CN110863668A - 一种适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法，其步骤如下：先利用电迁移方式将耐碱型产脲酶芽孢杆菌的芽孢体迁移至混凝土内部；其次利用自迁移方式将包含尿素和硝酸钙的成矿组分迁移至混凝土内部；迁移处理处理完成后，当钢筋混凝土结构的混凝土保护层开裂，在恰当养护条件下将完成对宽度500μm以内微裂缝的自我修复。该方法避免了预掺式微生物自修复对混凝土工作性及力学性能的负面影响，更将微生物自修复技术推广至已建钢筋混凝土结构，极大地拓展了微生物自修复的应用范围。

Description

一种适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法
技术领域
本发明涉及钢筋混凝土结构的修复方法，具体涉及一种适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法。
背景技术
钢筋混凝土是人类目前正在使用，且在可预见的未来仍将长期使用的大宗建筑结构材料。然而，钢筋混凝土结构往往在服役期间遭破坏，尤以一些复杂的受载条件下和恶劣的环境中为甚。从破坏机理来看，钢筋腐蚀排在了首位。为防止钢筋腐蚀，目前的手段主要包括针对混凝土的基本措施和针对钢筋的补充措施。一般而言，从混凝土的角度来对钢筋进行腐蚀防护更加经济有效。更重要的是，混凝土和钢筋之间有唇亡齿寒的关系。维持混凝土这道唯一的防线，是首要且无可取代的。
然而，混凝土本身是一种多孔的非均质脆性材料，在荷载和各种环境因素的综合作用下，常常产生大小不一的裂缝。外界侵蚀介质将通过裂缝侵入至钢筋/混凝土界面，引起钢筋表面钝化膜破坏而导致腐蚀。对于混凝土开裂这个难以避免的问题，国内外研究者提出了大量的裂缝修复技术。传统的且如今仍广泛采用的主要为事后修复和定时维修，如结构加固、罩面、灌浆、树脂填充。这些修复手段不仅费时费力，且对某些特殊结构部位的修复十分困难。另外，传统方法仍停留在计划和被动的模式上，不能满足和适应现代多功能化和智能化趋势的要求。
随着智能材料概念的提出，仿生自修复混凝土应运而生。该技术模仿了生物组织能自动愈合受创部位的机制，通过在混凝土中掺入功能组分，使其能感知并主动地修复损伤，恢复甚至提高混凝土的性能。在已有的仿生自修复方法中，利用微生物的诱导成矿来实现混凝土的开裂自修复受到人们的广泛关注。生物沉积材料由于是自然过程中形成的，因而具备环境友好性；其产物主要是具有胶结性的无机矿物，与混凝土材料相容性很好；另外，只要条件合适，它可以持续、反复地进行矿化沉积，具有可持续性。
尽管将微生物自修复用于钢筋混凝土具备诸多优势，但目前均采取预掺的方式，即各组分在混凝土拌和的阶段加入。由于还需要引入载体对微生物进行保护，将对混凝土工作性及力学性造成不同程度的负面影响。同时，预掺意味着只能用于新建结构，对量大面广的已建结构则无法实施，这将使其工程应用严重受限。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法，以解决现有技术中采取预掺微生物修复剂方式易对混凝土工作性及力学性造成影响，且对已建混凝土结构无法实施修复的问题，本发明方法能避免预掺式微生物自修复法对结构带来的负面影响，更应用于目前基础设施中量大面广的已建钢筋混凝土结构。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法，首先利用电迁移方式将微生物芽孢迁移至混凝土内部，再利用自迁移方式将成矿组分迁移至混凝土内部，混凝土保护层开裂后将在适宜的养护条件下完成自修复。
本方法将微生物及成矿成分涂覆于混凝土保护层表面，借助电场梯度或浓度梯度作用，使微生物及成矿组分发生迁移而进入混凝土内部，通过适当的微生物成矿方式完成对预期开裂的响应，从而实现对已建钢筋混凝土结构的自修复。
优选地，所述的微生物为耐碱型产脲酶芽孢杆菌属细菌，包括但不限于巴氏芽孢八叠球菌、球形芽孢杆菌、耐盐芽孢杆菌等，进一步优选地，所述的微生物为巴氏芽孢八叠球菌；所述的芽孢以菌悬液形式提供，菌液浓度为OD600值1～1.5，pH为8～9.2。
