CN111056782B - 一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法 - Google Patents

一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111056782B
CN111056782B CN201911408297.4A CN201911408297A CN111056782B CN 111056782 B CN111056782 B CN 111056782B CN 201911408297 A CN201911408297 A CN 201911408297A CN 111056782 B CN111056782 B CN 111056782B
Authority
CN
China
Prior art keywords
concrete
repairing
microbial
tunnel lining
steps
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911408297.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111056782A (zh
Inventor
王金梁
张勇
王道隆
李涛
赖小颖
黄亚娥
孙浩铭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Ocean University ZJOU
Road and Bridge South China Engineering Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang Ocean University ZJOU
Road and Bridge South China Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Ocean University ZJOU, Road and Bridge South China Engineering Co Ltd filed Critical Zhejiang Ocean University ZJOU
Priority to CN201911408297.4A priority Critical patent/CN111056782B/zh
Publication of CN111056782A publication Critical patent/CN111056782A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111056782B publication Critical patent/CN111056782B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/14—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an inorganic carrier
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/27—Water resistance, i.e. waterproof or water-repellent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/72—Repairing or restoring existing buildings or building materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/76—Use at unusual temperatures, e.g. sub-zero
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

本发明提供一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，属于微生物学和土木工程材料交叉技术领域，包括将微生物修复剂添加进混凝土原料，制得隧道衬砌混凝土；修复剂的制备步骤为：将微生物或微生物芽孢负载在载体中作为基芯材料，然后在基芯材料上固载营养物质形成核结构，最后在核结构表面固载保护层，干燥，即得微生物修复剂；上述微生物或微生物芽孢负载操作在磷酸三辛酯和三烯丙胺存在的环境中进行。本发明提供的方法能有效延长微生物有效存活期，对混凝土裂缝有良好的自修复作用，尤其对90d龄期后开裂宽度在0.5mm以下的混凝土仍具有超过50％的修复效果；提升混凝土的渗水修复效果，增强修复后混凝土抗渗性能。

Description

一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法
技术领域
本发明属于微生物学和土木工程材料交叉技术领域，具体涉及一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法。
背景技术
混凝土是一种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或极易出现裂缝，这不仅影响结构的美观，而且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。混凝土的裂缝会使空气和水分进入结构内部，腐蚀钢筋，更甚会发生氯离子侵蚀。
