CN112142409A

CN112142409A - 一种微生物自愈合防水抗渗砂浆及其制备方法

Info

Publication number: CN112142409A
Application number: CN202011034194.9A
Authority: CN
Inventors: 刘状壮; 李林; 沙爱民; 叶铜; 韦欢
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2020-09-27
Filing date: 2020-09-27
Publication date: 2020-12-29

Abstract

本发明一种微生物自愈合防水抗渗砂浆及其制备方法，所述砂浆的组分按重量份数计，包括水泥70～100份、矿物掺合料10～20份、砂250～400份、水70～90份、原剂5～10份、引气剂5～10份；原剂包括轻骨料、微生物和养分，微生物为嗜碱芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、巴氏芽孢八叠球菌或巴氏芽孢杆菌，养分为尿素和可溶性钙盐。制备时加入水、水泥、矿物掺合料和砂，混合均匀后得到混合体系A，再向混合体系A中加入原剂和引气剂，搅拌均匀得到微生物自愈合防水抗渗砂浆。本发明制备过程简单，成本低，提高防水抗渗性能的同时，不影响其施工和易性及强度性能。

Description

一种微生物自愈合防水抗渗砂浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及防水砂浆材料技术领域，具体为一种微生物自愈合防水抗渗砂浆及其制备方法。

背景技术

砂浆是由固相材料、液相材料和气相材料组成的一种各向异性的非匀质材料，其内部存在大量的细微裂缝及孔隙。这些裂缝及孔隙的存在，为水分子在砂浆中的传输提供了通道，从而降低了砂浆的防水性和抗渗性，最终对砂浆的耐久性、以及建筑物的寿命和安全性产生不利影响。

与传统的普通砂浆相比，防水抗渗砂浆具有良好的耐候性、耐久性、抗渗性、密实性、极高的粘接力和极强的防水防腐效果。通过提高砂浆的密实性以达到防水抗渗的目的。为了提高砂浆的防水性和抗渗性，具有抗裂功能的材料也被应用于砂浆中。

微生物呼吸产物可以愈合微小裂缝，因此可将该微生物应用于砂浆中制备出一种新型防水抗渗砂浆，满足在防水和抗渗方面的要求，但目前还没有相关报道。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种微生物自愈合防水抗渗砂浆及其制备方法，制备过程简单，成本低，提高防水抗渗性能的同时，不影响其施工和易性及强度性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种微生物自愈合防水抗渗砂浆，所述砂浆的组分按重量份数计，包括水泥70～100份、矿物掺合料10～20份、砂250～400份、水70～90份、原剂5～10份、引气剂5～10份；

所述的原剂包括轻骨料、微生物和养分，微生物为嗜碱芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、巴氏芽孢八叠球菌或巴氏芽孢杆菌，养分为尿素和可溶性钙盐。

