CN110482927B

CN110482927B - 一种再生细骨料为载体的自修复饰面砂浆及制备方法

Info

Publication number: CN110482927B
Application number: CN201910693048.8A
Authority: CN
Inventors: 刘超; 余伟航; 吕振源
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2039-07-30
Also published as: CN110482927A

Abstract

本发明公开了一种再生细骨料为载体的自修复饰面砂浆及制备方法，所述的自修复饰面砂浆包括饰面砂浆配料和自修复再生细骨料，按体积百分比计，自修复再生细骨料占自修复饰面砂浆的10％～30％；所述的自修复再生细骨料由再生细骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液制成；巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为1～1.2，以混凝土中的水泥为计算基准，巴氏芽孢杆菌菌液的体积掺量为30％。本发明采用再生细骨料载体，解决了以往采用饰面砂浆开裂时，只能后期再次抹面覆盖、维护操作不便、表面不美观的问题，同样起到建筑垃圾资源化、微生物自修复的饰面砂浆提高结构服役性的效果。

Description

一种再生细骨料为载体的自修复饰面砂浆及制备方法

技术领域

本发明属于智能建筑材料技术领域，特别是一种再生细骨料为载体的自修复饰面砂浆及制备方法。

背景技术

随着城乡建设化及大量精装基础设施的坐落，大量的砂石资源被需求。此外，人们日益增长的物质文化需求激发餐饮、娱乐设施及其他公共设施的增长，也极大的加快了建造和拆除循环的过程，这都导致了自然资源的匮乏。而不规范的建筑垃圾处理方式会导致掩埋堆填的空间缺失和环境恶化。再生细骨料，取自废弃建筑，是粒径小于5mm的天然骨料与水泥基水化凝结后形成的产物。其中，再生细骨料由于被老旧饰面砂浆包裹呈现出疏松多孔状态，其附着饰面砂浆的固有多孔性质使其有作为自修复饰面砂浆载体的可行性，能保证饰面的长期美观和持久的服役周期。

微生物中的芽孢杆菌能通过某些钙矿化反应机制在细胞芽孢处生成不同形态的碳酸钙及类碳酸钙无机化合物，从而填塞或黏结接触水氧的有孔介质界面。芽孢杆菌主要通过有氧环境下芽孢处形成碳酸钙沉淀实现修复。伴随着碳酸盐平衡的转变(CO₂到HCO₃ ^-和CO₃ ^2-)，饰面砂浆介质中的钙离子与碳酸根离子发生反应，从而向微生物芽孢处聚集形成不溶性的碳酸钙CaCO₃沉积物，使裂缝愈合而达到修复的目的。当有适合的环境时进行钙矿化作用，而在不满足反应条件时进行休眠，由于硅酸盐水泥的主要成分本质上就是钙盐，因此利用芽孢杆菌这种碳酸钙诱导沉积的能力对饰面砂浆裂缝进行自修复具备可行性，并且芽孢杆菌在碱性环境有着更高效的修复效能使再生细骨料有着特定的载体优势。

然而将生物自修复技术进行工业化应用，还有一系列问题需要解决。其中，如何确保微生物在饰面砂浆硬化过程中保持潜在活性和提高修复效能是至关重要的。只有芽孢杆菌微生物活性的保持才有可能起到促进碳酸钙沉积的作用；只有有效的提高修复效能才能更好发挥自修复饰面砂浆的作用。

最初获取自修复饰面砂浆是将芽孢杆菌直接掺入饰面砂浆进行拌制。然而，这会导致其在饰面砂浆拌制过程中受到破坏进而影响活性。为维持芽孢杆菌的活性，将其与载体先行拌和，再将拌和后的载体材料按掺入饰面砂浆进行拌制，从而起到保护作用。然而常用的载体材料，如膨胀珍珠岩等的加入虽能保证微生物活性，但是在此过程中会影响构件结构性能，制约了采用载体材料拌制方法的发展。为此，有采用体改性剂包裹膨胀珍珠岩载体以求提高其力学性能。然而，其载体改性剂浓稠，操作不便。同时，未见自修复饰面砂浆的实际应用，大多采用饰面开裂后再次抹面的方式，但这难以解决内部已产生裂缝的根本问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种再生细骨料为载体的自修复饰面砂浆，其修复效能高、环境友好性强、无需后期维护。

