CN114213153A - 海藻酸钠固载微生物的混凝土裂缝修复材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海藻酸钠固载微生物的混凝土裂缝修复材料及其制备方法，按照质量份数，包括以下组分：海藻酸钠0.5份‑2份、尿素6份‑12份、乙酸钙17份‑34份、细菌种液10份、蒸馏水190份；细菌种液为巴氏芽胞杆菌种液，微生物菌液浓度为107‑109cells/mL，海藻酸钠中β‑D‑甘露糖醛酸和α‑L‑古洛糖醛酸之比为1:1。本发明采用微生物矿化沉积的产物为碳酸钙，碳酸钙与混凝土基质有较好的相容性，且碳酸钙为无机材料，对环境无负面影响，耐久性更高。海藻酸钠与乙酸钙反应生成海藻酸钙水凝胶，可以在短时间内有效堵漏作用的同时为微生物提供一个良好的生长环境，进而使得微生物在迅速发生矿化反应，在海藻酸钙水凝胶中均匀生成碳酸钙沉淀，最终产生一定的强度，成功堵住裂缝。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物修复材料及其制备方法，具体涉及到一种应用于已开裂混凝土的海藻酸钠固载微生物的混凝土裂缝修复材料及其制备方法。
背景技术
混凝土是目前应用最广泛的建筑材料，具有抗压强度高、易于浇筑、成本低等显著的优势。但是由于混凝土具有相对较低的抗拉强度，导致其容易开裂。混凝土形成裂缝的成因多种多样，例如拉力和压力、冻融循环和收缩，都会使混凝土生成裂缝。而裂缝的存在不仅降低了混凝土的强度，破坏材料的结构完整性，还为侵蚀性物质(如硫酸盐、碳酸盐和氯化物))提供了侵入通道，大大降低混凝土的耐久性，从而导致混凝土劣化和钢筋锈蚀。
目前较常用的混凝土裂缝处理方法有灌浆法、表面处理法、结构补强法等，但是均存在某些缺陷。如表面封闭法的修复物质无法深入混凝土裂缝深处；灌浆法选取的大多数有机材料与混凝土基材的相容性较差，易老化；结构补强法操作复杂，成本较高。用传统手段如裂缝灌浆法、表面处理法、填充法等无法对混凝土的内部损伤进行有效修复；而化学自愈合手段又无法满足持续修复、环境友好等要求。因此，开发新材料，探究新技术，寻找先进的混凝土裂缝修复方式成为迫切所需。
为此，更符合绿色环保理念的微生物修复材料逐渐进入研究者们的视线，但该方法修复速率慢，往往需要大量反复注入菌液与胶结液后才能修复裂缝，严重制约微生物修复材料在实际工程的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种操作相对简单，绿色无污染且修复速率较快的海藻酸钠固载微生物的混凝土裂缝修复材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种海藻酸钠固载微生物的混凝土裂缝修复材料，按照质量份数，包括以下组分：海藻酸钠0.5份-2份、尿素6份-12份、乙酸钙17份-34份、细菌种液10份、蒸馏水190份；细菌种液为巴氏芽胞杆菌种液，微生物菌液浓度为107-109cells/mL，海藻酸钠中β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸之比为1:1。
所述混凝土裂缝修复材料采用A、B组分，A组分包括海藻酸钠0.5份-2份、细菌种液10份和蒸馏水90份；B组分包括尿素6份-12份、乙酸钙17份-34份和蒸馏水100份；使用时按质量比A：B＝1：1配比使用。
上述海藻酸钠固载微生物的混凝土裂缝修复材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向容器中加入90份蒸馏水和0.5份-2份海藻酸钠，使用恒温加热磁力搅拌器，在60℃，转速为200rpm，搅拌30min后冷却，得到海藻酸钠溶液；
(2)向步骤(1)中所制得的海藻酸钠溶液中加入10份细菌种液，充分搅拌，使其完全混合；
(3)向另一容器中加入6份-12份的尿素、17份-34份乙酸钙和100份蒸馏水，充分搅拌，使其完全溶解从而得到乙酸钙尿素混合溶液；
(4)使用时，将步骤(2)和步骤(3)制备的溶液按质量比1：1配比使用。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用微生物矿化沉积的产物为碳酸钙，碳酸钙与混凝土基质有较好的相容性，且碳酸钙为无机材料，对环境无负面影响，耐久性更高。