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，其技术路线是将满足要求的微生物通过一定的方式拌入水泥基材料中，在混凝土结构产生裂缝后，自然环境中的空气、水进等进入裂缝，激活休眠的细菌，使微生物通过自身矿化反应将底物变为一定黏结强度的碳酸钙，从而将裂缝填充，以达到水泥基材料裂缝自修复的目的，这是一种潜在的生态友好性混凝土裂缝自修复前沿新技术。
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，因此选用一种综合性能较好的依附载体和微生物固载方法对促进隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复技术至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能有效延长微生物有效存活期，对混凝土裂缝有良好的自修复作用，尤其对90d龄期后开裂宽度在0.5mm以下的混凝土仍具有超过50％的修复效果；能提升混凝土的渗水修复效果，增强修复后混凝土抗渗性能的隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，包括：上述隧道衬砌混凝土原料中包含微生物修复剂，上述微生物修复剂是在载体上负载有微生物或微生物芽孢，上述载体为珊瑚礁钙质砂。上述珊瑚礁钙质砂中含有89.1wt％的碳酸钙、10.9wt％的三碳四氮杂化物，不含有钙铋氧化物。微生物诱导矿化产生的碳酸钙性质稳定，与水泥基材料的相容性好，对长龄期混凝土开裂具有一定的修复效果，延缓水泥基材料劣化进程，增强混凝土的耐久性能，尤其是在抗渗性能上比开裂的混凝土有显著提升。
本发明一些实施方案中，隧道衬砌混凝土的制备方法为：将微生物修复剂作为混凝土外加剂添加进混凝土原料中，制模，养护，即得。
本发明一些实施方案中，微生物修复剂在混凝土中的重量占比为5～20％。
本发明一些实施方案中，上述微生物修复剂是混凝土原料中最后一项添加进搅拌机的原料，其在搅拌机中的拌制时间不超过3min。
本发明一些实施方案中，微生物修复剂的制备方法为：将微生物或微生物芽孢负载在载体中作为基芯材料，然后在基芯材料上固载营养物质形成核结构，最后在核结构表面固载保护层，干燥，即得微生物修复剂。该方法采用细菌和营养物质固载于载体中，并添加有保护层，能长期有效保护细菌，对混凝土裂缝有良好的自修复作用，微生物或微生物孢子存活期延长，对长龄期混凝土开裂仍具有修复效果，渗水修复效果优异，修复后混凝土的抗渗性能显著提升，能大幅补偿混凝土的耐久性。
本发明一些实施方案中，微生物或微生物芽孢采用能矿化产生碳酸盐的嗜碱性微生物或微生物芽孢。其实例不限于：球形芽孢杆菌，巴氏芽孢杆菌，科氏芽孢杆菌，蜡样芽胞杆菌，地衣芽孢杆菌。优选地，微生物为科氏芽孢杆菌。
本发明一些实施方案中，负载操作所用微生物或微生物芽孢菌悬液的浓度为8.0×106～8.0×107cells/mL；上述菌悬液与载体的重量比为1:12～20。
本发明一些实施方案中，上述菌悬液中磷酸三辛酯和三烯丙胺的含量分别为0.01～1wt‰和0.05～1.5wt‰。上述两者分散在菌悬液中，并在负载操作后吸附在载体孔隙中，在进行营养物质固载时，两者能将营养物质中具有疏水基的如尿素、酵母膏等物质联接起来，给微生物创造了更适宜的生存环境，能有效延长微生物的有效存活期，进而达到对90d龄期后开裂宽度在0.5mm以下的混凝土仍具有超过50％的修复效果；另外两者能在沉积的碳酸钙团粒间，使得团粒结构紧密，增强团粒的胶结作用和水稳性，进而提升混凝土的渗水修复效果，增强裂缝修复后混凝土的抗渗性能。
本发明一些实施方案中，载体为多孔钙质材料，优选载体为珊瑚礁钙质砂。
本发明一些实施方案中，负载操作条件为：压力为-0.06～-0.09MPa，时间为16～36h。
本发明一些实施方案中，营养物质中含有尿素、酵母膏、乙酸钙、葡萄糖、苯丙乳液，其重量比为2～5:0.1～1:1:1～5:0.5～1。更优选地，乙酸钙能以氯化钙、硝酸钙、乳酸钙中的一种或几种替换。
本发明一些实施方案中，核结构制备过程中营养物质配制成的浆体浓度为60～85％；上述浆体与基芯材料的重量比为7～10:5。核结构能防止营养物质在混凝土制备和养护过程中流失现象的发生，增加营养物质有效利用率，避免对裂缝修复速度产生不利影响。
本发明一些实施方案中，保护层所用材料包括偏高岭土、海藻酸钠、硅酸钠和水，其重量比为1.5～3:1～2:1～3:6。保护层材料具有链接性，既能与核结构颗粒粘结，又兼具与水泥基材料的相容性，也使得载体吸水率降低，为内部微生物或微生物孢子在混凝土裂缝产生前的生存和代谢提供有效保护，能避免混凝土内部的高碱环境对微生物的增长繁殖造成不利影响。
本发明一些实施方案中，保护层材料与核结构的重量比为3～5:2；固载操作为：在常压下将核结构置于保护层材料中吸附1～2h，然后将所得材料取出，自然养护16～24h后，再于35-45℃下干燥至恒重。
本发明的有益效果为：
1)本发明中通过将微生物固载在珊瑚礁钙质砂中，再进行营养物质和保护层的固载处理制得修复剂，能有效延长微生物的有效存活期，达到对90d龄期后开裂宽度在0.5mm以下的混凝土仍具有超过50％的修复效果；
2)本发明的修复剂作为混凝土外加剂添加进混凝土原料中，能实现混凝土裂缝的自修复功能，提升混凝土的渗水修复效果，对长龄期混凝土开裂具有一定的修复效果，延缓水泥基材料劣化进程，增强混凝土的抗渗性能和耐久性能。
