CN112551983A - 环保抗渗高耐久性混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土的领域，具体公开了一种环保抗渗高耐久性混凝土，环保抗渗高耐久性混凝土包括以下重量份的组分：再生粗骨料800‑900份，细骨料600‑750份，水泥300‑350份，粉煤灰35‑50份，矿粉120‑150份，水115‑155份，减水剂5‑7份，丙酮10‑15份，尿素13‑15份，氯化钙18‑20份，其中，再生粗骨料载有好氧型科氏芽孢杆菌菌液且表面包裹虫胶。本申请的环保抗渗高耐久性混凝土具有能提高环保混凝土的抗渗性的优点。

Description

环保抗渗高耐久性混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种环保抗渗高耐久性混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土指以水泥为主要胶结材料，与水、砂、石或一些必要的外加剂按比例调配、搅拌、密实成型,经养护硬化而成的建筑材料。而其中的环保混凝土是指利用废弃混凝土和水泥合理配比生产的新型环保混凝土，大大降低了成本，而且使昔日的垃圾变废为宝，减轻了废料对城市的污染。

申请公布号为CN101323517A的发明专利申请公开了一种环保混凝土，包括由以下重量份的组成制成：水、水泥、废弃混凝土集料、混凝土碱性中和剂和聚羧酸减水剂组成，具体的配合比为：水∶水泥∶废弃混凝土集料为0.28～0.32∶1∶5；混凝土碱性中和剂为水泥用量的10％～20％；聚羧酸减水剂为水泥用量的1％～2％。

针对上述中的相关技术，发明人认为由于废旧混凝土在破碎过程中受到较大外力作用，在集料内部会出现大量微细裂缝，使得再生混凝土抗渗性和耐久性相对于天然集料配制的混凝土较差。

发明内容

为了提高环保混凝土的抗渗性，本申请提供一种环保抗渗高耐久性混凝土及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种环保抗渗高耐久性混凝土，采用如下的技术方案：

一种环保抗渗高耐久性混凝土，包括以下重量份的组分：再生粗骨料800-900份，细骨料600-750份，水泥300-350份，粉煤灰35-50份，矿粉120-150份，水115-155份，减水剂5-7份，丙酮10-15份，尿素13-15份，氯化钙18-20份，其中，再生粗骨料载有好氧型科氏芽孢杆菌菌液且表面包裹虫胶。

通过采用上述技术方案，将好氧型科氏芽孢杆菌菌液通过虫胶薄膜包覆在再生粗骨料的缝隙或孔洞中，使得拌和混凝土的过程中，好氧型科氏芽孢杆菌菌液由于虫胶薄膜的封闭不易溢出流失。由于丙酮能与虫胶薄膜发生反应，使得虫胶薄膜逐渐穿孔，再生骨料中的好氧型科氏芽孢杆菌菌液与混凝土基体中的水与氧气接触，使得处于休眠状态的科氏芽孢杆菌孢子苏醒，恢复代谢功能。再生粗料中的好氧型科氏芽孢杆菌菌液渐和混凝土基体接触，科氏芽孢杆菌孢子在混凝土基体中的尿素-氯化钙体系中和钙离子螯合，同时新陈代谢产生脲酶，脲酶水解尿素生成氨气和二氧化碳，致使混凝土中局部以及再生粗骨料中碳酸根离子浓度增大，科氏芽孢杆菌同时为碳酸钙沉积提供成核位点，因此，科氏芽孢杆菌在混凝土基体和再生粗骨料的孔隙中能吸引钙离子形成碳酸钙沉淀，生成的碳酸钙沉淀同时对再生粗骨料以及混凝土基体形成的孔隙进行定点填补和修复，进而减少混凝土中的孔隙，由于减少了混凝土再生骨料和混凝土基体中的孔隙，因此，获得减使得混凝土的抗渗性和耐久性提高的效果。

