩、水泥、石子、砂、硅灰、水、乳酸钙及减水剂。该裂缝自修复混以好氧嗜碱微生物为裂缝修复剂,当混凝土产生裂缝,水和空气的进入使处于休眠中的微生物恢复新陈代谢功能,将乳酸钙转化为碳酸钙沉淀,从而达到自行诊断和修复混凝土裂缝的目的。但是该方法采用的好氧嗜碱微生物在生成矿化沉积产物时需要充足的氧气,对混凝土表面裂缝具有较好的修复效果,但是混凝土内部深度裂缝由于缺少氧气导致其对裂缝深度方向修复效果差。
专利《基于产脲酶微生物矿化沉积的裂缝自修复再生混凝土及制备方法》(ZL201611096154.0)公开了一种基于产脲酶微生物矿化沉积的裂缝自修复再生混凝土及其制备方法,其组分为载有产脲酶微生物的膨胀珍珠岩、水泥、再生石子、砂、硅灰、水、尿素、氯化钙、产脲酶微生物悬浮液及减水剂。它以产脲酶微生物作为混凝土裂缝修复剂,通过产脲酶微生物的新陈代谢产生尿素酶,将尿素分解为NH4 +和CO3 2-,进而矿化沉积碳酸钙修复裂缝。但是该方法采用的产脲酶微生物在生成矿化沉积产物时产生大量氨气,对环境造成污染,同时对混凝土内部深度裂缝修复效果差。
综上所述,目前所提出的微生物矿化自修复方法对于混凝土表面微裂缝有优异的修复效果,但对于裂缝深度方向修复效果较差。
发明内容
本发明目的是弥补当前混凝土裂缝自修复技术的不足,提供一种基于微生物自修复剂、氧气缓释剂、聚丙烯纤维等为主要材料的裂缝深宽三维自修复混凝土及其制备方法。
本发明是采用如下技术方案实现的:
一种基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土,由下列重量份数的原料制成:
微生物自修复剂30~120份,载菌膨胀珍珠岩0~50份,氧气缓释剂0~50份,负载营养物质膨胀珍珠岩0~50份,粒径120目膨胀珍珠岩23份,水泥350~500份,石子1000~1300份,砂400~600份,硅灰30~50份,聚丙烯纤维2~4份,减水剂4~6份,水250~350份。
其中,Ⅰ、载菌膨胀珍珠岩采用如下制备工艺:
1.1、对具有矿化沉积功能的微生物KJ01菌种(已于2018 年3月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.15516))进行筛选、活化和培养。
1.2、制备KJ01菌种的培养基:培养基每升各组分含量为蒸馏水1L、蛋白胨5g、牛肉膏3g、NaHCO3 0.42g、Na2CO3 0.53g。用2mol/L的氢氧化钠溶液将培养基pH值调整为pH=10,120℃高温灭菌20分钟。
1.3、将KJ01菌种接种至上述液体培养基中,振荡培养24小时,获得菌液;然后将所得菌液用离心机以转速4000r/min离心20分钟,获得菌泥。
1.4、将菌泥在灭菌后的蒸馏水中重悬,然后稀释获得所含菌体浓度为(1.0~1.4)×107个/mL的菌液。
1.5、采用真空浸渍法将上述菌液吸附到膨胀珍珠岩颗粒的表面和内部孔隙中,每克膨胀珍珠岩浸渍吸附的菌液为300g ~500g,然后用干燥箱对上述吸附KJ01微生物菌液的膨胀珍珠岩在40±2℃温度下进行干燥,获得载菌膨胀珍珠岩。
Ⅱ、微生物自修复剂的制备工艺如下:
2.1、对上述获得的载菌膨胀珍珠岩表面喷洒酵母膏混合溶液,然后并对其进行干燥,干燥温度为40±2℃。其中酵母膏混合溶液每升各组分含量为蒸馏水1L、酵母膏1g。
2.2、“糖衣层”的外包裹:将上述获得干燥后的负载微生物和酵母膏的膨胀珍珠岩放在圆盘造粒机内转动,然后将配制好的“糖衣层”浆体均匀喷洒在膨胀珍珠岩表面,然后将包裹“糖衣层”的膨胀珍珠岩在常温下静置24h,然后放到40℃烘箱中烘干至恒重。其中,“糖衣层”浆体原材料重量份数以及与载菌膨胀珍珠岩比例如下:磷酸钾镁水泥280~320份、苯丙乳液25~35份、水430~450份、载菌膨胀珍珠岩180~200份。