本发明采用了上述技术方案提供一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。
附图说明
图1为不同开裂龄期裂缝的自修复效果示意图；
图2为不同组别裂缝的渗水修复效果对比图；
图3为混凝土试件在冻融循环下抗压强度变化示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，包括：上述隧道衬砌混凝土原料中包含微生物修复剂，上述微生物修复剂是在载体上负载有微生物或微生物芽孢，上述载体为珊瑚礁钙质砂。上述珊瑚礁钙质砂中含有89.1wt％的碳酸钙、10.9wt％的三碳四氮杂化物，不含有钙铋氧化物。微生物诱导矿化产生的碳酸钙性质稳定，与水泥基材料的相容性好，对长龄期混凝土开裂具有一定的修复效果，延缓水泥基材料劣化进程，增强混凝土的耐久性能，尤其是在抗渗性能上比开裂的混凝土有显著提升。
本发明一些实施方案中，隧道衬砌混凝土的制备方法为：将微生物修复剂作为混凝土外加剂添加进混凝土原料中，制模，养护，即得。
本发明一些实施方案中，微生物修复剂在混凝土中的重量占比为5～20％(如10％、12.5％、13.5％、15％、16％、18％、18.5％、19.5％等)。
本发明一些实施方案中，上述微生物修复剂是混凝土原料中最后一项添加进搅拌机的原料，其在搅拌机中的拌制时间不超过3min。
本发明一些实施方案中，微生物修复剂的制备方法为：将微生物或微生物芽孢负载在载体中作为基芯材料，然后在基芯材料上固载营养物质形成核结构，最后在核结构表面固载保护层，干燥，即得微生物修复剂。该方法采用细菌和营养物质固载于载体中，并添加有保护层，能长期有效保护细菌，对混凝土裂缝有良好的自修复作用，微生物或微生物孢子存活期延长，对长龄期混凝土开裂仍具有修复效果，渗水修复效果优异，修复后混凝土的抗渗性能显著提升，能大幅补偿混凝土的耐久性。
本发明一些实施方案中，微生物或微生物芽孢采用能矿化产生碳酸盐的嗜碱性微生物或微生物芽孢。其实例不限于：球形芽孢杆菌，巴氏芽孢杆菌，科氏芽孢杆菌，蜡样芽胞杆菌，地衣芽孢杆菌。优选地，微生物为科氏芽孢杆菌。
本发明一些实施方案中，负载操作所用微生物或微生物芽孢菌悬液的浓度为8.0×106～8.0×107cells/mL；上述菌悬液与载体的重量比为1:12～20。
本发明一些实施方案中，上述菌悬液中磷酸三辛酯和三烯丙胺的含量分别为0.01～1wt‰(如0.025wt‰、0.03wt‰、0.045wt‰、0.06wt‰、0.07wt‰、0.085wt‰等)和0.05～1.5wt‰(如0.065wt‰、0.08wt‰、0.1wt‰、0.35wt‰、0.45wt‰等)。上述两者分散在菌悬液中，并在负载操作后吸附在载体孔隙中，在进行营养物质固载时，两者能将营养物质中具有疏水基的如尿素、酵母膏等物质联接起来，给微生物创造了更适宜的生存环境，能有效延长微生物的有效存活期，进而达到对90d龄期后开裂宽度在0.5mm以下的混凝土仍具有超过50％的修复效果；另外两者能在沉积的碳酸钙团粒间，使得团粒结构紧密，增强团粒的胶结作用和水稳性，进而提升混凝土的渗水修复效果，增强裂缝修复后混凝土的抗渗性能。
本发明一些实施方案中，载体为多孔钙质材料，优选的，载体为珊瑚礁钙质砂；上述载体的粒径为1～3mm，堆积密度为80～100kg/m3。
本发明一些实施方案中，负载操作条件为：压力为-0.06～-0.09MPa，时间为16～36h。更具体的，负载完成后于35～45℃环境中烘干至恒重，得到基芯材料。
本发明一些实施方案中，营养物质中含有尿素、酵母膏、乙酸钙、葡萄糖、苯丙乳液，其重量比为2～5:0.1～1:1:1～5:0.5～1(如2.5:0.1:1:1.5:0.5、3.5:0.5:1:2.3:0.7、3:1:1:1:1、3.5:0.4:1:1.5:0.6等)。更优选地，乙酸钙能以氯化钙、硝酸钙、乳酸钙中的一种或几种替换。
本发明一些实施方案中，核结构制备过程中营养物质配制成的浆体浓度为60～85％；上述浆体与基芯材料的重量比为7～10:5(如8:5、8.5:5、9:5等)。优选地，核结构制备步骤为：将基芯材料均匀分散在浆体中，然后在-0.01～-0.03MPa的负压环境下静置3～6h，再取出并置于35～45℃环境中烘干至恒重，即得到核结构。核结构能防止营养物质在混凝土制备和养护过程中流失现象的发生，增加营养物质有效利用率，避免对裂缝修复速度产生不利影响。
本发明一些实施方案中，保护层所用材料包括偏高岭土、海藻酸钠、硅酸钠和水，其重量比为1.5～3:1～2:1～3:6。保护层材料具有链接性，既能与核结构颗粒粘结，又兼具与水泥基材料的相容性，也使得载体吸水率降低，为内部微生物或微生物孢子在混凝土裂缝产生前的生存和代谢提供有效保护，能避免混凝土内部的高碱环境对微生物的增长繁殖造成不利影响。
本发明一些实施方案中，保护层材料与核结构的重量比为3～5:2；固载操作为：在常压下将核结构置于保护层材料中吸附1～2h，然后将所得材料取出，自然养护16～24h后，再于35-45℃下干燥至恒重。
应当理解，前面的描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围和精神内进行改变和修改。特别地，本发明覆盖了具有来自上文和下文所述的不同实施方案的特征的任何组合的其他实施方案，而本发明的范围并不限制于在以下具体实例中。
实施例1：