优选的，所述的矿物掺合料为粉煤灰、矿粉或硅灰。

优选的，所述砂的细度模数为2.4～2.7。

优选的，所述的轻骨料为膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、凹凸棒或陶粒。

优选的，所述的可溶性钙盐为醋酸钙、甲酸钙、乙酸钙或乳酸钙；尿素和可溶性钙盐的摩尔比为1:1。

优选的，所述的轻骨料、微生物和养分在原剂中的质量比分别为45％～60％、15％～20％和20％～40％。

优选的，所述的引气剂为十二烷基苯磺酸钠。

一种微生物自愈合防水抗渗砂浆的制备方法，基于上述任意一项所述的微生物自愈合防水抗渗砂浆，包括以下步骤：

步骤1，按所述组分的重量份数，加入水、水泥、矿物掺合料和砂，混合均匀后得到混合体系A；

步骤2，再按所述组分的重量份数，向混合体系A中加入原剂和引气剂，搅拌均匀得到微生物自愈合防水抗渗砂浆。

进一步，步骤2，加入原剂和引气剂后在水泥胶砂搅拌机中搅拌120～180s，得到微生物自愈合防水抗渗砂浆。

一种由上述任意一项所述的微生物自愈合防水抗渗砂浆的制备方法得到的微生物自愈合防水抗渗砂浆。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种微生物自愈合防水抗渗砂浆，水泥、矿物掺合料、砂和水是砂浆的基本组成，同时引入轻骨料、微生物、尿素、可溶性钙盐和引气剂，轻骨料具有表面多孔粗糙、吸水性强等特点，可以为嗜碱芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、巴氏芽孢八叠球菌或巴氏芽孢杆菌在成型后的胶砂中提供良好的代谢场所，它们在新陈代谢时生成脲酶，脲酶水解尿素会生成NH₃和CO₂，氨气的产生会导致混凝土内部环境中的pH升高且混凝土内部环境本就为强碱性环境，碱性条件进一步可将二氧化碳转化为碳酸根离子，然后碳酸根离子会与水环境中的Ca²⁺反应，在这些微生物中生成碳酸钙沉淀，引气剂是一种憎水性表面活性剂，溶于水后加入砂浆内，在搅拌过程中能产生大量均匀分布的、闭合而稳定的微小气泡，从而改善砂浆的和易性、保水性和粘聚性，提高砂浆流动性，因此通过合理搭配上述各个原料的重量比，制备的微生物自愈合防水抗渗砂浆可大大提高防水和抗渗效果，满足了工程需要，提高了工程质量。

本发明一种微生物自愈合防水抗渗砂浆的制备方法，先将水、水泥、矿物掺合料和砂混合均匀，得到初步的砂浆液体，再加入轻骨料、微生物、尿素、可溶性钙盐和引气剂搅拌均匀，通过合理搭配上述各个原料的重量比，可得到微生物自愈合防水抗渗砂浆。轻骨料为嗜碱芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、巴氏芽孢八叠球菌或巴氏芽孢杆菌在所述砂浆成型后的胶砂中提供良好的代谢场所，它们在新陈代谢时生成脲酶，脲酶水解尿素会生成NH₃和CO₂，氨气的产生会导致混凝土内部环境中的pH升高且混凝土内部环境本就为强碱性环境，碱性条件进一步可将二氧化碳转化为碳酸根离子，然后碳酸根离子会与水环境中的Ca²⁺反应，在这些微生物中生成碳酸钙沉淀，引气剂在砂浆中产生大量均匀分布的、闭合而稳定的微小气泡，从而改善砂浆的和易性、保水性和粘聚性，提高砂浆流动性，因此本发明的微生物自愈合防水抗渗砂浆可大大提高防水和抗渗效果，满足了工程需要，提高了工程质量。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的防水抗渗砂浆成型为胶砂试块的实物图。

图2为本发明实施例1制备的防水抗渗砂浆成型为胶砂试块后7d龄期的SEM图。

图3为本发明对比例1制备的防水抗渗砂浆成型为胶砂试块后7d龄期的SEM图。

图4为本发明实施例1制备的防水抗渗砂浆成型为胶砂试块后40d龄期的实物图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种微生物自愈合防水抗渗砂浆，按质量份数计，由以下组分组成：

水泥70～100份，矿物掺合料10～20份，砂250～400份，水70～90份，原剂5～10份，引气剂5～10份，

其中水泥为标号不小于42.5的硅酸盐水泥或标号不小于42.5的普通硅酸盐水泥，矿物掺合料为粉煤灰、矿粉或硅灰，硅灰为Ⅱ级硅灰，砂的细度模数为2.4～2.7；

原剂包括轻骨料、微生物和养分，轻骨料为膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、凹凸棒或陶粒，微生物为嗜碱芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、巴氏芽孢八叠球菌或巴氏芽孢杆菌，养分为尿素和可溶性钙盐，可溶性钙盐为醋酸钙、甲酸钙、乙酸钙或乳酸钙，尿素和可溶性钙盐的摩尔比为1:1，轻骨料、微生物和养分在原剂中的质量比分别为45％～60％、15％～20％和20％～40％，引气剂为松香皂类引气剂，具体为十二烷基苯磺酸钠。