2.3、保护层的外包裹:将烘干的喷涂了“糖衣层”的载菌膨胀珍珠岩放在造粒机内转动,将配制好的地聚合物浆体均匀喷涂在珍珠岩表面。其中,地聚合物浆体原材料重量份数以及与包裹“糖衣层”的载菌膨胀珍珠岩比例如下:赤泥90~100份、烧碱100~120份、水180~200份、苯丙乳液6~8份、包裹“糖衣层”的载菌膨胀珍珠岩130~180份。然后在常温下静置24h后,在40℃的烘箱中烘干至恒重,最终获得微生物自修复剂。
Ⅲ、氧气缓释剂由下列重量份数的原料和工艺制备而成:
配比:膨胀珍珠岩120~160份,5%聚乙烯醇100~140份,过氧化钙50~60份,膨润土100~130份,磷酸钾镁水泥180~220份,水320~370份,苯丙乳液5~15份。
制备方法:3.1、将膨胀珍珠岩放在造粒机内转动,将质量分数为5%的聚乙烯醇喷洒在珍珠岩表面。
3.2、将过氧化钙和膨润土的混合物撒在膨胀珍珠岩表面,转动120s。
3.3、将搅拌均匀的磷酸钾镁水泥和苯丙乳液浆体喷洒在珍珠岩表面继续转动120s。
3.4、用干燥箱对上述包裹过氧化钙的膨胀珍珠岩在40℃温度下进行干燥,获得氧气缓释剂。
Ⅳ、负载营养物质膨胀珍珠岩的制备工艺如下:
4.1、将乳酸钙溶解为质量分数为10%的乳酸钙溶液。
4.2、然后采用真空浸渍法将稀释后的乳酸钙溶液吸附到膨胀珍珠岩颗粒(每克珍珠岩对应的乳酸钙溶液为300g~500g)的表面和内部孔隙中。
4.3、用干燥箱对上述吸附乳酸钙营养物质的膨胀珍珠岩在40±2℃温度下进行干燥,获得负载营养物质膨胀珍珠岩。
Ⅴ、上述具有矿化沉积功能的微生物还可以包括所有能够通过诱导产生矿化沉积物的非产脲酶兼性厌氧单菌和混菌。非产脲酶菌尤其指科氏芽孢杆菌。
Ⅵ、上述聚丙烯纤维还可以是玻璃纤维、陶瓷纤维、硅酸铝纤维、玄武岩纤维或者聚酯纤维。
上述基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土的制备方法如下:
(1)、用微生物自修复剂、载菌膨胀珍珠岩、氧气缓释剂、负载营养物质膨胀珍珠岩、120目的膨胀珍珠岩粉的质量20%的预湿水分别对微生物自修复剂、载菌膨胀珍珠岩、氧气缓释剂、负载营养物质膨胀珍珠岩、120目的膨胀珍珠岩粉进行预湿处理。
(2)、将水泥、硅灰、(微生物自修复剂、载菌膨胀珍珠岩、氧气缓释剂、负载营养物质膨胀珍珠岩中的一种或者多种)和120目的膨胀珍珠岩粉一起倒入搅拌机搅拌60s。
(3)、将砂子、石子倒入搅拌机继续搅拌,在搅拌的过程中加入聚丙烯纤维、水和减水剂。
(4)、将拌制好的混凝土装入模具,然后在振动台上振动40s。混凝土带模具自然养护1天,然后在标准养护箱中养护至28天龄期,获得基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土。
本发明所述的基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土具有如下特点:
第一、“裹糖衣”自修复剂采用膨胀珍珠岩颗粒自身用来固载微生物,而在外表面包裹两层膜,内层膜为“糖衣”层,外层膜为保护层。内层膜由营养物质和快硬性胶凝材料制成,它可以在短时间内硬化,既保证“糖衣”层与膨胀珍珠岩具有良好的粘结性能,又有效地避免珍珠岩内部的微生物发生苏醒。外层膜由赤泥、烧碱等地聚合物制成,它可以在载体外表面形成一层致密的保护层,有效防止微生物遭受高碱环境影响,并防止营养物质在混凝土制备和养护过程中流散至混凝土基体内,质地较脆特性也可以有效保证在裂缝产生时及时破裂。
第二、聚丙烯纤维的掺入和不同粒径的膨胀珍珠岩自修复剂、氧气缓释剂、珍珠岩粉共同形成了三维网状结构,为微生物提供了足够的成核位点,可以实现更好的宽度和深度修复。
第三、在制备混凝土前,对膨胀珍珠岩载体表面进行了包裹,提高了修复剂的筒压强度,降低了修复剂的吸水率,且包裹材料与水泥基材料具有良好的兼容性。
