CN112341047A - 一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料，由以下百分含量的组分组成，水泥：40‑60%；石英砂：30‑50%；纤维素醚：0.5‑2.5%；减水剂：0.1‑1%；含有疏水性组分的细菌生物膜0.5‑10%。细菌生物膜包括以下制备步骤：（1）液体培养基的制备；（2）含有疏水性组分的细菌生物膜的制备；（3）含有疏水性组分的细菌生物膜的干燥或冷冻。本发明还公开了该水泥基灌浆材料的制备方法。本发明制得的水泥基灌浆材料具有不泌水，微膨胀，抗渗性能优异，力学性能优异，抗氯离子侵蚀性能好。解决了灌浆材料不能自动修复结构微裂缝的问题，实现了对结构补强加固且防水堵漏的目的，达到了对微裂缝的二次修复作用。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料及其制备方法。
背景技术
砂浆和混凝土的水泥基材料是建筑行业最常用的材料，渗水被认为是土木工程中的永久性问题，尤其是由于冻融循环而产生的裂纹，并且多孔材料的性能使胶凝材料更容易渗水，并随着时间的延长使建筑物暴露于水中，进一步腐蚀水泥基材料中的钢筋，影响建筑物的耐久性。现有的水泥基材料耐水性的方法通常采用在浇筑后对材料进行表面处理，并使用有机溶剂来实现用疏水剂对水泥基材料的整体改性。例如，将基于硅烷的添加剂，如烷氧基硅烷、烷氧基硅氧烷用于水泥基材料，或者减少用水，上述方式实施起来成本昂贵且费时。在含有枯草杆菌等生物细菌丰富的水体里，水的表面张力比较小，且形成一层膜，起到一定的疏水作用，兼顾一定的修复作用。因此，想到以此提供一种疏水的具有自修复功能的水泥基材料，该材料不需要费力的后处理，且提供所述水泥基材料的方法应该是经济，安全的并且适用于制备适合各种应用的大批量材料。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明设计的目的在于提供一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料及其制备方法。该灌浆材料包含含有疏水性组分的细菌生物膜，将含有疏水性组分的细菌生物膜添加到水泥基灌浆材料中，产生具有增加的微观和纳米粗糙度的特定表面结构，增强了材料的可润湿性，从而使其具有疏水性。
本发明通过以下技术方案加以实现：
一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料，其特征在于由以下百分含量的组分组成：
水泥：40-60%；石英砂：30-50%；纤维素醚：0.5-2.5%；减水剂：0.1-1%；含有疏水性组分的细菌生物膜0.5-10%。
所述的一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料，其特征在于所述细菌生物膜采用以下步骤制得：
1）液体培养基的制备
将葡萄糖或蔗糖的水溶液，在30-50℃和相对湿度为40-70%的条件下，搅拌后静置，得到液体培养基；
2）含疏水性组分的细菌生物膜的制备
在液体培养基上生长细菌，生长环境条件为：密封空间，35-40℃和相对湿度为60-80%的条件下，自然生长得培养物，随后离心培养物，收集形成的细菌生物膜；
3）细菌生物膜的干燥或冷冻
在零下15℃到零下70℃下，进行冻干20-48h，以确保生物膜完全干燥，捣碎并匀浆，或在磨机中研磨，制得细菌生物膜。
所述的一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料，其特征在于步骤1）中葡萄糖或蔗糖的水溶液浓度为1-5g/L。
所述的一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料，其特征在于步骤1）中搅拌8-72h，静置24-36h。
所述的一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料，其特征在于步骤2）中细菌在生长过程中经过基因修饰改变生物膜的产生，或者改变改变疏水性细胞外生物膜成分的表达，或者提高生物膜的适应性。
所述的一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料，其特征在于步骤2）中细菌为枯草芽孢杆菌菌株或假单胞菌。
所述的具有自修复功能的水泥基灌浆材料的制备方法，其特征在于制备过程为：将配方量的水泥、石英砂、乳胶粉、保水增稠材料加入到搅拌机中搅拌混合均匀，然后将生物细菌膜加入混合物中继续搅拌，再加入适量水即可制得。
本发明配方合理，制备工艺简单，通过含有疏水性组分的细菌生物膜的制备，添加到水泥基灌浆材料中，改善水泥基灌浆材料的耐水性能，使制得的水泥基灌浆材料的抗渗性能优异，耐水性好，强度高，不泌水，抗氯离子侵蚀性能好。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
水泥：50%；石英砂：46%；纤维素醚：1%；减水剂：0.5%；含有疏水性组分的细菌生物膜2.5%。
其中所述的含有疏水性组分的细菌生物膜的制备方法如下：
（1）液体培养基的制备
将100mL，浓度为1-5 g / L的葡萄糖或蔗糖水溶液为液体培养液，在30-50℃和相对湿度为40-70%时，搅拌8-72h，然后静置24-36h，得到液体培养基。