本发明的另一目的在于提供一种再生细骨料为载体的自修复饰面砂浆的制备方法，以获得修复效能高、环境友好性强、易于操作的自修复饰面砂浆。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种再生细骨料为载体的自修复饰面砂浆，所述的自修复饰面砂浆包括饰面砂浆配料和自修复再生细骨料，按体积百分比计，自修复再生细骨料占自修复饰面砂浆的10％～30％；所述的自修复再生细骨料由再生细骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液制成；巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为1～1.2，以混凝土中的水泥为计算基准，巴氏芽孢杆菌菌液的体积掺量为30％。

可选的，按体积百分比计，自修复再生细骨料占自修复饰面砂浆的20％。

可选的，所述的再生细骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液的过程为：真空负压0.6Mpa条件下浸渍吸附20～25min。

可选的，所述的再生细骨料是混凝土建筑垃圾经破碎后形成的碎石料；所述的再生细骨料的粒径为0.25～0.95mm，表观密度为2350～2410kg/m³，堆积密度为1300～1335kg/m³，空隙率为46.7％～47.4％，压碎指标为22.6％～23.8％。

可选的，按质量比计，所述的饰面砂浆配料为砂：水泥：水＝4.75～5.10:1.00～1.15:0.50～0.58。

可选的，所述的水泥为PO 32.5级，密度为3100kg/m³；所述的中砂密度为1557kg/m³，含水率为2.4％。

一种再生细骨料为载体的自修复饰面砂浆的制备方法，所述的自修复饰面砂浆包括饰面砂浆和自修复再生细骨料，按体积百分比计，自修复再生细骨料占自修复饰面砂浆的10％～30％；巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为1～1.2，以饰面砂浆中的水泥为计算基准，巴氏芽孢杆菌菌液的体积掺量为30％；所述的自修复再生细骨料由再生细骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液制成，再生细骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液的过程为：真空负压0.6Mpa条件下浸渍吸附20～25min；将饰面砂浆配料与自修复再生细骨料混合拌和即得自修复饰面砂浆。

可选的，按质量比计，所述的饰面砂浆配料为砂：水泥：水＝4.75～5.10:1.00～1.15:0.50～0.58；所述的水泥为PO32.5级，密度为3100kg/m³；所述的中砂密度为1557kg/m3，含水率为2.4％。

可选的，所述的再生细骨料是饰面砂浆建筑垃圾经破碎后形成的碎石料；所述的再生细骨料的粒径为0.25～0.95mm，表观密度为2350～2410kg/m³，堆积密度为1300～1335kg/m³，空隙率为46.7％～47.4％，压碎指标为22.6％～23.8％。

本发明的优点为：

本发明采用再生细骨料载体，解决了以往采用饰面砂浆开裂时，只能后期再次抹面覆盖、维护操作不便、表面不美观的问题，同样起到建筑垃圾资源化、微生物自修复的饰面砂浆提高结构服役性的效果。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为对比例一中的具有再生细骨料载体的自修复饰面砂浆、无载体自修复饰面砂浆和普通饰面砂浆的修复裂缝宽度对比图；