第四、基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土不仅具有裂缝自诊断和自修复功能,也兼具保温隔热、轻质、力学性能和耐久性良好的优点,符合当前经济社会对建筑材料绿色、环保和智能的要求。
第五、本发明中微生物自修复剂、氧气缓释剂、载菌膨胀珍珠岩、负载营养物质膨胀珍珠岩中的一种或多种构成的修复体系与聚丙烯纤维相结合构成裂缝深宽三维自修复混凝土,能够弥补当前混凝土裂缝自修复技术在裂缝深度方向修复效果较差的不足,提高混凝土耐久性的同时,混凝土还具有绿色、轻质、隔热的功能,具有很好的实际应用价值。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施例进行详细说明。
实施例1
一种只含“裹糖衣”微生物自修复剂的一元自修复体系的裂缝深宽三维自修复混凝土,由下列重量份数的原料制成:
微生物自修复剂30份,粒径120目膨胀珍珠岩23份,水泥500份,石子1300份,砂600份,硅灰50份,聚丙烯纤维4份,减水剂6份,水350份。
上述微生物自修复剂采用如下制备工艺:
(1)、对具有矿化沉积功能的微生物KJ01菌种进行筛选、活化和培养。
(2)、制备KJ01菌种的培养基:培养基每升各组分含量为蒸馏水1L、蛋白胨5g、牛肉膏3g、NaHCO3 0.42g、Na2CO3 0.53g。用2mol/L的氢氧化钠溶液将培养基pH值调整为pH=10,120℃高温灭菌20分钟。
(3)、将KJ01菌种接种至上述液体培养基中,振荡培养24小时,获得菌液;然后将所得菌液用离心机以转速4000r/min离心20分钟,获得菌泥。
(4)、将菌泥在灭菌后的蒸馏水中重悬,然后稀释获得所含菌体浓度为(1.0~1.4)×107个/mL的菌液。
(5)、采用真空浸渍法将上述菌液吸附到膨胀珍珠岩颗粒的表面和内部孔隙中,每克膨胀珍珠岩浸渍吸附的菌液为300g,然后用干燥箱对上述吸附KJ01微生物菌液的膨胀珍珠岩在40±2℃温度下进行干燥,获得载菌膨胀珍珠岩。
(6)、对步骤(5)中的载菌膨胀珍珠岩表面喷洒酵母膏混合溶液,然后并对其进行干燥,干燥温度为40±2℃。其中酵母膏混合溶液每升各组分含量为蒸馏水1L、酵母膏1g。
(7)、“糖衣层”的外包裹:将上述获得的干燥后的负载微生物和酵母膏的膨胀珍珠岩放在圆盘造粒机内转动,然后将配制好的“糖衣层”浆体均匀喷洒在膨胀珍珠岩表面。将喷涂包裹“糖衣层”的膨胀珍珠岩在常温下静置24h,然后放到40℃烘箱中烘干至恒重。其中,“糖衣层”浆体原材料重量份数以及与载菌膨胀珍珠岩比例如下:磷酸钾镁水泥280份,苯丙乳液25份,水430份,载菌膨胀珍珠岩180份。
(8)、保护层的外包裹:将烘干的喷涂了“糖衣层”的载菌膨胀珍珠岩放在圆盘造粒机内转动,将配制好的地聚合物浆体均匀喷涂在珍珠岩表面。其中,地聚合物浆体原材料重量份数以及与包裹“糖衣层”的载菌膨胀珍珠岩比例如下:赤泥90份、烧碱100份、水180份、苯丙乳液6份、包裹“糖衣层”的载菌膨胀珍珠岩130份。然后在常温下静置24h后,在40℃的烘箱中烘干至恒重,最终获得微生物自修复剂。
将上述原材料按以下方法制备混凝土:
(1)、用微生物自修复剂和120目的膨胀珍珠岩粉的质量20%的预湿水分别对微生物自修复剂和120目的膨胀珍珠岩粉进行预湿处理。
(2)、将水泥、硅灰、微生物自修复剂、120目的膨胀珍珠岩粉一起倒入搅拌机搅拌60s。
(3)、将砂子、石子倒入搅拌机继续搅拌,在搅拌的过程中加入聚丙烯纤维、剩余的水和减水剂。
(4)、将拌制好的混凝土装入模具,然后在振动台上振动40s。混凝土带模具自然养护1天,然后在标准养护箱中养护至28天龄期,获得基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土。
经试验测定,上述一元微生物自修复体系可以修复的混凝土裂缝最大宽度为0.9mm,裂缝深度方向为全修复。
实施例2