一种微生物修复剂的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将科氏芽孢杆菌活化后，接种到液体培养基中，然后在温度为35℃的环境下培养32h得到菌液，再将所得菌液用离心机以转速4000r/min离心30min，获得菌泥，上述液体培养基成分为：超纯水1L、酵母粉5g、三甲基甘氨酸4.5g、胰蛋白胨10g、硫酸铵5g、谷氨酸2g、尿素10g；
(2)将菌泥用灭菌的蒸馏水稀释至浓度为5.5×107cells/mL，制成菌悬液，并向其中添加含量分别为1wt‰和1wt‰的磷酸三辛酯和三烯丙胺，将载体珊瑚礁钙质砂碎至2mm粒径，然后放入菌悬液中，再将菌悬液置于-0.07MPa压力下浸泡32h后，取出珊瑚礁钙质砂，再于40℃环境中烘干至恒重，得到基芯材料，上述菌悬液与珊瑚礁钙质砂的重量比为1:18，载体堆积密度为75kg/m3；
(3)将营养物质配制成浓度为65％的浆体，再将基芯材料均匀分散在浆体中，然后在-0.03MPa的负压环境下静置4.5h，再取出并置于45℃环境中烘干至恒重，即得到核结构，浆体与基芯材料的重量比为8:5，上述营养物质中含有尿素、酵母膏、乙酸钙、葡萄糖、苯丙乳液，其重量比为2.5:0.5:1:1.5:0.5；
(4)按重量比2.5:1.5:2:6的比例分别取偏高岭土、海藻酸钠、硅酸钠和水，然后配制成浆体，再在常压下将核结构置于浆体中吸附1.5h，然后将所得材料取出，再自然养护24h后，于45℃下干燥至恒重，即得微生物修复剂，上述浆体与核结构的重量比为3.5:2；。
实施例2：
一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，其具体步骤如下：
(1)将水泥、天然石子、沙子、硅灰、氯化钙、聚丙烯纤维、减水剂以及水投入搅拌机中，搅拌均匀；
(2)然后将实施例1制得的微生物修复剂投入其中，再搅拌2min，将拌制好的混凝土装入模具，自然养护，即得到具有微生物自修复裂缝功能的隧道衬砌混凝土，上述微生物修复剂在混凝土中的重量占比为13％。
实施例3：
一种微生物修复剂的制备方法，本实施例与实施例1不同之处仅在于：步骤(4)所用保护层浆体中还含有0.05wt％的苯乙酸-2-甲基丙酯和0.08wt％的氧化苯乙烯，两者被吸附于载体后，由于其疏水性使得保护层材料分子间排列改变，疏水性基团排列在最外侧，使得载体亲水性能显著降低而疏水性提高，从而避免菌体或孢子在混凝土中遇水提前复活，休眠期不受渗水影响，另外还能在载体破裂后参与碳酸钙沉积，增强裂缝处的抗渗性能，进而使得修复后混凝土在冻融情况下的抗压强度损失降低，能增强修复后混凝土的抗冻性能。
实施例4：
一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，本实施例与实施例2不同之处仅在于：步骤(2)中使用实施例3制得的微生物修复剂，制得具有微生物自修复裂缝功能的隧道衬砌混凝土。
实施例5：
一种微生物修复剂的制备方法，本实施例与实施例1不同之处仅在于：步骤(2)所用菌悬液中未添加磷酸三辛酯和三烯丙胺。
实施例6：
一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，本实施例与实施例2不同之处仅在于：步骤(2)中使用实施例5制得的微生物修复剂，制得具有微生物自修复裂缝功能的隧道衬砌混凝土。
实施例7：
一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，本实施例与实施例2不同之处仅在于：步骤(2)中使用的实施例1制得的微生物修复剂所用载体为硅藻土，而非珊瑚礁钙质砂，制得具有微生物自修复裂缝功能的隧道衬砌混凝土。
实施例8：
一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，本实施例与实施例2不同之处仅在于：步骤(2)中使用的实施例1制得的微生物修复剂所用载体为稻壳灰，而非珊瑚礁钙质砂，制得具有微生物自修复裂缝功能的隧道衬砌混凝土。
试验例1：
不同开裂龄期裂缝的自修复效果试验
试验方法：将实施例2、6、7和8的混凝土统一制成100mm×100mm×100mm的试件，并分别在14d、28d、56d和90d时采用WAW-1000KN微机控制电液伺服万能试验机以0.3MPa/s的速度压制裂缝，裂缝宽度控制在0.3～0.5mm，然后对开裂混凝土进行相同条件下的修复养护，养护周期为30d，测试各开裂龄期的裂缝面积修复率。采用图像法表征自修复效果，运用ImageJ图像处理软件对裂缝及修复后图像进行处理以获得裂缝面积修复率。其结果如图1所示。
图1为不同开裂龄期裂缝的自修复效果示意图。由图可知，实施例2的试验结果为：14d开裂情况下，经养护修复后，裂缝面积平均修复率达93％以上，28d开裂龄期的平均修复率达88％以上，56d开裂龄期的平均修复率达70％以上，90d开裂龄期的平均修复率达50％以上。实施例6在14d和28d开裂龄期的修复上与实施例2差异不明显，但在56d开裂的平均修复率仅为61％以上，90d开裂龄期的平均修复率不到40％，基本丧失对裂缝的自修复能力，说明实施例6所制混凝土或实施例3所制修复剂相较实施例2的混凝土或实施例1的修复剂在延长微生物的有效存活期方面效果不佳，实施例1或实施例2的方法更能保持微生物活性，达到对长龄期混凝土开裂具有修复效果的目的。实施例7和8在14d和28d开裂龄期的修复上与实施例2差异不明显，但在56d开裂的平均修复率仅为53％以上，90d开裂龄期的平均修复率不到30％，基本丧失对裂缝的自修复能力，说明使用硅藻土和稻壳灰做微生物载体的修复效果不如珊瑚礁钙质砂好，尤其是在延长微生物的有效存活期方面效果较差。