图2为对比例一中30％掺量的再生细骨料自修复饰面砂浆裂缝(a)和14天后修复裂缝的对比图(b)；

图3为对比例一中同时间测点的无载体自修复饰面砂浆裂缝(a)和14天后修复裂缝的对比图(b)；

图4为对比例一中同时间测点的普通饰面砂浆裂缝(a)和14天后修复裂缝的对比图(b)；

图5为实施例一中不同体积掺量的饰面砂浆开裂示意图；

图6为实施例一中体积掺量为30％的10000倍电子显微镜修复产物示意图。

具体实施方式

再生细骨料是由建筑废弃物中的混凝土、饰面砂浆、石、砖瓦等加工而成,用于配制混凝土的粒径不大于5mm的颗粒。主要包括饰面砂浆体破碎后形成的表面附着水泥浆的砂粒,水泥石颗粒及少量破碎石块。再生细骨料的生产工序为：对原材料进行初选,分类堆放、去除钢筋等；通过多次分选,去除土、轻物质、钢筋、有机质等；初次破碎、筛分,二次破碎、筛分,分离、冲洗等得到再生细骨料。

本发明采用的再生细骨料，取自混凝土建筑垃圾，是天然骨料与水泥基水化凝结后形成的产物经破碎后形成的石料。其材料特征为粒径为小于5mm的附着饰面砂浆碎石屑，比如为0.25～0.95mm，表观密度为2350～2410kg/m³，堆积密度为1300～1335kg/m³，空隙率为46.7％～47.4％，压碎指标为22.6％～23.8％。其表观和天然细骨料相比，其表面特征有很大差异：再生细骨料表面包裹着一定量的饰面砂浆和水泥石，其黏附的多少和程度取决于骨料破碎的工艺、设备和原生骨料的强度等级。破碎出来的再生细骨料颗粒表面凸凹不平且多孔隙。与天然细骨料相比，再生细骨料中的成分也比较复杂，除原生的天然骨料外，还含有少量的饰面砂浆及水泥石骨料，其中，再生细骨料在经历垃圾分级分拣后处于被老旧饰面砂浆包裹呈现出疏松多孔的状态。因此再生骨料的附着饰面砂浆的固有多孔性质使其有作为自修复饰面砂浆载体的可行性。

本发明将传统或行业中常见的饰面砂浆配料与自修复再生细骨料混合进行自修复混凝土的制备，传统或行业中常见的饰面砂浆配料一般为水、水泥和砂，通常情况下装饰用M5饰面砂浆的配料比为砂：水泥：水＝1:2.5：3.36。

本发明中提到的以饰面砂浆中的水泥为计算基准，巴氏芽孢杆菌菌液的体积掺量为30％。水灰比为影响饰面砂浆性能的主要因素，以水泥用量为准能够准确的较好的减小饰面砂浆性能的制备误差；菌液体积掺量为30％基于大量实验数据分析得出其为兼顾经济性和修复效能的最佳体积比。

如未特别说明，本发明采用的设备均为本领域常规设备。

如未特别说明，本发明采用的材料均为市售。

实施例一：

本实施例的添加自修复再生细骨料的自修复饰面砂浆，包括饰面砂浆配料和自修复再生细骨料，按体积百分比计，自修复再生细骨料占自修复饰面砂浆的10％、20％和30％；自修复再生细骨料为载有巴氏芽孢杆菌的再生细骨料。

添加自修复再生细骨料的自修复饰面砂浆的制作方法，包括步骤：

步骤1、再生细骨料取自常规建造民用及商用建筑拆除后的混凝土垃圾，分别筛检制备再生细骨料颗粒粒径为0.25～0.95mm；表观密度2387kg/m³，堆积密度为1323kg/m³，压碎指标为23.6％，空隙率为47.2％；

步骤2、自修复再生细骨料由再生细骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液制成；巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为1.2；以混凝土中的水泥为计算基准，巴氏芽孢杆菌菌液的体积掺量为30％；

步骤3、取购自陕西省微生物研究所的巴氏芽孢杆菌菌液低温-4～0℃放置12小时后，先取菌液置于负压真空泵置物容器中，再加入再生细骨料载体振捣摇匀使之较均匀分布在再生细骨料表面直至混合物不再出现层析变化，在真空负压为0.6Mpa条件下吸附20～25min，转移再生细骨料于烘箱内恒温40℃烘干16小时；

