CN111072326B - 裂缝自修复混凝土及其制备与修复方法 - Google Patents
裂缝自修复混凝土及其制备与修复方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111072326B CN111072326B CN201911372348.2A CN201911372348A CN111072326B CN 111072326 B CN111072326 B CN 111072326B CN 201911372348 A CN201911372348 A CN 201911372348A CN 111072326 B CN111072326 B CN 111072326B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- concrete
- repairing
- water
- crack
- self
- 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
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
- 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
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
- E04G23/00—Working measures on existing buildings
- E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
- E04G23/00—Working measures on existing buildings
- E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
- E04G23/0203—Arrangements for filling cracks or cavities in building constructions
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种裂缝自修复混凝土及其制备与修复方法。所述的裂缝自修复混凝土由质量比为927.4：103：309.1：371：31：0.1：16：5：2的水泥、粉煤灰、水、砂子、乳酸钙、三萜皂苷引气剂、108cfu/mL的ATCC11859巴氏芽孢杆菌溶液、PVA纤维及减水剂组成。本发明的裂缝自修复混凝土产生裂缝时，微生物接触到空气与水后，会产生碳酸钙沉淀来填充裂缝，达到自修复的目的，并且能够提高混凝土的抗渗水性能。本发明在混凝土中添加的三萜皂苷引气剂，能明显改善塑性混凝土的工作性能和提高硬化混凝土的耐久性能，同时产生的孔隙为细菌生长提供合适的生态位。
Description
技术领域
本发明属于微生物混凝土材料技术领域，涉及一种裂缝自修复混凝土及其制备与修复方法。
背景技术
混凝土作为应用范围最广的建筑材料，具有良好的耐久性和整体性，但也存在着抗折性差、抗拉强度低、容易产生裂缝等缺点，对建筑物存在较大的隐患。
针对混凝土的裂缝修复的问题，美国南达科塔矿业理工大学的Bang等(Ramachandran S K,Ramakrishnan V,Bang S S.Remediation of concrete usingmicro-organisms[J].ACI Materials Journal,2001,98(1):3-9)首次提出了微生物自修复技术。他们将菌液与砂子混合后作为修补材料填充到混凝土裂缝中，结果表明细菌在裂缝中能够诱导碳酸钙沉积而封堵裂缝，使得混凝土的强度和刚度得到了较好恢复。该试验采用一类能够产生脲酶的细菌，脲酶能够将尿素水解为碳酸根离子和铵根离子，然后碳酸根离子与周围溶液中的钙离子反应生成碳酸钙沉淀。该方法虽然具有较好的自愈合效果，但会产生一定的氨气，对环境和人体带来不利影响。
荷兰代尔夫特理工大学的Jonkers等(Jonkers H M,Schlangen E.Crack repairby concrete-immobilized bacteria[C].In:Proceedings of the First InternationalConference on Self-healing Materials.Amsterdam,2007:18-20)对自愈合混凝土也进行了一系列的研究。其基本思路是：将耐碱芽孢杆菌和作为其食物的特定底物在拌合时预先埋入混凝土中，一旦混凝土开裂，水分及氧气的进入激活休眠的细菌，经过一系列生物化学反应，将混凝土中预埋的底物代谢转化为碳酸钙矿物，填充裂缝从而实现自修复的目的。该方法同时提出了一个新的自愈合途径，即利用细菌的有氧呼吸作用代谢分解有机酸钙，产生碳酸钙沉淀和二氧化碳，在混凝土环境中二氧化碳继续与氢氧化钙反应生成额外的碳酸钙沉淀。该方法最大的优点就是不产生有害副产物，不足之处就是碳酸钙的沉积速率相对较慢，裂缝自修复周期较长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种裂缝自愈合混凝土。该混凝土中添加了具有矿化沉淀功能的巴氏芽孢杆菌和引气剂，可以修复实际工程中出现的微小裂缝，从而保证结构的抗渗性和耐久性。