优选地，所述的电迁移方式为，混凝土中的钢筋接电源正极，在混凝土保护层外布设导电层，并将所述的导电层接入电源负极，通电后形成强度为50mV/cm～150mV/cm的外加直流电场，通电2～8h将所述的微生物芽孢迁移至混凝土内部。其中，所述的导电层的材料包括钢、铝、钛、石墨中的一种，所述的导电层的形态包括薄板、网、多孔介质中的一种。
优选地，所述的成矿组分为尿素和Ca2+，进一步优选为0.25mol/L～1mol/L的尿素和0.25mol/L～1mol/L的氯化钙混合溶液。
优选地，所述的自迁移方式为将混凝土保护层与所述的成矿组分混合溶液接触12h～48h。
优选地，所述的混凝土保护层开裂的裂缝宽度低于500μm。
优选地，所述的适宜的养护条件为温度20～37℃、干湿循环或水饱和、供氧充分的环境下养护7～14天。
本发明的自修复原理为：通过电迁移进入混凝土内部的耐碱型产脲酶芽孢，一方面可以耐受混凝土高pH值的作用而保持长期潜在活性，另一方面在缺少水分和氧气供应的条件下维持休眠状态；混凝土保护层开裂后，随着外界水和氧气的进入，芽孢被激活而复苏，通过新陈代谢作用产生脲酶，将已存在于混凝土中的尿素分解为NH3以及CO2，NH3的水解造成溶液pH值迅速上升，促进二氧化碳的溶解以及碳酸氢根的水解反应，产生大量CO3 2-，与环境中的Ca2+结合，并在菌体自身的作用下，形成具有胶结性的CaCO3，最终达到开裂自修复的目的。
与现有技术相比，本发明通过电迁移及自迁移的方式将微生物自修复组分引入钢筋混凝土，不仅避免了预掺式微生物自修复对混凝土工作性及力学性能的负面影响，更将微生物自修复技术推广至已建钢筋混凝土结构，极大地拓展了微生物自修复的应用范围，此外，本发明提供的微生物自修复方法操作简洁、成本低、效果好。
附图说明
图1为钢筋混凝土的芽孢电迁移布置示意图；
图2为钢筋混凝土表面裂缝的图片；
图3为钢筋混凝土表面裂缝经微生物自修复后的效果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
采用尺寸为40mm×40mm×160mm的细骨料混凝土试件，水泥为P·O 42.5水泥，水灰比0.5，灰砂比1:3。混凝土保护层厚度为16mm，内置一根直径8mm的HPB235光圆钢筋，具体试件布置见图1，混凝土采用机械搅拌、振捣成型，成型后24h拆模，在钢筋外露部分连接导线，固定后采用环氧树脂进行密封，防止接头锈蚀。处理好的试件标准养护28天后实施试验，图2为钢筋混凝土表面裂缝的图片，图3为钢筋混凝土表面裂缝经微生物自修复后的效果。
实施例1
1.电迁移处理
在混凝土保护层外布设多孔石墨片，并浸入浓度为OD600值1.2，pH为8.8的巴氏芽孢八叠球菌的芽孢悬液中，使其没过底面1～3mm。外设稳恒直流电源，将混凝土中的钢筋接入电源正极，将多孔石墨片接入电源负极，通电形成强度为100mV/cm的外加直流电场，持续4h将微生物芽孢迁移至混凝土内部。
2.自迁移处理
移除多孔石墨片，将混凝土表面清理干净并晾干后，再次浸入成分为0.5mol/L的尿素和0.5mol/L的氯化钙混合溶液中，使其没过底面1～3mm，持续24h使成矿组分迁移至混凝土内部。
3.自修复效果
在钢筋混凝土试件的经处理后的表面上形成宽约500μm的微裂缝，在温度为25℃、干湿循环的环境下养护10天，裂缝完全愈合。
实施例2
1.电迁移处理
在混凝土保护层外布设钢丝网，并浸入浓度为OD600值1，pH为8的球形芽孢杆菌的芽孢悬液中，使其没过底面1～3mm。外设稳恒直流电源，将混凝土中的钢筋接入电源正极，将钢丝网接入电源负极。通电形成强度为50mV/cm的外加直流电场，持续2h将微生物芽孢迁移至混凝土内部。
2.自迁移处理
移除钢丝网，将混凝土表面清理干净并晾干后，再次浸入成分为0.25mol/L的尿素和0.25mol/L的氯化钙混合溶液中，使其没过底面1～3mm，持续12h使成矿组分迁移至混凝土内部。
3.自修复效果
在钢筋混凝土试件的经处理后的表面上形成宽约150μm的微裂缝，在温度为20℃、干湿循环的环境下养护7天，裂缝完全愈合。
实施例3
1.电迁移处理
在混凝土保护层外布设钛网，并浸入浓度为OD600值1.5，pH为9.2的耐盐芽孢杆菌的芽孢悬液中，使其没过底面1～3mm。外设稳恒直流电源，将混凝土中的钢筋接入电源正极，将钢丝网接入电源负极。通电形成强度为150mV/cm的外加直流电场，持续8h将微生物芽孢迁移至混凝土内部。
2.自迁移处理