砂浆的基本组成是水泥、矿物掺合料、砂和水，引气剂是一种憎水性表面活性剂，溶于水后加入混凝土拌合物内，在搅拌过程中能产生大量均匀分布的、闭合而稳定的微小气泡，从而改善混凝土拌合物的和易性、保水性和粘聚性，提高混凝土流动性。轻骨料具有表面多孔粗糙、吸水性强等特点，可以为微生物提供良好的代谢场所。微生物起到的主要作用包括：第一，微生物新陈代谢生成脲酶，脲酶水解尿素生成NH₃和CO₂，氨气的产生导致pH升高，碱性条件进一步可将二氧化碳转化为碳酸根离子，然后碳酸根离子与周围溶液中的Ca²⁺反应生成碳酸钙沉淀。第二，为碳酸钙的沉积提供了成核地点。

本发明一种微生物自愈合防水抗渗砂浆的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按原料重量计，加入水70～90份，水泥70～100份，矿物掺合料10～20份，砂250～400份，混合均匀后得到混合体系A；

步骤2，再向混合体系A中加入原剂5～10份和引气剂5～10份，在水泥胶砂搅拌机中搅拌120～180s，水泥胶砂搅拌机的搅拌速率一般都是固定的，获得搅拌均匀的砂浆，即为微生物自愈合防水抗渗砂浆；

慢速时的搅拌速率为，自转62±5r/min，公转140±5r/min，快速时的搅拌速率为，自转125±10r/min，公转280±10r/min。

骨料、微生物和养分均匀分散在混凝土内，混凝土内部为强碱性环境，pH值在12～13左右，微生物产生脲酶，将尿素分解为二氧化碳和氨气。氨气的产生导致pH升高，将二氧化碳转化为碳酸根离子，在钙离子的存在下，碳酸根离子沉淀为碳酸钙，实现对裂缝的修复，具体反应式如下：

以下用几个典型的实例进行具体说明。

实施例1

按照原料重量百分比取标号为42.5的普通硅酸盐水泥80份，Ⅱ级硅灰15份，细度模数为2.5的中砂300份，水85份；

在水泥胶砂搅拌机中先放入水，水泥、中砂和Ⅱ级硅灰，再加入原剂8份和引气剂6份在水泥胶砂搅拌机中搅拌120s，其中轻骨料、微生物和养分在原剂中的质量比分别为50％、15％和35％，所用微生物为嗜碱芽孢杆菌，所用养分为醋酸钙和尿素，尿素和醋酸钙的摩尔比为1:1，轻骨料为膨胀蛭石，获得搅拌均匀的砂浆。

实施例2

按照原料重量百分比取标号为42.5的普通硅酸盐水泥95份，矿粉10份，细度模数为2.5的中砂300份，水90份；

在水泥胶砂搅拌机中先放入水，水泥、中砂和矿粉，再加入原剂9份和引气剂8份，在水泥胶砂搅拌机中搅拌120s，其中轻骨料、微生物和养分在原剂中的质量比分别为50％、15％和35％，所用微生物为巴氏芽孢杆菌，所用养分为甲酸钙和尿素，尿素和甲酸钙的摩尔比为1:1，轻骨料为膨胀珍珠岩，获得搅拌均匀的砂浆。

实施例3

按照原料重量百分比取标号为42.5的普通硅酸盐水泥100份，粉煤灰20份，细度模数为2.5的中砂300份，水70份；

在水泥胶砂搅拌机中先放入水，水泥、中砂和粉煤灰，再加入原剂10份和引气剂9份在水泥胶砂搅拌机中搅拌120s，其中轻骨料、微生物和养分在原剂中的质量比分别为50％、15％和35％，所用微生物为球形芽孢杆菌，所用养分为乙酸钙和尿素，轻骨料为凹凸棒，尿素和乙酸钙的摩尔比为1:1，获得搅拌均匀的砂浆，。