实现本发明目的的技术解决方案为：
裂缝自修复混凝土，由质量比为927.4：103：309.1：371：31：0.1：16：5：2的水泥、粉煤灰、水、砂子、乳酸钙、三萜皂苷引气剂、108cfu/mL的ATCC11859巴氏芽孢杆菌溶液、聚乙烯醇(PVA)纤维及减水剂组成。
上述裂缝自修复混凝土的制备方法，具体步骤如下：
按水泥、粉煤灰、水、砂子、乳酸钙、三萜皂苷引气剂、108cfu/mL的ATCC11859巴氏芽孢杆菌溶液、PVA纤维及减水剂的质量比为927.4：103：309.1：371：31：0.1：16：5：2配置混凝土，浇筑，进行标准养护。
优选地，所述的标准养护为在温度为20±5℃，相对湿度为95％以上的标准养护条件下养护28天。
上述裂缝自修复混凝土的修复方法，包括以下步骤：
将由乳酸钙溶液和LB培养基组成的修复液喷洒于裂缝表面，进行裂缝自修复。
优选地，所述的乳酸钙溶液的浓度为58g/L，LB培养基的浓度为20g/L，乳酸钙溶液和LB培养基的体积比为1:1。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明采用的ATCC11859巴氏芽孢杆菌，能够以空气中的CO2作为诱导碳酸钙形成所需的无机碳源，加上细菌酶解作用的高效性，大大提高了碳酸钙沉积速度，而且整个反应过程不产生NH3或其它污染，环境友好。本发明的裂缝自修复混凝土能够自行诊断和修复混凝土裂缝，防止裂缝的扩展，提高混凝土抗渗性能，长期维持其修复裂缝的功效。
附图说明
图1为掺入细菌后的裂缝修复效果图。
图2为标记了荧光细菌的混凝土断面的裂缝修复效果图。
图3为裂缝自修复混凝土的制作流程示意图。
表1为裂缝自修复混凝土的原料配比列表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步阐述本发明技术方案。下述实施例中的试剂和方法如无特殊说明，均为本领域常规使用的试剂和方法。
实施例1
步骤一：选用具有矿化沉淀功能的巴氏芽孢杆菌(Sporosarcina pasteurii，ATCC11859)为菌体冻干粉，使用前应按照微生物培养方法对菌体进行活化，具体过程如下：
(1)培养基配置。培养基中各成分含量如下：超纯水1L，蛋白胨5g，牛肉膏3g，碳酸钠0.53g，碳酸氢钠0.42g，琼脂粉18g。
(2)培养基及器皿灭菌。将试验所需的其余器皿(玻璃平板、离心管、移液枪头等)与培养基置于高压锅中，在121℃下高温灭菌20min。
(3)倒平板。在含有琼脂粉的培养基冷却凝固前，在超净台内按照常规的微生物培养平板制备方式制备芽孢杆菌的活化用琼脂平板。
(4)细菌活化。取出保藏在-80℃冰箱的菌种，用液氮保藏直接放入37℃的温水中，待变成液体状态。
(5)细菌悬液涂平板。利用移液器吸取少量所得菌粉悬液加入平板中，然后利用三角涂棒在平板上将所滴入的菌悬液均匀涂开。
(6)封口以及恒温培养。将接种后的平板利用封口膜封住，防止染菌。封口完成后将平板置于恒温培养器中，在37℃下恒温培养24h。
(7)菌液制备。制备150mL液体培养基，100℃灭菌后，在超净工作台进行以下操作：挑平板上单个菌落，至液体培养基中，在200rpm的转速下摇床24h。
步骤二：对培养好的细菌进行荧光标记，方便后续实验观察细菌是否生长良好，具体过程如下：
(1)荧光蛋白基因构建(表达质粒pHT01-sfGFP的构建)。通过Gibson Assembly技术将荧光蛋白基因sfGFP克隆到芽孢杆菌表达载体pHT01-oriT上。首先以质粒pTD103LuxI-sfGFP为模板，设计引物sfGFPFor/sfGFPRev扩增sfGFP基因片段，回收纯化；BamHⅠ，XbaⅠ酶切载体质粒pHT01-oriT，随后将上述两个片段通过Gibson Assembly连接，并将连接产物转入E.colil DH10B感受态细胞，氨苄青霉素(100μg/mL)平板筛选。从转化平板上挑取单克隆进行KpnⅠ酶切验证，获得表达质粒pHT01-sfGFP。
上述引物：
sfGFPFor：5’-ttcccaattaaaggaggaagatgagcaaaggagaagaac-3’；
sfGFPRev：5’-cgctcattaggcgggctgctttacgctgcaagggcgtaa-3’。
(2)巴氏芽孢杆菌(Sporosarcina pasteurii，ATCC11859)电转感受态细胞的制备：
(2.1)将﹣80℃冰箱保存的巴氏芽孢杆菌甘油菌取20μl LB平板划线，37℃培养过夜。挑取平板上单菌于LB液体培养基，30℃、200r/min培养16h得到巴氏菌种子液。：