一种含“裹糖衣”自修复剂和氧气缓释剂的二元自修复体系的自修复混凝土,由下列重量份数的原料制成:
微生物自修复剂80份,氧气缓释剂30份,粒径120目膨胀珍珠岩23份,水泥400份,石子1100份,砂500份,硅灰40份,聚丙烯纤维2份,减水剂5份,水300份。
上述微生物自修复剂采用制备工艺同实施例1。区别是:每克膨胀珍珠岩浸渍吸附的菌液为500g;“糖衣层”浆体原材料重量份数以及与载菌膨胀珍珠岩比例如下:磷酸钾镁水泥320份,苯丙乳液35份,水450份,载菌膨胀珍珠岩200份。地聚合物浆体原材料重量份数以及与包裹“糖衣层”的载菌膨胀珍珠岩比例如下:赤泥100份,烧碱120份,水200份,苯丙乳液8份,包裹“糖衣层”的载菌膨胀珍珠岩180份。
上述氧气缓释剂由下列重量份数的原料和工艺制备而成:
膨胀珍珠岩120份,5%聚乙烯醇100份,过氧化钙50份,膨润土100份,磷酸钾镁水泥180份,水320份,苯丙乳液5份。
制备:(1)、将膨胀珍珠岩放在造粒机内转动,将质量分数为5%的聚乙烯醇喷洒在珍珠岩表面。
(2)、将过氧化钙和膨润土的混合物撒在膨胀珍珠岩表面,转动120s。
(3)、将搅拌均匀的磷酸钾镁水泥和苯丙乳液浆体喷洒在珍珠岩表面继续转动120s。
(4)、用干燥箱对上述包裹过氧化钙的膨胀珍珠岩在40℃温度下进行干燥,获得氧气缓释剂。
上述基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土的制备方法如下:
(1)、用微生物自修复剂、氧气缓释剂、120目的膨胀珍珠岩粉质量20%的预湿水分别对微生物自修复剂、氧气缓释剂、120目的膨胀珍珠岩粉进行预湿处理。
(2)、将水泥、硅灰、微生物自修复剂、氧气缓释剂和120目的膨胀珍珠岩粉一起倒入搅拌机搅拌60s。
(3)、将砂子、石子倒入搅拌机继续搅拌,在搅拌的过程中加入聚丙烯纤维、剩余的水和减水剂。
(4)、将拌制好的混凝土装入模具,然后在振动台上振动40s。混凝土带模具自然养护1天,然后在标准养护箱中养护至28天龄期,获得基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土。
经试验测定,上述二元微生物自修复体系可以修复的混凝土裂缝最大宽度为1.3mm,裂缝深度方向为全修复。
实施例3
一种微生物自修复剂、氧气缓释剂和负载营养物质膨胀珍珠岩的三元自修复体系的基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土,由下列重量份数的原料制成:微生物自修复剂120份,氧气缓释剂50份,负载营养物质膨胀珍珠岩50份,粒径120目膨胀珍珠岩23份,水泥350份,石子1000份,砂400份,硅灰30份,聚丙烯纤维2份,减水剂4份,水250份。
上述微生物自修复剂和氧气缓释剂制备工艺与实施例2相同。
上述负载营养物质膨胀珍珠岩的制备工艺如下:
(1)、将乳酸钙溶解为质量分数为10%的乳酸钙溶液。
(2)、然后采用真空浸渍法将稀释后的乳酸钙溶液吸附到膨胀珍珠岩颗粒(每克珍珠岩对应的乳酸钙溶液为300g~500g)的表面和内部孔隙中。
(3)、用干燥箱对上述吸附乳酸钙营养物质的膨胀珍珠岩在40±2℃温度下进行干燥,获得负载营养物质膨胀珍珠岩。
上述基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土的制备方法如下:
(1)、用微生物自修复剂、氧气缓释剂、负载营养物质膨胀珍珠岩、120目的膨胀珍珠岩粉的质量20%的预湿水分别对微生物自修复剂、氧气缓释剂、负载营养物质膨胀珍珠岩、120目的膨胀珍珠岩粉进行预湿处理。
(2)、将水泥、硅灰、微生物自修复剂、氧气缓释剂、负载营养物质膨胀珍珠岩和120目的膨胀珍珠岩粉一起倒入搅拌机搅拌60s。
(3)、将砂子、石子倒入搅拌机继续搅拌,在搅拌的过程中加入聚丙烯纤维、剩余的水和减水剂。