移除钛网，将混凝土表面清理干净并晾干后，再次浸入成分为1mol/L的尿素和1mol/L的氯化钙混合溶液中，使其没过底面1～3mm，持续48h使成矿组分迁移至混凝土内部。
3.自修复效果
在钢筋混凝土试件的经处理后的表面上形成宽约300μm的微裂缝，在温度为37℃、水饱和的环境下养护14天，裂缝完全愈合。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法，其特征在于，利用电迁移方式将微生物芽孢迁移至混凝土内部，再利用自迁移方式将成矿组分迁移至混凝土内部，混凝土保护层开裂后将在适宜的养护条件下完成自修复。
2.根据权利要求1所述的适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法，其特征在于，所述的微生物为耐碱型产脲酶芽孢杆菌属细菌，包括但不限于巴氏芽孢八叠球菌、球形芽孢杆菌、耐盐芽孢杆菌。
3.根据权利要求1所述的适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法，其特征在于，所述的芽孢以菌悬液形式提供，菌悬液浓度为OD600值1～1.5，pH为8～9.2。
4.根据权利要求1所述的适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法，其特征在于，所述的电迁移方式为，在强度为50mV/cm～150mV/cm的外加直流电场作用下，通电2～8h，将所述的微生物芽孢迁移至混凝土内部。
5.根据权利要求4所述的适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法，其特征在于，所述的电迁移方式具体方法为，将所述的混凝土中的钢筋接电源正极，在所述的混凝土保护层外布设导电层，并将所述的导电层接入电源负极，通电形成所述的外加直流电场，其中，所述的导电层与所述的微生物芽孢菌液接触。
6.根据权利要求5所述的适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法，其特征在于，所述的导电层的材料包括钢、铝、钛或石墨中的一种，所述的导电层的形态包括薄板、网或多孔介质中的一种。
7.根据权利要求1所述的适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法，其特征在于，所述的成矿组分为尿素和Ca2+。
8.根据权利要求1所述的适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法，其特征在于，所述的自迁移方式为，将混凝土保护层与所述成矿组分混合溶液接触12h～48h。
9.根据权利要求1所述的适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法，其特征在于，所述混凝土的保护层开裂的裂缝宽度低于500μm。
10.根据权利要求1所述的适用于已建钢筋混凝土结构的微生物自修复方法，其特征在于，所述适宜的养护条件为温度20～37℃、干湿循环或水饱和的环境下养护7～14天。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113121145A (zh) * 2021-04-15 2021-07-16 同济大学 基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料及应用

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1752382A (zh) * 2005-09-30 2006-03-29 河海大学 混凝土裂缝的修复方法及其修复装置
WO2009098091A2 (en) * 2008-02-05 2009-08-13 Biomim-Greenloop Sa Impermeability rehabilitation of civil engineering structures
CN102002716A (zh) * 2010-12-10 2011-04-06 上海电力学院 碳化钢筋混凝土结构辅以缓蚀剂的电化学再碱化修复技术
CN103319203A (zh) * 2013-06-05 2013-09-25 河海大学 一种提高混凝土耐久性的方法