(2.2)按10％接种比例将过夜培养的种子液接种到含有了3％甘氨酸和0.1％吐温的LB培养基中，30℃、200r/min培养，至OD600至1-1.2。
(2.3)将预培养的菌液转入50mL离心管冰浴30min，4℃，5000g离心10min，去上清。
(2.4)用预冷的无菌水重悬菌体，4℃，5000g离心10min，去上清。
(2.5)重复步骤(2.4)2次。
(2.6)用预冷的10％甘油重悬菌体，4℃，5000g离心10min，去上清。
(2.7)重复步骤(2.6)2次。
(2.8)用预冷的10％甘油重悬菌体，按每管100μL分装到预冷的1.5mL离心管，在液氮中迅速冷却5-10min，于﹣80℃冰箱保存。
(3)电转化的具体操作为：向分装在离心管的100μl巴氏芽孢杆菌电转感受态加入2μl质粒，并转移到预冷的2mm电转杯，冰浴5min，调节电穿孔仪电压为2.5kV，用纸巾吸干样品槽的外表面，将电转杯装入电转仪，按下电击键。电击结束后，立即向电转杯加入1mL复苏培养基(LB培养基添加0.5M山梨糖醇，0.38M甘露醇)，重悬菌体，并一同转入1.5mL离心管，37℃，200r/min复苏3h。
(4)荧光基因导入细菌(工程菌巴氏/pHT01-sfGFP的构建)。将质粒pHT01-sfGFP电转巴氏芽孢杆菌电转感受态，氯霉素(5μg/mL)平板筛选，得到工程菌巴氏/pHT01-sfGFP。
步骤三：按照表1的配方法以及下面的投料顺序和搅拌时间拌制混凝土：
表1裂缝自修复混凝土的原料配比列表
(1)先将0.093g引气剂三萜皂苷和3g减水剂加入309.1g水中，充分搅拌30s；
(2)再将927.4g水泥、103g粉煤灰和搅拌后的水投入搅拌机内先慢搅60s，再快搅30s；
(3)在搅拌期间，根据砂浆的流动性判断是否需要再加入适量的减水剂，等待出现流动性较好的砂浆状态时，再加入31g乳酸钙和371g砂子，继续慢搅60s，快搅30s；
(4)最后加入5g的PVA纤维，搅拌最后一个流程，慢搅60s，快搅30s；
将拌制好的混凝土装入40mm×40mm×160mm的标准三联模中，用振动台振实抹平。以60s为一个流程，振动两个流程，以防止和泥土出现分层、离析现象。试件成型后，在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜以防止水分流失，并在20±5℃的环境中静置一昼夜。然后对混凝土进行编号、拆模，并在相对湿度为95％以上的标准养护条件下继续养护28天。
步骤四：对养护好的试块进行三点弯抗折实验，设备仪器选用液压万能试验机(MTS)：
(1)首先将混凝土居中放置在MTS的支座上，使之处于平衡状态，支座间距为120mm，支座与混凝土接触面采用的是线接触，同时在混凝土底部固定引伸计，为了方便测量裂缝开裂宽度；并采用尖头压头，防止发生四点弯曲。
(2)实验前，升降活动平台，使压头对准试块正中加载点，且压头与梁刚好接触，荷载加载速度控制在0.1～0.3mm/min。开始实验，加载直到底部混凝土裂缝达到0.3mm时停止实验。
(3)对造完裂缝的试放置在室外养护室进行修复，修复液为乳酸钙溶液(58g/L)和LB培养基(20g/L)，每天用胶头滴管取适量的修复液滴到裂缝表面，重复操作使之渗透到裂缝内部，结合图1，可观察到裂缝修复效果。
图1为掺入细菌后的裂缝修复效果图。从图中可以看出，加入了巴氏芽孢杆菌和三萜皂苷引气剂的混凝土的裂缝修复效果十分明显。图2为标记了荧光细菌的混凝土断面，放在切胶仪下，通过紫外线照射，可观察到发亮的部分为细菌菌落。
Claims (1)
1.裂缝自修复混凝土的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
将由乳酸钙溶液和LB培养基组成的修复液喷洒于裂缝表面，进行裂缝自修复，所述的乳酸钙溶液的浓度为58g/L，LB培养基的浓度为20g/L，乳酸钙溶液和LB培养基的体积比为1:1；所述的裂缝自修复混凝土由质量比为927.4：103：309.1：371：31：0.1：16：5：2的水泥、粉煤灰、水、砂子、乳酸钙、三萜皂苷引气剂、108 cfu/mL的ATCC11859巴氏芽孢杆菌溶液、PVA纤维及减水剂组成，通过以下步骤制备：按水泥、粉煤灰、水、砂子、乳酸钙、三萜皂苷引气剂、108 cfu/mL 的ATCC11859巴氏芽孢杆菌溶液、PVA纤维及减水剂的质量比为927.4：103：309.1：371：31：0.1：16：5：2配置混凝土，浇筑，进行标准养护，所述的标准养护为在温度为20±5℃，相对湿度为95%以上的标准养护条件下养护28天。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911372348.2A CN111072326B (zh) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | 裂缝自修复混凝土及其制备与修复方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911372348.2A CN111072326B (zh) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | 裂缝自修复混凝土及其制备与修复方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111072326A CN111072326A (zh) | 2020-04-28 |