优选的，还包括3-5重量份的硝酸钠。

通过采用上述技术方案，由于引入氯化钙使得混凝土的收缩增大，同时氯离子对钢筋腐蚀有促进作用，加入硝酸钠与氯化钙配合作用，既能为科氏芽孢杆菌提供修补环境，又能减小氯化钙对混凝土的收缩以及对钢筋的腐蚀促进作用，进而减小在混凝土中产生新的孔隙的可能性，进而进一步提高混凝土的抗渗性和耐久性。

优选的，所述丙酮质量浓度为90％。

通过采用上述技术方案，当丙酮的质量浓度为90％时，丙酮与虫胶薄膜的反应的速率和程度更有利于同时修复再生粗骨料和混凝土基体中的孔隙，使得再生粗骨料中的科氏芽孢杆菌液流出的速度适中，既不会过快流出使得再生粗骨料中留下的科氏芽孢杆菌液过少，而降低对再生粗骨料的修复效果，又不至于难以及时流出，降低对混凝土基体的孔隙填补效果。

优选的，所述水为富氧水。

通过采用上述技术方案，由于好氧型科氏芽孢杆菌在氧气充足的条件下代谢功能更好，因此，富氧水在混凝土中能提供更多的氧气含量，有利于提高好氧型科氏芽孢杆菌的代谢能力，进而有利于更加快速、大量的生成碳酸钙填补到再生粗骨料和混凝土基体中的孔隙，进而进一步提高混凝土的抗渗性和耐久性。

优选的，所述减水剂包括重量比为6:4的氨基磺酸钠减水剂和三聚氰胺减水剂。

通过采用上述技术方案，氨基磺酸钠减水剂和三聚氰胺减水剂复配，对水泥颗粒的分散作用好，减小水泥颗粒抱团的可能性，使得水泥更易于填补到再生粗骨料表面沾附的砂浆块之间，进一步减小再生粗骨料与混凝土基体之间形成孔隙的可能性，进而进一步提高混凝土的抗渗性和耐久性。

优选的，所述再生粗骨料的制备方法包括以下步骤：

S1、将具有好氧嗜碱特性并具备以乳酸盐为基质合成碳酸盐能力的科氏芽孢杆菌的菌种接种至培养基中，振荡培养，得到科氏芽孢杆菌菌液；

S2、将科氏芽孢杆菌菌液稀释至OD600值为0.3，得到科氏芽孢杆菌稀释菌液；

S3、利用真空浸渍法将科氏芽孢杆菌稀释菌液吸附到再生粗骨料内部裂缝或孔洞中，干燥至恒重，喷洒虫胶和酵母膏混合溶液，干燥，得到再生粗骨料。

通过采用上述技术方案，通过真空浸渍法将科氏芽孢杆菌稀释菌液吸附到再生粗骨料内部，然后通过虫胶包裹，减小再生骨料中的科氏芽孢杆菌稀释菌液在混凝土拌和过程中完全流出的可能性，进而减小影响科氏芽孢杆菌稀释菌液定位修补孔隙的作用的可能性。

第二方面，本申请提供一种环保抗渗高耐久性混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：

一种环保抗渗高耐久性混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备再生粗骨料备用；

S2、将再生粗骨料和细骨料搅匀，得到骨料混合物；

S2、将水泥、粉煤灰和矿粉混匀，得到胶料混合物；

S4、边搅拌边将胶料混合物加入骨料混合物中，然后依次加入水、尿素、氯化钙和减水剂，最后加入丙酮，搅匀，得到环保抗渗高耐久性混凝土。

优选的，S4步骤中,边搅拌边将胶料混合物加入骨料混合物中，然后依次加入水、尿素、氯化钙、硝酸钠和减水剂，最后加入丙酮，搅匀，得到环保抗渗高耐久性混凝土。

通过采用上述技术方案，将分别混匀的骨料混合和胶料混合物混合时，能减小水泥水化变影响集料拌合均匀的可能性。然后再水、尿素、氯化钙和减水剂加入，为科氏芽孢杆菌营造必要的营养环境，然后在加入丙酮，释放科氏芽孢杆菌，能够减小影响科氏芽孢杆菌的作用的可能性，进而有利于减少混凝土中缝隙的产生。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请通过虫胶薄膜将科氏芽孢杆菌灌封到再生粗骨料中，由于科氏芽孢杆菌在混凝土中能吸引钙离子形成碳酸钙沉淀，生成的碳酸钙沉淀对混凝土基体和再生粗骨料中的孔隙进行精准填补和修复，获得提高混凝土的抗渗性和耐久性的效果。