CN103342484A (zh) * 2013-07-18 2013-10-09 东南大学 一种用于修复水泥基材料裂缝的方法
KR20150075557A (ko) * 2013-12-26 2015-07-06 연세대학교 산학협력단 콘크리트 균열 보수용 바이오 패치와 이를 이용한 콘크리트 균열 보수방법
CN105220681A (zh) * 2015-10-26 2016-01-06 南京林业大学 一种微生物—电场联合加固可液化地基的方法
CN105464394A (zh) * 2014-09-11 2016-04-06 中交四航工程研究院有限公司 脱盐与裂缝修补同步进行的钢筋混凝土结构耐久性修复方法及修复装置
CN106699004A (zh) * 2017-01-22 2017-05-24 东南大学 一种用于水泥基材料裂缝自修复的表面预涂覆方法
WO2019189968A1 (ko) * 2018-03-29 2019-10-03 경기대학교 산학협력단 콘크리트 구조체 균열 보수를 위한 미생물 보수액 주입 방법

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1752382A (zh) * 2005-09-30 2006-03-29 河海大学 混凝土裂缝的修复方法及其修复装置
WO2009098091A2 (en) * 2008-02-05 2009-08-13 Biomim-Greenloop Sa Impermeability rehabilitation of civil engineering structures
CN102002716A (zh) * 2010-12-10 2011-04-06 上海电力学院 碳化钢筋混凝土结构辅以缓蚀剂的电化学再碱化修复技术
CN103319203A (zh) * 2013-06-05 2013-09-25 河海大学 一种提高混凝土耐久性的方法
CN103342484A (zh) * 2013-07-18 2013-10-09 东南大学 一种用于修复水泥基材料裂缝的方法
KR20150075557A (ko) * 2013-12-26 2015-07-06 연세대학교 산학협력단 콘크리트 균열 보수용 바이오 패치와 이를 이용한 콘크리트 균열 보수방법
CN105464394A (zh) * 2014-09-11 2016-04-06 中交四航工程研究院有限公司 脱盐与裂缝修补同步进行的钢筋混凝土结构耐久性修复方法及修复装置
CN105220681A (zh) * 2015-10-26 2016-01-06 南京林业大学 一种微生物—电场联合加固可液化地基的方法
CN106699004A (zh) * 2017-01-22 2017-05-24 东南大学 一种用于水泥基材料裂缝自修复的表面预涂覆方法
WO2019189968A1 (ko) * 2018-03-29 2019-10-03 경기대학교 산학협력단 콘크리트 구조체 균열 보수를 위한 미생물 보수액 주입 방법

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
徐晶 等: "浸渍及固载法用于混凝土微生物表面处理对比研究", 《材料导报B：研究篇》 *
徐晶 等: "碳化作用下混凝土的微生物表面处理", 《同济大学学报（自然科学版）》 *
徐晶 等: "脲解型微生物诱导碳酸钙沉积研究", 《功能材料》 *
徐晶: "基于微生物矿化沉积的混凝土裂缝修复研究进展", 《浙江大学学报（工学版）》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113121145A (zh) * 2021-04-15 2021-07-16 同济大学 基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料及应用
CN113121145B (zh) * 2021-04-15 2022-02-18 同济大学 基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料及应用

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