（2）含有疏水性组分的细菌生物膜的制备
在液体培养基上生长细菌，如枯草芽孢杆菌菌株或假单胞菌，其中所述的细菌经过基因修饰要么改变生物膜的产生，要么改变疏水性细胞外生物膜成分的表达，要么提高生物膜的适应性。在密封空间，35℃和相对湿度为60%的条件下，自然生长。随后通过离心培养物，收获形成的生物膜。
（3）含有疏水性组分的细菌生物膜的干燥或冷冻
在零下15度到零下70度的条件下，进行冻干约20至48h，以确保生物膜完全干燥，可以将其用杵捣碎并匀浆，或在合适的磨机中研磨。
所述的一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料的制备方法，其特征在于该方法为：
将配方量的水泥、石英砂、乳胶粉、保水增稠材料加入到搅拌机中搅拌混合均匀，然后将生物细菌膜加入混合物中继续搅拌，再加入适量水即可制得。
实施例2
水泥：60%；石英砂：38%；纤维素醚：0.5%；减水剂：0.5%；含有疏水性组分的细菌生物膜1%。
含有疏水性组分的细菌生物膜的制备方法同实施例1。
该具有自修复功能的水泥基灌浆材料的制备方法同实施例1。
实施例3
水泥：45%；石英砂：50%；纤维素醚：0.5%；减水剂：0.5%；含有疏水性组分的细菌生物膜4%。
含有疏水性组分的细菌生物膜的制备方法同实施例1。
该具有自修复功能的水泥基灌浆材料的制备方法同实施例1。
实施例4
水泥：49%；石英砂：49%；纤维素醚：0.6%；减水剂：0.4%；含有疏水性组分的细菌生物膜1%。
含有疏水性组分的细菌生物膜的制备方法同实施例1。
该具有自修复功能的水泥基灌浆材料的制备方法同实施例1。
对比例1
水泥基灌浆材料中不加入含有疏水组分的细胞生物膜，其他条件和实施例1相同。
下面对本发明值得的水泥基灌浆材料进行性能测试，测试结果如表1所示：
表1
| 泌水率，% | 3h竖向膨胀率，% | 28d抗压强度，MPa | 抗渗性，MPa | 抗氯离子侵蚀，C | |
| 实施例1 | 无 | 0.2 | 69 | 2.3 | 1420 |
| 实施例2 | 无 | 0.3 | 75 | 2.2 | 1350 |
| 实施例3 | 无 | 0.4 | 65 | 1.8 | 1460 |
| 实施例4 | 无 | 0.2 | 68 | 1.9 | 1325 |
| 对比例1 | 2 | 0.1 | 65 | 0.7 | 1654 |
从上面测试结果可以看出，本发明制得的自修复功能的水泥基灌浆材料，新拌浆体具有不泌水，3h时浆体有微膨胀现象，硬化后浆体的力学性能优异，表现为28d抗压强度高，且28d时浆体的抗渗性能优异，能抵抗1.8MPa的水压，能抵抗氯离子的侵蚀，电通量小于1500C。而对比例1尽管砂浆力学性能高，但新拌浆体轻微泌水，硬化浆体抗渗性能较差，且不能抵抗氯离子侵蚀。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭示的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料，其特征在于由以下百分含量的组分组成：
水泥：40-60%；石英砂：30-50%；纤维素醚：0.5-2.5%；减水剂：0.1-1%；含有疏水性组分的细菌生物膜0.5-10%。
2.如权利要求1所述的一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料，其特征在于所述细菌生物膜采用以下步骤制得：
1）液体培养基的制备
将葡萄糖或蔗糖的水溶液，在30-50℃和相对湿度为40-70%的条件下，搅拌后静置，得到液体培养基；
2）含疏水性组分的细菌生物膜的制备
在液体培养基上生长细菌，生长环境条件为：密封空间，35-40℃和相对湿度为60-80%的条件下，自然生长得培养物，随后离心培养物，收集形成的细菌生物膜；
3）细菌生物膜的干燥或冷冻
在零下15℃到零下70℃下，进行冻干20-48h，以确保生物膜完全干燥，捣碎并匀浆，或在磨机中研磨，制得细菌生物膜。
3.如权利要求2所述的一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料，其特征在于步骤1）中葡萄糖或蔗糖的水溶液浓度为1-5g/L。
4.如权利要求2所述的一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料，其特征在于步骤1）中搅拌8-72h，静置24-36h。
5.如权利要求2所述的一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料，其特征在于步骤2）中细菌在生长过程中经过基因修饰改变生物膜的产生，或者改变改变疏水性细胞外生物膜成分的表达，或者提高生物膜的适应性。
6.如权利要求2所述的一种具有自修复功能的水泥基灌浆材料，其特征在于步骤2）中细菌为枯草芽孢杆菌菌株或假单胞菌。
7.权利要求1所述的具有自修复功能的水泥基灌浆材料的制备方法，其特征在于制备过程为：将配方量的水泥、石英砂、乳胶粉、保水增稠材料加入到搅拌机中搅拌混合均匀，然后将生物细菌膜加入混合物中继续搅拌，再加入适量水即可制得。
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