2、本申请中通过采用加入硝酸钠与氯化钙配合作用，弥补引入氯化钙使得混凝土的收缩增大，增加钢筋腐蚀效应，既能为科氏芽孢杆菌提供修补环境，又能减小氯化钙对混凝土的收缩以及对钢筋的腐蚀促进作用，进而减小在混凝土中产生新的孔隙的可能性，进而进一步提高混凝土的抗渗性和耐久性。

3、本申请的方法，通过真空浸渍法将科氏芽孢杆菌稀释菌液吸附到再生粗骨料内部，然后通过虫胶包裹，减小再生骨料中的科氏芽孢杆菌稀释菌液在混凝土拌和过程中完全流出的可能性，进而减小影响科氏芽孢杆菌稀释菌液定位修补孔隙的作用的可能性。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请的原料都是通过自制或商业渠道获得，具体来源如表1所示。

表1

名称	规格/批号	来源
			粗骨料(自制碎石)	5-15mm连续级配	/
细骨料(机制中砂)	/	广东万润建材有限公司
			自制蒸馏水	/	/
自制富氧水	含氧量为100mg/L	/
			水泥	P.O425R	广东万润建材有限公司
粉煤灰	SF-1102	广东万润建材有限公司
			矿粉	/	广东万润建材有限公司
氨基磺酸钠减水剂	AR	无锡美斯德化工产品有限公司
			三聚氰胺减水剂	AR	无锡美斯德化工产品有限公司
尿素	AR	苏州市嘉昕化工有限公司
			氯化钙	AR	上海寅旋化工科技有限公司
丙酮	AR	山东信恒化工有限公司
			虫胶	AR	佛山市力道汽车用品有限公司
好氧的科氏芽孢杆菌菌种	/	海嘉楚生物工程有限公司
			硝酸钠	GR	河南康之旺生物科技有限公司

本申请的自制的再生粗骨料，是通过破碎机将废弃混凝土块进行破碎，然后筛选粒径在5-15mm范围内的颗粒。

再生粗骨料的制备例

制备例1

一种再生粗骨料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将具有好氧嗜碱特性并具备以乳酸盐为基质合成碳酸盐能力的科氏芽孢杆菌的菌种接种至培养基中，然后将培养基放入恒温摇床中，在30℃下，125r/min转速下，恒温培养24h，得到科氏芽孢杆菌菌液，其中，培养基中包括1L蒸馏水，碳酸钠0.37g，蛋白胨4.8g，碳酸氢钠0.48g，牛肉膏3.5g，然后用1mol/L碳酸氢钠溶液调节pH值调整为9，在120℃高温灭菌30min；

S2、用蒸馏水将科氏芽孢杆菌菌液稀释至OD600值为0.3，得到科氏芽孢杆菌稀释菌液；

S3、利用真空浸渍法，在-0.05MPa的压力下，吸附45min，将科氏芽孢杆菌稀释菌液吸附到再生粗骨料内部裂缝或孔洞中，用烘箱在50℃下干燥至恒重，喷洒虫胶和酵母膏混合溶液，烘箱在45℃下进行干燥，得到再生粗骨料。

制备例2

一种再生粗骨料的制备方法，与制备例1的区别之处在于：S1步骤中，将与制备例1科氏芽孢杆菌的菌种等量的蒸馏水加入相同的培养基中，然后将培养基放入恒温摇床中，在30℃下，125r/min转速下，恒温培养24h，得到科氏芽孢杆菌菌液；S2步骤中，加入制备例1中等量的蒸馏水进行稀释。