实施例4

按照原料重量百分比取标号为42.5的硅酸盐水泥85份，矿粉15份，细度模数为2.5的中砂300份，水80份；

在水泥胶砂搅拌机中先放入水，水泥、中砂和矿粉，再加入原剂10份和引气剂9份在水泥胶砂搅拌机中搅拌120s，其中轻骨料、微生物和养分在原剂中的质量比分别为50％、15％和35％，所用微生物为巴氏芽孢八叠球菌，所用养分为乳酸钙和尿素，轻骨料为陶粒，尿素和乳酸钙的摩尔比为1:1，获得搅拌均匀的砂浆。

实施例5

按照原料重量百分比取标号为42.5的硅酸盐水泥90份，Ⅱ级硅灰15份，细度模数为2.5的中砂300份，水80份；

在水泥胶砂搅拌机中先放入水，水泥、中砂和Ⅱ级硅灰，再加入原剂10份和引气剂9份在水泥胶砂搅拌机中搅拌120s，其中轻骨料、微生物和养分在原剂中的质量比分别为50％、15％和35％，所用微生物为巴氏芽孢杆菌，所用养分为甲酸钙和尿素，轻骨料为膨胀珍珠岩，尿素和甲酸钙的摩尔比为1:1，获得搅拌均匀的砂浆。

实施例6

按照原料重量百分比取标号为42.5的硅酸盐水泥70份，矿粉15份，细度模数为2.7的中砂250份，水75份；

在水泥胶砂搅拌机中先放入水，水泥、中砂和矿粉，再加入原剂5份和引气剂5份在水泥胶砂搅拌机中搅拌160s，其中轻骨料、微生物和养分在原剂中的质量比分别为60％、20％和20％，所用微生物为巴氏芽孢八叠球菌，所用养分为乳酸钙和尿素，轻骨料为陶粒，尿素和乳酸钙的摩尔比为1:1，获得搅拌均匀的砂浆。

实施例7

按照原料重量百分比取标号为42.5的硅酸盐水泥75份，Ⅱ级硅灰15份，细度模数为2.4的中砂400份，水85份；

在水泥胶砂搅拌机中先放入水，水泥、中砂和Ⅱ级硅灰，再加入原剂7份和引气剂10份在水泥胶砂搅拌机中搅拌180s，其中轻骨料、微生物和养分在原剂中的质量比分别为45％、18％和40％，所用微生物为巴氏芽孢杆菌，所用养分为甲酸钙和尿素，轻骨料为膨胀珍珠岩，尿素和甲酸钙的摩尔比为1:1，获得搅拌均匀的砂浆。

对比例1

一种普通硅酸盐水泥砂浆，标号为42.5的普通硅酸盐水泥75份，Ⅱ级硅灰25份，细度模数为2.5的中砂300份，水75份，减水剂木质素磺酸盐0.05份，将水，水泥，Ⅱ级硅灰，中砂，减水剂放入水泥胶砂搅拌机中搅拌120s，获得搅拌均匀的砂浆。

对比例2

一种普通硅酸盐水泥砂浆，标号为42.5的普通硅酸盐水泥95份，矿粉5份，细度模数为2.5的中砂300份，水100份，减水剂木质素磺酸盐3份将水，水泥，矿粉，中砂，减水剂放入水泥胶砂搅拌机中搅拌120s，获得搅拌均匀的砂浆。

对比例3

一种普通硅酸盐水泥砂浆，标号为42.5的普通硅酸盐水泥80份，粉煤灰20份，细度模数为2.5的中砂300份，水80份，减水剂木质素磺酸盐0.9份，将水，水泥，粉煤灰，中砂，减水剂放入水泥胶砂搅拌机中搅拌120s，获得搅拌均匀的砂浆。

参照JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》浇筑成型，并冷却24h，测试实施例1、实施例2、实施例3及对比例1、对比例2、对比例3各项性能。

测试结果见下表1，其中28d抗压强度按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行测试，抗渗等级按照GB 50164《混凝土质量控制标准》确定。