步骤4、按质量比计，饰面砂浆配合比为5.15:1.00:0.50的中砂、水泥和水，将各组分混合浇筑饰面砂浆，并养护成型。再生细骨料颗粒的添加方法是在饰面砂浆搅拌时加入，饰面砂浆构件在浇筑过程中充分振捣。水泥为PO 32.5级，密度为3100kg/m³；中砂密度为1557kg/m³，含水率为2.4％。

采用标准方法制备自修复饰面砂浆，制备方法如下：①将硅酸盐水泥、中砂、再生细骨料载体干拌至均匀状态，得干粉料。②将水加入搅拌机，再将干粉料添加搅拌机中搅拌，搅拌时间为2～3.5分钟，既得自修复饰面砂浆成品。采用标准方法制备普通饰面砂浆，与自修复饰面砂浆制备方法区别为未加入再生细骨料载体。

其中，饰面砂浆试样经水化及温度及干缩作用产生裂缝，试样洒水养护并通过150X裂缝观测仪和电子扫描显微镜测定裂缝延伸形态及修复性能。

结果如表1所示，表1中的SHM-X中SHM表示自修复饰面砂浆，X为再生细骨料体积掺量比。体积掺量为30％的再生细骨料具有最好的自修复效能表现，体积掺量10％、20％其修复总量分别为体积掺量为30％的0.78倍、0.83倍。

表1不同掺量自修复饰面砂浆修复效能

试件编号	修复最小值mm<sup>2</sup>	修复最大量mm<sup>2</sup>	修复总量mm<sup>2</sup>	修复平均量mm<sup>2</sup>	倍差值
						SHM-10	2.16	2.84	8.13	2.71	0.78
SHM-20	2.77	3.15	8.70	2.90	0.83
						SHM-30	3.22	3.52	10.47	3.49	1

如图5所示，自修复再生细骨料不同体积掺量的自修复饰面砂浆裂缝开裂对比。图5中的结果说明自修复饰面砂浆会随再生细骨料体积掺量的增加导致延展裂缝更易形成主延展裂缝，而较小的体积掺量会使饰面砂浆呈现网纹状干缩裂缝。

如图6所示，在电子显微镜下修复物质CaCO₃内部多为大粒径晶体，外部伴随有些许小粒径晶体，其分布形态多呈现平铺式，这说明砂浆早期开裂时内部孔隙空气及水分的存在提高了钙矿化反应，使得修复产物晶体粒径大而密集；伴随着裂缝的修复，钙矿化反应低效进行使得生成的修复晶体小而分散。

对比例一：

本对比例的无载体自修复饰面砂浆跟实施例一的区别是去掉再生细骨料，采用直接添加菌液方式浇筑饰面砂浆，即将菌液直接加入到饰面砂浆配料中进行饰面砂浆的制备。

普通饰面砂浆为未添加再生细骨料及菌液的饰面砂浆配料。

如图1所示，再生细骨料自修复饰面砂浆在35天修复了约为0.02mm的裂缝。无载体自修复饰面砂浆和普通饰面砂浆的平均剩余裂缝宽度在前35天分别约为0.014mm和0.019mm；其中，体积掺量为30％的再生细骨料自修复饰面砂浆具有最好的自修复效能表现，无载体的自修复饰面砂浆在56天时仍有0.011mm的剩余裂缝。

图2为30％掺量的再生细骨料自修复饰面砂浆裂缝和14天后修复裂缝的对比图；

图3为同时间测点的无载体自修复饰面砂浆裂缝和14天后修复裂缝的对比图；

图4为同时间测点的普通饰面砂浆裂缝和14天后修复裂缝的对比图。

经过试验比较得知，上述对比例一中的饰面砂浆构件在同一时间内裂缝的闭合程度小于实施例一中的饰面砂浆构件，且最终测定对比例一的力学强度和抗渗性能结果也是小于实施例一。可见实施例一中的自修复饰面砂浆能通过再生细骨料的自修复效能达到更佳的修复效果，具有极高的实用性和经济性。