(4)、将拌制好的混凝土装入模具,然后在振动台上振动40s。混凝土带模具自然养护1天,然后在标准养护箱中养护至28天龄期,获得基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土。
经试验测定,上述三元微生物自修复体系可以修复的混凝土裂缝最大宽度为1.47mm,裂缝深度方向为全修复。
实施例4
一种微生物自修复剂、载菌膨胀珍珠岩、氧气缓释剂和负载营养物质膨胀珍珠岩的四元自修复体系的基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土,由下列重量份数的原料制成:微生物自修复剂45份,载菌膨胀珍珠岩50份,氧气缓释剂30份,负载营养物质膨胀珍珠岩20份,粒径120目膨胀珍珠岩23份,水泥400份,石子1200份,砂500份,硅灰40份,聚丙烯纤维3份,减水剂5份,水300份。
上述载菌膨胀珍珠岩和微生物自修复剂采用如下制备工艺:
(1)、对具有矿化沉积功能的微生物KJ01菌种进行筛选、活化和培养;
(2)、制备KJ01菌种的培养基:培养基每升各组分含量为蒸馏水1L,蛋白胨5g,牛肉膏3g,NaHCO3 0.42g,Na2CO3 0.53g。用2mol/L的氢氧化钠溶液将培养基pH值调整为pH=10,120℃高温灭菌20分钟。
(3)、将KJ01菌种接种至上述液体培养基中,振荡培养24小时,获得菌液;然后将所得菌液用离心机以转速4000r/min离心20分钟,获得菌泥。
(4)、将菌泥在灭菌后的蒸馏水中重悬,然后稀释获得所含菌体浓度为(1.0~1.4)×107个/mL的菌液。
(5)、采用真空浸渍法将上述菌液吸附到膨胀珍珠岩颗粒的表面和内部孔隙中,每克膨胀珍珠岩浸渍吸附的菌液为300g~500g,然后用干燥箱对上述吸附KJ01微生物菌液的膨胀珍珠岩在40±2℃温度下进行干燥,获得载菌膨胀珍珠岩。
(6)、对上述获得的载菌膨胀珍珠岩表面喷洒酵母膏混合溶液,然后并对其进行干燥,干燥温度为40±2℃。其中酵母膏混合溶液每升各组分含量为蒸馏水1L,酵母膏1g。
(7)、“糖衣层”的外包裹:将上述获得的干燥后的负载微生物和酵母膏的膨胀珍珠岩放在圆盘造粒机内转动,然后将配制好的“糖衣层”浆体均匀喷洒在膨胀珍珠岩表面。将喷涂包裹“糖衣层”的膨胀珍珠岩在常温下静置24h,然后放到40℃烘箱中烘干至恒重。其中,“糖衣层”浆体原材料重量份数以及与载菌膨胀珍珠岩比例如下:磷酸钾镁水泥300份,苯丙乳液30份,水440份,载菌膨胀珍珠岩190份。
(8)、保护层的外包裹:将烘干的喷涂了“糖衣层”的载菌膨胀珍珠岩放在造粒机内转动,将配制好的地聚合物浆体均匀喷涂在珍珠岩表面。其中,地聚合物浆体原材料重量份数以及与包裹“糖衣层”的载菌膨胀珍珠岩比例如下:赤泥90份,烧碱100份,水180份,苯丙乳液6份,包裹“糖衣层”的载菌膨胀珍珠岩130份。然后在常温下静置24h后,在40℃的烘箱中烘干至恒重,最终获得微生物自修复剂。
上述氧气缓释剂由下列重量份数的原料和工艺制备而成:
配比:膨胀珍珠岩160份,5%聚乙烯醇140份,过氧化钙60份,膨润土130份,磷酸钾镁水泥220份,水370份,苯丙乳液15份。
制备:(1)、将膨胀珍珠岩放在造粒机内转动,将质量分数为5%的聚乙烯醇喷洒在珍珠岩表面。
(2)、将过氧化钙和膨润土的混合物撒在膨胀珍珠岩表面,转动120s。
(3)、将搅拌均匀的磷酸钾镁水泥和苯丙乳液浆体喷洒在珍珠岩表面继续转动120s。
(4)、用干燥箱对上述包裹过氧化钙的膨胀珍珠岩在40℃温度下进行干燥,获得氧气缓释剂。
上述负载营养物质膨胀珍珠岩的制备工艺与实施例3相同。
上述基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土的制备方法如下:
(1)、用微生物自修复剂、载菌膨胀珍珠岩、氧气缓释剂、负载营养物质膨胀珍珠岩、120目的膨胀珍珠岩粉的质量20%的预湿水分别对微生物自修复剂、载菌膨胀珍珠岩、氧气缓释剂、负载营养物质膨胀珍珠岩、120目的膨胀珍珠岩粉进行预湿处理。
(2)、将水泥、硅灰、微生物自修复剂、载菌膨胀珍珠岩、氧气缓释剂、负载营养物质膨胀珍珠岩和120目的膨胀珍珠岩粉一起倒入搅拌机搅拌60s。
(3)、将砂子、石子倒入搅拌机继续搅拌,在搅拌的过程中加入聚丙烯纤维、水和减水剂。
(4)、将拌制好的混凝土装入模具,然后在振动台上振动40s。混凝土带模具自然养护1天,然后在标准养护箱中养护至28天龄期,获得基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土。
经试验测定,上述四元微生物自修复体系可以修复的混凝土裂缝最大宽度为1.5mm,裂缝深度方向为全修复。
实施例5
一种微生物自修复剂、载菌膨胀珍珠岩、氧气缓释剂和负载营养物质膨胀珍珠岩的四元自修复体系的基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土,由下列重量份数的原料制成:微生物自修复剂67份,载菌膨胀珍珠岩32份,氧气缓释剂26份,负载营养物质膨胀珍珠岩37份,粒径120目膨胀珍珠岩23份,水泥420份,石子1150份,砂530份,硅灰37份,聚丙烯纤维2.4份,减水剂5.2份,水300份。
其中,微生物自修复剂、载菌膨胀珍珠岩、氧气缓释剂和负载营养物质膨胀珍珠岩的制备方法,以及混凝土的制备方法均与实施例4相同。
经试验测定,上述四元微生物自修复体系可以修复的混凝土裂缝最大宽度为2.1mm,裂缝深度方向为全修复。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照本发明实施例进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明的技术方案的精神和范围,其均应涵盖于本权利要求书的保护范围中。

Claims (6)

1.一种基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土,其特征在于:由下列重量份数的原料制成:
微生物自修复剂30~120份,载菌膨胀珍珠岩0~50份,氧气缓释剂0~50份,负载营养物质膨胀珍珠岩0~50份,粒径120目膨胀珍珠岩23份,水泥350~500份,石子1000~1300份,砂400~600份,硅灰30~50份,聚丙烯纤维2~4份,减水剂4~6份,水250~350份;
其中:
(1)、载菌膨胀珍珠岩的制备工艺如下:
a、对具有矿化沉积功能的微生物KJ01菌种进行活化和培养;所述微生物KJ01菌种已于2018 年3月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.15516;
b、制备KJ01菌种的培养基:培养基每升各组分含量为蒸馏水1L、蛋白胨5g、牛肉膏3g、NaHCO3 0.42g、Na2CO3 0.53g;用氢氧化钠溶液将培养基pH值调整为pH=10,高温灭菌;
c、将KJ01菌种接种至上述液体培养基中,振荡培养24小时,获得菌液;然后将所得菌液用离心机以转速4000r/min离心20分钟,获得菌泥;
d、将菌泥在灭菌后的蒸馏水中重悬,然后稀释获得所含菌体浓度为(1.0~1.4)×107个/mL的菌液;
e、采用真空浸渍法将上述菌液吸附到膨胀珍珠岩颗粒的表面和内部孔隙中,每克膨胀珍珠岩浸渍吸附的菌液为300~500g,然后对上述吸附KJ01微生物菌液的膨胀珍珠岩在40±2℃温度下进行干燥,获得载菌膨胀珍珠岩;
(2)、微生物自修复剂的制备工艺如下:
a、对获得载菌膨胀珍珠岩表面喷洒酵母膏混合溶液,然后对其进行干燥,干燥温度为40±2℃;其中,酵母膏混合溶液每升各组分含量为蒸馏水1L、酵母膏1g;