(2)本发明与现有微生物修复技术相比，所采用的海藻酸钠与乙酸钙反应生成海藻酸钙水凝胶，可以在短时间内有效堵漏作用的同时为微生物提供一个良好的生长环境，进而使得微生物在迅速发生矿化反应，在海藻酸钙水凝胶中均匀生成碳酸钙沉淀，最终产生一定的强度，成功堵住裂缝。
附图说明：
图1为本发明实施例1微生物修复材料所修复裂缝后混凝土的宏观形貌图；
图2为本发明实施例1、2、3中使用微生物修复材料对混凝土裂缝进行修复前后混凝土的抗压强度对比图；
图3为本发明实施例3中微生物修复材料所形成产物的矿物组成图；
图4为本发明实施例3中微生物修复材料所形成产物的微观形貌图。
具体实施方案：
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
本发明的海藻酸钠固载微生物的混凝土裂缝修复材料，按照质量份数，包括以下组分：海藻酸钠0.5份-2份、尿素6份-12份、乙酸钙17份-34份、细菌种液10份、蒸馏水190份；细菌种液为巴氏芽胞杆菌种液，微生物菌液浓度为107-109cells/mL，海藻酸钠中β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸之比为1:1。
所述混凝土裂缝修复材料采用A、B组分，A组分包括海藻酸钠0.5份-2份、细菌种液10份和蒸馏水90份；B组分包括尿素6份-12份、乙酸钙17份-34份和蒸馏水100份；使用时按质量比A：B＝1：1配比使用。
上述海藻酸钠固载微生物的混凝土裂缝修复材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向容器中加入90份蒸馏水和0.5份-2份海藻酸钠，使用恒温加热磁力搅拌器，在60℃，转速为200rpm，搅拌30min后冷却，得到海藻酸钠溶液；
(2)向步骤(1)中所制得的海藻酸钠溶液中加入10份细菌种液，充分搅拌，使其完全混合；
(3)向另一容器中加入6份-12份的尿素、17份-34份乙酸钙和100份蒸馏水，充分搅拌，使其完全溶解从而得到乙酸钙尿素混合溶液；
(4)使用时，将步骤(2)和步骤(3)制备的溶液按质量比1：1配比使用。
需要说明的是，其中：巴氏芽胞杆菌通过以下方式获得：选取德国微生物保藏中心登记号为DSM 33的巴氏芽胞杆菌，将活化后的巴氏芽胞杆菌接种至3g/L牛肉膏、5g/L胰蛋白胨、20g/L尿素的培养基中，在35℃、170r/min的恒温振荡箱中振荡培养24h。
使用本发明制得的A、B组分溶液进行修复时，可采用按1：1比例同时注入A、B组分溶液到混凝土裂缝中，完成混凝土裂缝的修复；或先注入A组分溶液，再注入B组分溶液，完成混凝土裂缝的修复。
实施例1
制备微生物混凝土裂缝修复材料：
向空锥形瓶中加入90份的蒸馏水和0.5份海藻酸钠，使用恒温加热磁力搅拌器，设置温度为60℃，转速为200rpm，高速搅拌30min后冷却，使其完全溶解从而得到浓度为0.5％的海藻酸钠溶液，再向所制得的海藻酸钠溶液中加入10份细菌种液，充分搅拌，使其完全混合；向另一空锥形瓶中加入25.5份乙酸钙、9份尿素和90份的蒸馏水，充分搅拌，使其完全溶解从而得到乙酸钙尿素混合溶液，最后使用注射器将两个锥形瓶中所制备的溶液按体积比1：1比例同时注入混凝土裂缝(长80mm、深100mm、宽2mm)中，即可完成修复；
将修复后的混凝土试样放在常温下养护，养护1d后裂缝修复效果如图1所示，裂缝被微生物修复材料所形成修复产物填充完整，修复产物呈灰白色；
利用规范《混凝土力学物理性能试验方法标准GB/T50081-2019》中抗压强度试验方法测试微生物修复材料对长80mm、深100mm、宽2mm贯穿裂缝的修复效果，结果如图2所示，修复前抗压强度为13.8MPa，修复后抗压强度为15.1MPa，抗压强度恢复了9.4％。
实施例2
制备微生物混凝土裂缝修复材料：
向空锥形瓶中加入90份的蒸馏水和1份海藻酸钠，使用恒温加热磁力搅拌器，设置温度为60℃，转速为200rpm，高速搅拌30min后冷却，使其完全溶解从而得到浓度为1.0％的海藻酸钠溶液，再向所制得的海藻酸钠溶液中加入10份细菌种液，充分搅拌，使其完全混合；向另一空锥形瓶中加入25.5份乙酸钙、9份尿素和90份的蒸馏水，充分搅拌，使其完全溶解从而得到乙酸钙尿素混合溶液；最后使用注射器将两个锥形瓶中所制备的溶液按体积比1：1比例同时注入混凝土裂缝长(长80mm、深100mm、宽2mm)中，即可完成修复。