表1实施例1～3、对比例1～3的性能数据

表1表明，本发明所提供的一种防水抗渗砂浆与普通砂浆相比，28d抗压强度几乎相同，但防水和抗渗性能有明显改善。

实施例1制备的防水抗渗砂浆成型为胶砂试块后7d龄期SEM图和对比例1制备的普通砂浆成型为胶砂试块后7d龄期SEM图，分别为如图2和图3，从图2可以看到由防水抗渗砂浆浇筑的混凝土内部结构更加密实，孔隙少，原因在于微生物反应生成的碳酸钙填充了内部的孔隙。从图3可以看到普通砂浆浇筑的混凝土内部结构疏松，不密实。

本发明具体以实施例1制备的防水抗渗砂浆成型为胶砂试块的实物图为例作说明，如图1所示，可以看到最初形成的裂缝宽度。可以通过对比修复前后的裂缝宽度来表征试件裂缝的修复效果，判断裂缝是否被填充完毕，试验采用混凝土裂缝测宽仪测量不同龄期的上述3个实施例对应的胶砂试块的裂缝宽度，在一条裂缝上均匀选取5个点，求出平均值，得到每个试块的裂缝宽度，最后求出平均值，结果如表2所示。

表2不同龄期胶砂试块的宽度，单位为mm

通过表2中不同龄期的裂缝宽度的对比，可以发现随着龄期的延长，裂缝处的碳酸钙晶体含量增加，裂缝宽度变小，如图4所示，到40d左右时表面处裂缝被碳酸钙晶体完全填充，从而可以有效地阻碍有害物质侵入混凝土内部。

上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而非对实施方式的限定，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和调整，这些改进和调整也属于本发明具体实施方式的范围。

Claims

1.一种微生物自愈合防水抗渗砂浆，其特征在于，所述砂浆的组分按重量份数计，包括水泥70～100份、矿物掺合料10～20份、砂250～400份、水70～90份、原剂 5～10份、引气剂5～10份；

2.根据权利要求1所述的一种微生物自愈合防水抗渗砂浆，其特征在于，所述的矿物掺合料为粉煤灰、矿粉或硅灰。

3.根据权利要求1所述的一种微生物自愈合防水抗渗砂浆，其特征在于，所述砂的细度模数为2.4～2.7。

4.根据权利要求1所述的一种微生物自愈合防水抗渗砂浆，其特征在于，所述的轻骨料为膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、凹凸棒或陶粒。

5.根据权利要求1所述的一种微生物自愈合防水抗渗砂浆，其特征在于，所述的可溶性钙盐为醋酸钙、甲酸钙、乙酸钙或乳酸钙；尿素和可溶性钙盐的摩尔比为1:1。

6.根据权利要求1所述的一种微生物自愈合防水抗渗砂浆，其特征在于，所述的轻骨料、微生物和养分在原剂中的质量比分别为45％～60％、15％～20％和20％～40％。

7.根据权利要求1所述的一种微生物自愈合防水抗渗砂浆，其特征在于，所述的引气剂为十二烷基苯磺酸钠。

8.一种微生物自愈合防水抗渗砂浆的制备方法，其特征在于，基于权利要求1～7中任意一项所述的微生物自愈合防水抗渗砂浆，包括以下步骤：

步骤1，按权利要求1所述组分的重量份数，加入水、水泥、矿物掺合料和砂，混合均匀后得到混合体系A；

步骤2，再按权利要求1所述组分的重量份数，向混合体系A中加入原剂和引气剂，搅拌均匀得到微生物自愈合防水抗渗砂浆。

9.根据权利要求8所述的一种微生物自愈合防水抗渗砂浆的制备方法，其特征在于，步骤2，加入原剂和引气剂后在水泥胶砂搅拌机中搅拌120～180s，得到微生物自愈合防水抗渗砂浆。

10.一种由权利要求8～9中任意一项所述的微生物自愈合防水抗渗砂浆的制备方法得到的微生物自愈合防水抗渗砂浆。