试验例2：
隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复后的抗渗性和抗冻性试验
(1)抗渗性试验：分别取实施例2和6的混凝土制成100mm×100mm×100mm的试件，采用WAW-1000KN微机控制电液伺服万能试验机以0.3MPa/s的速度压制裂缝，裂缝宽度控制在0.3～0.5mm，然后对开裂混凝土进行相同条件下的修复养护，养护周期为30d，然后测试裂缝在60s内的渗水量，以渗水修复率表征其自修复效果。同时以不添加微生物修复剂为空白组，以添加相同重量比例的微生物菌泥为对照组。结果如图2所示。
图2为不同组别裂缝的渗水修复效果对比图。由图可知，空白组基本没有修复效果，30d渗水修复率在10％以下，对照组渗水修复效果有所提高，30d渗水修复率为68％，实施例2的渗水修复效果最好，30d渗水修复率为95.3％，实施例6的渗水修复效果较实施例2差异显著，30d渗水修复率为79.8％；说明微生物固载与载体上的微生物修复剂较直接添加微生物的修复效果更优异，实施例2的渗水修复效果较实施例6更佳，能增强裂缝修复后混凝土的抗渗性能。
(2)抗冻性试验：分别取实施例2和4的混凝土制成100mm×100mm×100mm的试件，采用WAW-1000KN微机控制电液伺服万能试验机以0.3MPa/s的速度压制裂缝，裂缝宽度控制在0.3～0.5mm，然后对开裂混凝土进行相同条件下的修复养护，养护周期为30d，然后分别对完整试件和修复试件进行试验。参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)抗冻性试验中的慢冻法进行，循环100次。冻融循环条件下，各组试件的抗压强度损失详见图3所示。
图3为混凝土试件在冻融循环下抗压强度变化示意图。由图可知，实施例2和4的完整试件在前80次循环中抗压强度下降较平缓，循环80次以后下降快速，在循环100次时，实施例2的完整试件的抗压强度由试验前的85.3MPa下降至53.9MPa，实施例4的完整试件的抗压强度由试验前的86.2MPa下降至和51.7MPa，两者之间差异不明显；实施例2和4的修复试件在冻融循环中差异显著，实施例2的修复试件在循环60次以后下降快速，实施例4的修复试件在循环80次以后才下降快速，且在循环100次时，实施例2和4的修复试件的抗压强度分别由试验前的70.3MPa和71.6MPa下降至30.8MPa和36.2MPa，显然实施例2的修复试件在冻融循环中抗压强度损失更快更大；综合说明实施例4中混凝土裂缝经微生物修复后在冻融情况下的抗压强度损失降低，能增强修复后混凝土的抗冻性能，在实际生产中使用范围更宽，更具有使用前景。
上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，包括：隧道衬砌混凝土原料中包含微生物修复剂，所述微生物修复剂是在载体上负载有微生物，所述载体为珊瑚礁钙质砂；
所述微生物修复剂的制备方法为：将微生物负载在载体中作为基芯材料，然后在基芯材料上固载营养物质形成核结构，最后在核结构表面固载保护层，干燥即得；
负载操作所用微生物菌悬液的浓度为8.0×106~8.0×107cells/mL；菌悬液与载体的重量比为1：12~20；
所述菌悬液中含有0.01~1wt‰的磷酸三辛酯和0.05~1.5wt‰的三烯丙胺。
2.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，其特征在于：所述隧道衬砌混凝土的制备方法为：将微生物修复剂作为混凝土外加剂添加进混凝土原料中，制模，养护，即得。
3.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，其特征在于：所述微生物修复剂在混凝土中的重量占比为5~20%。
4.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，其特征在于：所述微生物修复剂是混凝土原料中最后一项添加进搅拌机的原料，其在搅拌机中的拌制时间不超过3min。
5.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，其特征在于：所述微生物采用能矿化产生碳酸盐的嗜碱性微生物。
6.根据权利要求5所述的一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，其特征在于：所述微生物为科氏芽孢杆菌。
7.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，其特征在于：核结构制备过程中营养物质配制成的浆体与基芯材料的重量比为7~10：5；所述营养物质中含有尿素、酵母膏、乙酸钙、葡萄糖、苯丙乳液，其重量比为2~5：0.1~1：1：1~5：0.5~1。
8.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法，其特征在于：保护层材料与核结构的重量比为3~5：2。
CN201911408297.4A 2019-12-31 2019-12-31 一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法 Active CN111056782B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911408297.4A CN111056782B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911408297.4A CN111056782B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111056782A CN111056782A (zh) 2020-04-24