将修复后的混凝土试样放在常温下养护1d；
利用规范《混凝土力学物理性能试验方法标准GB/T50081-2019》中抗压强度试验方法测试微生物修复材料对长80mm、深100mm、宽2mm贯穿裂缝的修复效果，结果如图2所示，修复前抗压强度为13.8MPa，修复后抗压强度为15.1MPa，抗压强度恢复了9.4％。
实施例3
制备微生物混凝土裂缝修复材料：
向空锥形瓶中加入90份的蒸馏水和2份海藻酸钠，使用恒温加热磁力搅拌器，设置温度为60℃，转速为200rpm，高速搅拌30min后冷却，使其完全溶解从而得到浓度为2.0％的海藻酸钠溶液，再向所制得的海藻酸钠溶液中加入10份细菌种液，充分搅拌，使其完全混合；向另一空锥形瓶中加入25.5份乙酸钙、9份尿素和90份的蒸馏水，充分搅拌，使其完全溶解从而得到乙酸钙尿素混合溶液；最后使用注射器将两个锥形瓶中所制备的溶液按体积比1：1比例同时注入混凝土裂缝(长80mm、深100mm、宽2mm)中，即可完成修复；
将修复后的混凝土试样放在常温下养护1d；
利用规范《混凝土力学物理性能试验方法标准GB/T50081-2019》中抗压强度试验方法测试微生物修复材料对长80mm、深100mm、宽2mm贯穿裂缝的修复效果，结果如图2所示，修复前抗压强度为13.8MPa，修复后抗压强度为16.3MPa，抗压强度恢复了18.1％；
将微生物修复材料所形成沉淀产物取出，使用冷冻干燥机将沉淀干燥；
使用X射线衍射仪分析沉淀矿物组成，得到沉淀的XRD图谱如图3所示，其中在23.02°、24.87°、27.03°、29.41°、32.71°、35.97°、39.41°、43.81°、47.48°、48.51°检测出碳酸钙的峰值，表明沉淀的主要成分为碳酸钙；
使用扫描电子显微镜观察沉淀微观结构，如图4所示，发现海藻酸钙凝胶会填充晶体间的空隙，将碳酸钙晶体粘结成一个整体。
以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种海藻酸钠固载微生物的混凝土裂缝修复材料，其特征在于，按照质量份数，包括以下组分：海藻酸钠0.5份-2份、尿素6份-12份、乙酸钙17份-34份、细菌种液10份、蒸馏水190份；细菌种液为巴氏芽胞杆菌种液，微生物菌液浓度为107-109cells/mL，海藻酸钠中β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸之比为1:1。
2.根据权利要求1所述海藻酸钠固载微生物的混凝土裂缝修复材料，其特征在于，所述混凝土裂缝修复材料采用A、B组分，A组分包括海藻酸钠0.5份-2份、细菌种液10份和蒸馏水90份；B组分包括尿素6份-12份、乙酸钙17份-34份和蒸馏水100份；使用时按质量比A：B＝1：1配比使用。
3.如权利要求1或2所述海藻酸钠固载微生物的混凝土裂缝修复材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向容器中加入90份蒸馏水和0.5份-2份海藻酸钠，使用恒温加热磁力搅拌器，在60℃，转速为200rpm，搅拌30min后冷却，得到海藻酸钠溶液；
(2)向步骤(1)中所制得的海藻酸钠溶液中加入10份细菌种液，充分搅拌，使其完全混合；
(3)向另一容器中加入6份-12份的尿素、17份-34份乙酸钙和100份蒸馏水，充分搅拌，使其完全溶解从而得到乙酸钙尿素混合溶液；
(4)使用时，将步骤(2)和步骤(3)制备的溶液按质量比1：1配比使用。
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Citations (3)
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| CN101759438A (zh) * | 2010-01-15 | 2010-06-30 | 东南大学 | 一种利用海藻酸钠固载菌株在水泥基材料表面覆膜的方法 |
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2021
- 2021-11-26 CN CN202111436095.8A patent/CN114213153A/zh active Pending
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