| CN111072326B true CN111072326B (zh) | 2022-04-08 |
Family
ID=70318889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911372348.2A Active CN111072326B (zh) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | 裂缝自修复混凝土及其制备与修复方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111072326B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111875306B (zh) * | 2020-08-10 | 2021-12-07 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 三维打印固态水泥基实体模型的微生物增强方法 |
| CN112225481A (zh) * | 2020-09-15 | 2021-01-15 | 南京理工大学 | 一种自愈合混凝土及其制备方法 |
| CN112195127B (zh) * | 2020-10-19 | 2022-05-17 | 浙江工业大学 | 一种可用于混凝土裂缝修复的暹罗芽孢杆菌、菌剂及应用 |
| CN112876154B (zh) * | 2021-01-19 | 2022-03-25 | 华电电力科学研究院有限公司 | 一种裂缝的修复方法 |
| CN113185206A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-07-30 | 山东大学 | 一种自修复水泥基复合材料及其制备方法与应用 |
| CN114890737A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-08-12 | 西安建筑科技大学 | 一种3d打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺 |
| CN115626790B (zh) * | 2022-11-02 | 2023-10-27 | 中铁四局集团有限公司 | 一种快速修复混凝土微裂缝的生物材料及其制备方法 |
| CN118373645A (zh) * | 2024-04-23 | 2024-07-23 | 科顺防水科技股份有限公司 | 一种混凝土用浆料及其制备方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6942726B2 (en) * | 2002-08-23 | 2005-09-13 | Bki Holding Corporation | Cementitious material reinforced with chemically treated cellulose fiber |
| CN102992675B (zh) * | 2012-12-11 | 2015-01-14 | 同济大学 | 一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统 |
| CN103145365B (zh) * | 2013-02-06 | 2014-12-17 | 北京中防元大建材科技有限公司 | 一种混凝土抗裂修复剂及应用其的混凝土 |
| CN104529217B (zh) * | 2014-11-19 | 2016-10-12 | 同济大学 | 水泥基材料开裂自修复的微生物复合外加剂及其应用 |
| CN104944872A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-09-30 | 关其焕 | 水泥混凝土路面自修复材料及其制备方法 |
| CN106045400B (zh) * | 2016-06-03 | 2018-03-09 | 太原理工大学 | 使用好氧嗜碱微生物的裂缝自修复混凝土及其制备方法 |
| 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 |
| CN110143789A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-08-20 | 江苏城工建设科技有限公司 | 一种自修复混凝土及其制备方法 |