制备例3

一种再生粗骨料制备方法，与制备例1的区别之处在于：S3步骤中，利用真空浸渍法，在-0.05MPa的压力下，吸附45min，将科氏芽孢杆菌稀释菌液吸附到再生粗骨料内部裂缝或孔洞中，用烘箱在50℃下干燥至恒重，喷洒与制备例1中虫胶和酵母膏混合溶液等量的蒸馏水，然后用烘箱在45℃下进行干燥，得到再生粗骨料。

实施例

各实施例中的组分和配比如表2所示。

表2

以上实施例的制备方法为：

实施例1-3

一种环保抗渗高耐久性混凝土制备方法，包括以下步骤：

S1、按表2中的重量份，将制备例1制得的再生粗骨料和细骨料加入搅拌机中搅匀，得到骨料混合物；

S2、按表2中的重量份，将水泥、微硅粉和矿粉混匀加入搅拌机中，得到胶料混合物；

S3、按表2中的重量份，利用搅拌机边搅拌边将胶料混合物加入骨料混合物中，然后依次加入蒸馏水、尿素、氯化钙和氨基磺酸钠减水剂，最后加入质量浓度为95％的丙酮，搅匀，得到环保抗渗高耐久性混凝土。

实施例4-6

一种环保抗渗高耐久性混凝土制备方法，与实施例1的制备方法区别之处在于：S4步骤中,边搅拌边将胶料混合物加入骨料混合物中，然后依次加入蒸馏水、尿素、氯化钙、硝酸钠和氨基磺酸钠减水剂，最后加入质量浓度为95％的丙酮，搅匀，得到环保抗渗高耐久性混凝土。

实施例7

一种环保抗渗高耐久性混凝土制备方法，与实施例1的制备方法区别之处在于：S4步骤中,加入的丙酮质量浓度为90％。

实施例8

一种环保抗渗高耐久性混凝土制备方法，与实施例1的制备方法区别之处在于：S4步骤中,加入的水为自制的含氧量为100mg/L的富氧水。

实施例9

一种环保抗渗高耐久性混凝土制备方法，与实施例1的制备方法区别之处在于：S4步骤中,加入的减水剂为重量比为6:4的氨基磺酸钠减水剂和三聚氰胺减水剂复配的减水剂。

对比例

各对比例中的组分和配比如表3所示。

表3

以上对比例的制备方法为：

对比例1

一种环保抗渗高耐久性混凝土制备方法与实施例2的制备方法的区别之处在于：S1步骤中，按表2中的重量份，将制备例2制得的再生粗骨料和细骨料加入搅拌机中搅匀，得到骨料混合物。

对比例2

一种环保抗渗高耐久性混凝土制备方法与实施例2的制备方法的区别之处在于：S1步骤中，按表2中的重量份，将制备例3制得的再生粗骨料和细骨料加入搅拌机中搅匀，得到骨料混合物；

对比例3

一种环保抗渗高耐久性混凝土制备方法与实施例2的制备方法的区别之处在于：S4步骤中,加入与质量浓度为90％的丙酮等量的蒸馏水代替质量浓度为90％的丙酮。

对比例4

一种环保抗渗高耐久性混凝土制备方法与实施例2的制备方法的区别之处在于：S4步骤中,加入与尿素等量的蒸馏水代替尿素。

对比例5

一种环保抗渗高耐久性混凝土制备方法与实施例2的制备方法的区别之处在于：S4步骤中,加入与氯化钙等量的蒸馏水代替氯化钙。

检测试验

按实施例和对比例的配比和制备方法分别制备试块，每一个实施例和对比例制备十个试块，试块为长20cm，宽20cm，高20cm的长方体，在25℃下的干燥环境下，将相同的试块其中相同的五块成型后养护三个月后进行检测，另外五块养护6个月后进行检测。

检测方法

1、渗水深度：按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的逐级加压法测试混凝土标准试块的渗水深度。