b、糖衣层的外包裹:将上述获得的干燥后的负载微生物和酵母膏的膨胀珍珠岩放在造粒机内转动,然后将配制好的糖衣层浆体均匀喷洒在膨胀珍珠岩表面;将喷涂包裹糖衣层的膨胀珍珠岩在常温下静置24h,然后放到40℃烘箱中烘干至恒重;其中,糖衣层浆体原材料重量份数以及与载菌膨胀珍珠岩比例如下:磷酸钾镁水泥280~320份,苯丙乳液25~35份,水430~450份,载菌膨胀珍珠岩180~200份;
c、保护层的外包裹:将烘干的喷涂了糖衣层的载菌膨胀珍珠岩放在造粒机内转动,将配制好的地聚合物浆体均匀喷涂在珍珠岩表面;其中,地聚合物浆体原材料重量份数以及与包裹糖衣层的载菌膨胀珍珠岩比例如下:赤泥90~100份,烧碱100~120份,水180~200份,苯丙乳液6~8份,包裹糖衣层的载菌膨胀珍珠岩130~180份;然后在常温下静置24h后,在40℃温度下烘干至恒重,获得微生物自修复剂;
(3)、氧气缓释剂由下列重量份数的原料和工艺制备而成:
膨胀珍珠岩120~160份,5%聚乙烯醇100~140份,过氧化钙50~60份,膨润土100~130份,磷酸钾镁水泥180~220份,水320~370份,苯丙乳液5~15份;
a、将膨胀珍珠岩放在造粒机内转动,将质量分数为5%的聚乙烯醇喷洒在珍珠岩表面;
b、将过氧化钙和膨润土的混合物撒在膨胀珍珠岩表面,转动120s;
c、将搅拌均匀的磷酸钾镁水泥和苯丙乳液浆体喷洒在珍珠岩表面继续转动120s;
d、对上述包裹过氧化钙的膨胀珍珠岩在40℃温度下进行干燥,获得氧气缓释剂;
(4)、负载营养物质膨胀珍珠岩的制备工艺如下:
a、将乳酸钙溶解为质量分数为10%的乳酸钙溶液;
b、然后采用真空浸渍法将稀释后的乳酸钙溶液吸附到膨胀珍珠岩颗粒的表面和内部孔隙中;其中,每克膨胀珍珠岩对应的乳酸钙溶液为300~500g;
c、对上述吸附乳酸钙营养物质的膨胀珍珠岩在40±2℃温度下进行干燥,获得负载营养物质膨胀珍珠岩。
2.根据权利要求1所述的基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土,其特征在于:具有矿化沉积功能的微生物包括所有能够通过诱导产生矿化沉积物的非产脲酶兼性厌氧单菌或者混菌。
3.根据权利要求2所述的基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土,其特征在于:所述非产脲酶菌指科氏芽孢杆菌。
4.根据权利要求1所述的基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土,其特征在于:聚丙烯纤维由玻璃纤维、陶瓷纤维、硅酸铝纤维、玄武岩纤维或者聚酯纤维代替。
5.一种基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)、用水分别对微生物自修复剂、载菌膨胀珍珠岩、氧气缓释剂、负载营养物质膨胀珍珠岩、120目的膨胀珍珠岩粉进行预湿处理;
(2)、将水泥、硅灰、微生物自修复剂、载菌膨胀珍珠岩、氧气缓释剂、负载营养物质膨胀珍珠岩和120目的膨胀珍珠岩粉一起倒入搅拌机搅拌;
(3)、将砂子、石子倒入搅拌机继续搅拌,在搅拌的过程中加入聚丙烯纤维、余量水和减水剂;
(4)、将拌制好的混凝土装入模具,然后在振动台上振动,混凝土带模具自然养护1天,然后在标准养护箱中养护至28天龄期,获得基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土。
6.根据权利要求5所述的基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,水与微生物自修复剂、载菌膨胀珍珠岩、氧气缓释剂、负载营养物质膨胀珍珠岩、120目的膨胀珍珠岩粉的质量比均为1:5。
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