| 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 |
-
2019
- 2019-12-27 CN CN201911372348.2A patent/CN111072326B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111072326A (zh) | 2020-04-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111072326B (zh) | 裂缝自修复混凝土及其制备与修复方法 | |
| Feng et al. | Microbial induced calcium carbonate precipitation study using Bacillus subtilis with application to self-healing concrete preparation and characterization | |
| CN111672900B (zh) | 一种微生物诱导碳酸钙沉淀修复土壤重金属污染的方法 | |
| Chen et al. | Crack sealing evaluation of self-healing mortar with Sporosarcina pasteurii: Influence of bacterial concentration and air-entraining agent | |
| CN111575210B (zh) | 一种解淀粉芽孢杆菌zjb19161及其应用 | |
| Luo et al. | Efficiency of concrete crack-healing based on biological carbonate precipitation | |
| Qian et al. | Living concrete with self-healing function on cracks attributed to inclusion of microorganisms: Theory, technology and engineering applications—A review | |
| CN109626909A (zh) | 一种面向3d打印的微生物矿化纤维微筋混凝土材料及其制备方法 | |
| Sun et al. | Glucose addition improves the bio-remediation efficiency for crack repair | |
| CN106747176A (zh) | 一种具有固碳能力的新型胶凝材料及其制备与使用方法 | |
| WO2022012695A1 (zh) | 一种矿化微生物增量制备方法 | |
| Akindahunsi et al. | The use of bacteria (Bacillus subtilis) in improving the mechanical properties of concrete | |
| CN112919847A (zh) | 一种生物活性自愈合材料及其制备方法与其应用 | |
| CN112029685B (zh) | 一种耐硼赖氨酸芽孢杆菌及其在混凝土裂缝修复中的应用 | |
| CN111393088A (zh) | 一种提高固井水泥浆中微生物活性的固载方法 | |
| CN112195127B (zh) | 一种可用于混凝土裂缝修复的暹罗芽孢杆菌、菌剂及应用 | |
| CN114164202A (zh) | 一种微生物活性多功能载体及其制备方法 | |
| CN113913469A (zh) | 基于微生物菌剂的高炉裂缝修补方法 | |
| Ihsani et al. | The Utilization of Milk as a Catalyst Material in Enzyme-Mediated Calcite Precipitation (EMCP) for Crack-Healing in Concrete | |
| Polat et al. | A research for bacterial self-healing in metakaolin based geopolymer mortars | |
| CN116555104A (zh) | 一种micp菌制剂及在混凝土修复中的应用 | |
| CN116445343A (zh) | 一株耐碱产脲酶生物矿化菌及其筛选获取方法和应用 | |
| CN103497925B (zh) | 一株降解磺酰脲类除草剂的基因工程菌KT-puts2及其应用 | |
| CN115159935A (zh) | 一种固碳辅助胶凝材料、其制备方法及应用 | |
| CN111718865B (zh) | 一种罗伊氏短芽孢杆菌zjb19162及其应用 |
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 |