2、将试块对称分割成两块相同的长方体，利用扫描电子显微镜对混凝土标准试块切面进行微观观测，观测其表面是否有裂纹。

测试结果

以上各实施例制得的环保抗渗高耐久性混凝土的性能测试结果如表4所示：

表4

以上各对比例制得的环保抗渗高耐久性混凝土的性能测试结果如表5所示：

表5

1、结合实施例1-9和对比例1并结合表2-5可以看出，将科氏芽孢杆菌添加到混凝土中，制得的混凝土观测不到裂缝，渗水深度更小，可见，将科氏芽孢杆菌菌液通过虫胶薄膜包覆在再生粗骨料的缝隙或孔洞中，加入混凝土中，能提高混凝土的抗渗性和耐久性。能够证明，科氏芽孢杆菌孢子在混凝土基体中的尿素-氯化钙体系中和钙离子螯合，同时新陈代谢产生脲酶，脲酶水解尿素生成氨气和二氧化碳，致使混凝土中局部以及再生粗骨料中碳酸根离子浓度增大，科氏芽孢杆菌同时为碳酸钙沉积提供成核位点，因此，科氏芽孢杆菌在混凝土基体和再生粗骨料的孔隙中能吸引钙离子形成碳酸钙沉淀，生成的碳酸钙沉淀对再生粗骨料以及混凝土基体形成的孔隙进行修复，减少混凝土再生骨料和混凝土基体中的孔隙。此外，由于实施例1-9养护三个月和养护了六个月的混凝土的渗水深度和表观性能变化较小，而对比例1养护三个月和养护了六个月的混凝土的渗水深度和表观性能相差较大，可见，将科氏芽孢杆菌菌液通过虫胶薄膜包覆在再生粗骨料中加入混凝土中，有利于进一步提高混凝土的耐久性。能够证明，将科氏芽孢杆菌菌液通过虫胶薄膜包覆在再生粗骨料中加入混凝土中，能够持续进行代谢活动，修复混凝土体系中的孔隙。

2、结合实施例1-9和对比例2-3并结合表2-5可以看出，利用虫胶对再生粗骨料表面进行包覆时，制得的混凝土观测不到裂缝，而对比例2表观有裂缝，并且实施例1-9的渗水深度都小于对比例2，可见，对再生粗骨料表面进行利用虫胶包裹，并加入丙酮协同，能够提高混凝土的抗渗性和耐久性。可见，在拌和混凝土的过程中，科氏芽孢杆菌菌液由于虫胶薄膜的封闭不易溢出流失，而加入丙酮后，丙酮与虫胶薄膜发生反应，使得虫胶薄膜逐渐穿孔，再生骨料中的科氏芽孢杆菌菌液与混凝土基体中的水与氧气接触，使得处于休眠状态的科氏芽孢杆菌孢子苏醒，恢复代谢功能并和混凝土基体接触，能提高科氏芽孢杆菌菌液定点作用的准确性，实现生成的碳酸钙沉淀同时对再生粗骨料以及混凝土基体形成的孔隙进行定点填补和修复，从而进一步提高混凝土的抗渗性和耐久性。

3、结合实施例1-9和对比例4-5并结合表2-5可以看出，对比例4-5的表观在养护六个月后出现了裂缝，并且对比例4-5渗水深度大于实施例1-9，证明实施例1-9的抗渗性和耐久性优于对比例4-5，能够表明，当混凝土基体中缺乏氯化钙或尿素时，混凝土中尿素-氯化钙体系被破坏，使得科氏芽孢杆菌对裂缝的修补能力降低，从而降低混凝土的抗渗性和耐久性。

4、结合实施例2和实施例4-6并结合表2-5可以看出，当混凝土基体中添加硝酸钠时，制得的混凝土观测不到裂缝，并且渗水深度相对于实施例2更小。可见，硝酸钠能够与氯化钙配合作用，减小引入氯化钙使得混凝土的收缩增大，氯离子腐蚀钢筋的可能性，进而减小在混凝土中产生新的孔隙的可能性，进一步提高混凝土的抗渗性和耐久性。