表2不同时间的裂缝修复进程

如图1、表2所示，对比普通饰面砂浆与30％掺量的再生细骨料载体自修复饰面砂浆于不同时间对裂缝修复进程的影响，通过150x裂缝观测仪采集观测取点处裂缝剩余宽度表征修复效果；其中自修复饰面砂浆在7天时大部分都出现不同程度的修复现象。相较于普通饰面砂浆，再生细骨料载体表现出微生物激发时间早、修复总量高的特点，全部构件在35天时出现标记点完全愈合的良好表现。普通饰面砂浆在7天时几乎没有修复表现，并且随着时间的延长一直保持低效的修复进程；其修复总量在35天时约占再生骨料载体的3.27％、无载体自修复饰面砂浆的17.67％。

在本实施例中，上列实施例，对本发明的目的、技术方案和有点进行了进一步地详细说明，所应说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所发明的内容。

Claims

1.一种再生细骨料为载体的自修复饰面砂浆，其特征在于，所述的自修复饰面砂浆包括饰面砂浆配料和自修复再生细骨料，按体积百分比计，自修复再生细骨料占自修复饰面砂浆的10%～30%；

所述的自修复再生细骨料由再生细骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液制成；巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为1～1.2，以饰面砂浆配料中的水泥为计算基准，巴氏芽孢杆菌菌液的体积掺量为30%；具体步骤为：所述的再生细骨料于真空负压条件下浸渍吸附巴氏芽孢杆菌菌液20～25min，再于烘箱内恒温烘干得到自修复再生细骨料；

所述的再生细骨料是混凝土建筑垃圾经破碎后形成的碎石料；所述的再生细骨料的粒径为0.25～0.95mm，表观密度为2350～2410kg/m³，堆积密度为1300～1335kg/m³，空隙率为46.7%～47.4%，压碎指标为22.6%～23.8%；

按质量比计，所述的饰面砂浆配料为砂：水泥：水=4.75～5.10:1.00～1.15:0.50～0.58。

2.根据权利要求1所述的再生细骨料为载体的自修复饰面砂浆，其特征在于，按体积百分比计，自修复再生细骨料占自修复饰面砂浆的20%。

3.根据权利要求1所述的再生细骨料为载体的自修复饰面砂浆，其特征在于，所述的水泥为P·O32.5级，密度为3100kg/m³；所述的砂密度为1557kg/m³，含水率为2.4%。

4.一种再生细骨料为载体的自修复饰面砂浆的制备方法，其特征在于，所述的自修复饰面砂浆包括饰面砂浆配料和自修复再生细骨料，按体积百分比计，自修复再生细骨料占自修复饰面砂浆的10%～30%；巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为1～1.2，以饰面砂浆配料中的水泥为计算基准，巴氏芽孢杆菌菌液的体积掺量为30%；

具体步骤为：所述的再生细骨料于真空负压条件下浸渍吸附巴氏芽孢杆菌菌液20～25min，再于烘箱内恒温烘干得到自修复再生细骨料；

将饰面砂浆配料与自修复再生细骨料混合拌和即得自修复饰面砂浆；

按质量比计，所述的饰面砂浆配料为砂：水泥：水=4.75～5.10:1.00～1.15:0.50～0.58；所述的水泥为P·O32.5级，密度为3100kg/m³；所述的砂密度为1557kg/m3，含水率为2.4%。

5.根据权利要求4所述的再生细骨料为载体的自修复饰面砂浆的制备方法，其特征在于，按体积百分比计，自修复再生细骨料占自修复饰面砂浆的20%。