CN111056782B true CN111056782B (zh) 2021-07-30

Family

ID=70305416

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911408297.4A Active CN111056782B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111056782B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111592258A (zh) * 2020-06-05 2020-08-28 江苏科技大学 一种海工混凝土强化材料及其制备方法和应用
CN111911111B (zh) * 2020-08-17 2022-06-10 六盘水师范学院 一种瓦斯抽采的封孔材料及其使用方法
CN112592205A (zh) * 2020-12-18 2021-04-02 杨华 一种混凝土抗冻融复合防护剂及其制备方法
CN112919847A (zh) * 2021-03-16 2021-06-08 长安大学 一种生物活性自愈合材料及其制备方法与其应用
WO2022220747A1 (en) * 2021-04-12 2022-10-20 Nanyang Technological University Functionally graded bacteria capsules for concrete self-healing
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
CN115246722A (zh) * 2021-12-31 2022-10-28 西京学院 一种厌氧微生物自修复混凝土及其制备方法
CN118561557A (zh) * 2024-07-30 2024-08-30 浙江大学 一种渗漏隧道衬砌主被动一体化修复砂浆及施工工艺

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN104261736A (zh) * 2014-09-15 2015-01-07 东南大学 一种具有深层自修复功能的水泥基材料的制备方法
CN106747176A (zh) * 2016-11-16 2017-05-31 东南大学 一种具有固碳能力的新型胶凝材料及其制备与使用方法
CN108017337A (zh) * 2017-12-13 2018-05-11 李珠 微生物裂缝自修复喷射混凝土及其制备方法
CN109574530A (zh) * 2018-11-24 2019-04-05 天津大学 一种用于混凝土裂缝自修复的弹性修复剂及其制备方法
CN110282948A (zh) * 2019-06-21 2019-09-27 南京理工大学 添加固载微生物的膨胀珍珠岩修复混凝土裂缝的方法
CN110330251A (zh) * 2019-07-16 2019-10-15 中山大学 产碱杆菌在矿化加固钙质砂工艺中作为加固剂的用途

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2082999A1 (en) * 2008-01-23 2009-07-29 Technische Universiteit Delft Healing agent in cement-based materials and structures, and process for its preparation
US9598313B2 (en) * 2014-05-29 2017-03-21 Nano And Advanced Materials Institute Limited Self-healing material and preparation process thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN104261736A (zh) * 2014-09-15 2015-01-07 东南大学 一种具有深层自修复功能的水泥基材料的制备方法
CN106747176A (zh) * 2016-11-16 2017-05-31 东南大学 一种具有固碳能力的新型胶凝材料及其制备与使用方法
CN108017337A (zh) * 2017-12-13 2018-05-11 李珠 微生物裂缝自修复喷射混凝土及其制备方法
CN109574530A (zh) * 2018-11-24 2019-04-05 天津大学 一种用于混凝土裂缝自修复的弹性修复剂及其制备方法
CN110282948A (zh) * 2019-06-21 2019-09-27 南京理工大学 添加固载微生物的膨胀珍珠岩修复混凝土裂缝的方法
CN110330251A (zh) * 2019-07-16 2019-10-15 中山大学 产碱杆菌在矿化加固钙质砂工艺中作为加固剂的用途