5、结合实施例2和实施例7并结合表2-5可以看出，当丙酮质量浓度为90％时，制得的混凝土观测不到裂缝，并且渗水深度相对于实施例2更小。可见，丙酮的质量浓度为90％时，丙酮与虫胶薄膜的反应的速率和程度更有利于同时修复再生粗骨料和混凝土基体中的孔隙，使得再生粗骨料中的科氏芽孢杆菌液流出的速度适中，既不会过快流出使得再生粗骨料中留下的科氏芽孢杆菌液过少，而降低对再生粗骨料的修复效果，又不至于难以及时流出，降低对混凝土基体的孔隙填补效果，从而达到更进一步提高修复效果，提高混凝土抗渗性和耐久性。

6、结合实施例2和实施例8并结合表2-5可以看出，当使用富氧水拌和混凝土时，制得的混凝土观测不到裂缝，并且渗水深度相对于实施例2更小。能够证明富氧水在混凝土中能提供更多的氧含量，有利于提高好氧型科氏芽孢杆菌的代谢能力，进而有利于更加快速、大量的生成碳酸钙填补到再生粗骨料和混凝土基体中的孔隙，从而进一步提高混凝土的抗渗性和耐久性。

7、结合实施例2和实施例9并结合表2-5可以看出，氨基磺酸钠减水剂和三聚氰胺以6:4的重量比复配时，制得的混凝土观测不到裂缝，并且渗水深度相对于实施例2更小，进一步提高了混凝土的抗渗性和耐久性。可见，氨基磺酸钠减水剂和三聚氰胺减水剂以6:4的重量比复配，对水泥颗粒的分散作用更好，减小水泥颗粒抱团的可能性，使得水泥更易于填补到再生粗骨料表面沾附的砂浆块之间，进一步减小再生粗骨料与混凝土基体之间形成孔隙的可能性，从而进一步提高混凝土的抗渗性和耐久性。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种环保抗渗高耐久性混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分：再生粗骨料800-900份，细骨料600-750份，水泥300-350份，粉煤灰35-50份，矿粉120-150份，水115-155份，减水剂5-7份，丙酮10-15份，尿素13-15份，氯化钙18-20份，其中，再生粗骨料载有好氧型科氏芽孢杆菌菌液且表面包裹虫胶。

2.根据权利要求1所述的环保抗渗高耐久性混凝土，其特征在于：还包括3-5重量份的硝酸钠。

3.根据权利要求1所述的环保抗渗高耐久性混凝土，其特征在于：所述丙酮质量浓度为90%。

4.根据权利要求1所述的环保抗渗高耐久性混凝土，其特征在于：所述水为富氧水。

5.根据权利要求1所述的环保抗渗高耐久性混凝土，其特征在于：所述减水剂包括重量比为6:4的氨基磺酸钠减水剂和三聚氰胺减水剂。

6.根据权利要求1所述的环保抗渗高耐久性混凝土，其特征在于：所述再生粗骨料的制备方法包括以下步骤，S1、将具有好氧嗜碱特性并具备以乳酸盐为基质合成碳酸盐能力的科氏芽孢杆菌的菌种接种至培养基中，振荡培养，得到科氏芽孢杆菌菌液；

S2、将科氏芽孢杆菌菌液稀释至OD600值为0.3，得到科氏芽孢杆菌稀释菌液；

S3、利用真空浸渍法将科氏芽孢杆菌稀释菌液吸附到再生粗骨料内部裂缝或孔洞中，干燥至恒重，喷洒虫胶和酵母膏混合溶液，干燥，得到再生粗骨料。

7.一种根据权利要求1所述的环保抗渗高耐久性混凝土制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制备再生粗骨料备用；

S2、将再生粗骨料和细骨料搅匀，得到骨料混合物；

S2、将水泥、粉煤灰和矿粉混匀，得到胶料混合物；

S4、边搅拌边将胶料混合物加入骨料混合物中，然后依次加入水、尿素、氯化钙和减水剂，最后加入丙酮，搅匀，得到环保抗渗高耐久性混凝土。

8.根据权利要求7所述的再生粗骨料制备方法，其特征在于：S4步骤中,边搅拌边将胶料混合物加入骨料混合物中，然后依次加入水、尿素、氯化钙、硝酸钠和减水剂，最后加入丙酮，搅匀，得到环保抗渗高耐久性混凝土。