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于微生物矿化沉积的混凝土裂缝修复研究进展;徐晶;《浙江大学学报》;20121130;第46卷(第11期);第2020-2027页 *
载体包裹材料对微生物矿化修复混凝土;钮政等;《新型建筑材料》;20190625;第46卷(第6期);第14-18页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111056782A (zh) 2020-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111056782B (zh) 一种隧道衬砌混凝土裂缝的微生物自修复方法
CN113121145B (zh) 基于微生物协同矿化的混凝土裂缝自修复材料及应用
Su et al. Application potential of Bacillus megaterium encapsulated by low alkaline sulphoaluminate cement in self-healing concrete
Tang et al. Application of microbial precipitation in self-healing concrete: A review on the protection strategies for bacteria
CN111138107B (zh) 一种混凝土裂缝自修复的微生物固载方法
CN110282903B (zh) 修复混凝土裂缝的微胶囊及其制备方法
Chen et al. Crack sealing evaluation of self-healing mortar with Sporosarcina pasteurii: Influence of bacterial concentration and air-entraining agent
Aytekin et al. State-of-art review of bacteria-based self-healing concrete: Biomineralization process, crack healing, and mechanical properties
Su et al. Artificial aggregates could be a potential way to realize microbial self-healing concrete: An example based on modified ceramsite
Sun et al. Glucose addition improves the bio-remediation efficiency for crack repair
CN112500074A (zh) 一种微生物自修复混凝土及其制备方法
CN112624655B (zh) 基于人造功能载体负载微生物的自修复水泥基材料及其制备方法
Alshalif et al. Improvement of mechanical properties of bio-concrete using Enterococcus faecalis and Bacillus cereus
CN114956737B (zh) 一种以泡沫混凝土为载体的自修复混凝土
CN112225481A (zh) 一种自愈合混凝土及其制备方法
Mondal et al. Microbial concrete as a sustainable option for infrastructural development in emerging economies
Agarwal et al. Experimental investigation on bacterial concrete with micronized biomass silica
CN111393088A (zh) 一种提高固井水泥浆中微生物活性的固载方法
Ihsani et al. The Utilization of Milk as a Catalyst Material in Enzyme-Mediated Calcite Precipitation (EMCP) for Crack-Healing in Concrete
CN114164202A (zh) 一种微生物活性多功能载体及其制备方法
Sidhu et al. Healing of cracks in concrete by using bacterial spores immobilized in metakaolin
Polat et al. A research for bacterial self-healing in metakaolin based geopolymer mortars
Zawad et al. Bio-engineered concrete: a critical review on the next generation of durable concrete
Nugroho et al. Self-healing concrete using bacteria calcification from karst cave environment
CN115650625A (zh) 一种基于改性生物炭负载微生物的混凝土修复剂制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant