CN114890737A - 一种3d打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺 - Google Patents

一种3d打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN114890737A
CN114890737A CN202210492863.XA CN202210492863A CN114890737A CN 114890737 A CN114890737 A CN 114890737A CN 202210492863 A CN202210492863 A CN 202210492863A CN 114890737 A CN114890737 A CN 114890737A
Authority
CN
China
Prior art keywords
printing
microbial
parts
repairing
percent
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.)
Pending
Application number
CN202210492863.XA
Other languages
English (en)
Inventor
刘超
刘化威
姚羿舟
武怡文
丁淑敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Architecture and Technology
Original Assignee
Xian University of Architecture and Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Architecture and Technology filed Critical Xian University of Architecture and Technology
Priority to CN202210492863.XA priority Critical patent/CN114890737A/zh
Publication of CN114890737A publication Critical patent/CN114890737A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • C04B28/02—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 containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04—Portland cements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • 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
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00181—Mixtures specially adapted for three-dimensional printing (3DP), stereo-lithography or prototyping
    • 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
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

本发明公开了一种3D打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺，3D打印用微生物自修复混凝土，由以下原料按质量百分含量组成混凝土：水泥15％～25％；粗骨料25％～35；细骨料15％～25％；水9％～12％；矿物掺合料3％～5％；超级塑化剂0.1％～0.6％；触变剂0.1％～0.4％；早强剂2％～4％；纤维0.03％～0.08％；纤维素醚0.02％～0.05％；微生物菌液5％～7％。本发明针对3D打印粗骨料混凝土材料特性和打印工艺带来的初始孔隙和裂缝较多的现象，从混凝土配方的角度进行优化，加入芽孢杆菌微生物，利用其矿化反应生成的碳酸钙沉淀修复其初始孔隙和裂缝，有效地减小了3D打印粗骨料混凝土外表面裂缝宽度，显著提高了3D打印粗骨料混凝土的力学性能和耐久性。

Description

一种3D打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺
技术领域
本发明属于特种建筑材料技术领域，特别涉及一种3D打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺。
背景技术
近年来，3D打印技术迅猛发展，极大推动了各行各业的发展和变革，3D打印混凝土技术作为3D打印技术的重要发展方向之一，是未来建筑产业数字转型升级的重要技术方向。3D打印混凝土技术是一种采用水泥基材料基于预先设定的三维计算机模型逐层构建结构的增材制造技术，其快速建造、自由设计和节约成本等诸多优点推动建筑产业高质量发展。
但3D打印混凝土技术要在工程中进一步发展，还需要消除因泵送基础层叠成型的特殊打印工艺带来的内部和外表面的孔隙、裂缝等初始缺陷。因此，成型质量是决定3D打印混凝土技术能否广泛推广的首要标准。而成型质量受材料性能和工艺参数及其相互关系直接影响。掺加粗骨料减少浆体收缩成为改善成型质量的方法之一，然而即使添加粗骨料，又因考虑其可打印性和可建造性的严格要求，粗骨料的3D打印混凝土仍有不同程度的开裂。因此，将微生物掺进水泥基浆体修复成型后产生的孔隙和裂缝等初始缺陷的方法具备了可行性，其修复效应将大大提高试件的力学性能和耐久性，良好的性能也是未来3D打印推广过程中的必备条件。因此开发3D打印微生物自修复粗骨料混凝土将具有重要的理论意义和应用价值。
芽孢杆菌微生物在空气和腐蚀介质的激活下进行钙化反应，产生的碳酸钙和类碳酸钙无机化合物填塞或黏结孔隙和裂缝界面。其矿化过程是有氧环境下，芽孢杆菌微生物有氧呼吸产生代谢产物CO2，与水泥基材料中的OH﹣反应生成HCO3﹣，然后与Ca2+反应生成不溶性物质CaCO3晶体修复孔隙和裂缝。因此芽孢杆菌在水泥基的碱性环境下有更好的修复效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺。本发明能有效消除3D打印混凝土内外初始缺陷、提高试件美观度、力学性能、耐久性，具有产业上的利用价值。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术解决方案：
一种3D打印用微生物自修复混凝土，由以下原料按质量百分含量组成混凝土：
水泥15％～25％；
粗骨料25％～35；
细骨料15％～25％；
水9％～12％；
矿物掺合料3％～5％；
超级塑化剂0.1％～0.6％；
触变剂0.1％～0.4％；
早强剂2％～4％；
纤维0.03％～0.08％；
纤维素醚0.02％～0.05％；
微生物菌液5％～7％。
可选的，所述的微生物菌液为巴氏芽孢杆菌菌液，巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为0.9～1.4。
可选的，所述的微生物菌液由巴氏芽孢杆菌菌液和含尿素的营养液组成；
巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为0.9～1.4，将巴氏芽孢杆菌菌液在低温-4～0℃放置12h后与含40～80g/L的尿素营养液混合得到微生物菌液。
可选的，将巴氏芽孢杆菌菌液与含尿素的营养液以质量比1：2混合获得微生物菌液。
可选的，巴氏芽孢杆菌菌液的菌体浓度为2×109～2.4×109cfu/mL。
可选的，所用原料的质量要求如下：
水泥为PO 42.5级普通硅酸盐水泥；
粗骨料为粒径5～15mm连续级配碎石料，表观密度2500～2660kg/m3，压碎指标为17.0％～17.4％；
细骨料为平均粒径为0.23～0.50mm的石英砂，细度模数为2.6～2.9；
矿物掺合料主要由以下重量百分比的原料组成：硅灰；20～40％，粉煤灰；30～50％以及矿粉10～20％；其中，硅灰中二氧化硅≥90％；粉煤灰为Ⅰ级灰；矿粉为S95级，其细度≥800目；
超级塑化剂为聚羧酸高效减水剂，固体含量为10～50％，减水率为15％，沁水率为90％；
触变剂为水洗高岭土，其中蒙脱石含量≥60％；
早强剂为和以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成的硫铝酸盐水泥；
纤维为钢纤维，直径为0.3mm，长度为12mm，长径比为40，抗拉强度为2850MPa；
纤维素醚为白色纤维状的羟丙基甲基纤维素醚，视密度0.25～0.70g/cm3，比重1.26～1.31。
一种3D打印用微生物自修复混凝土的制备方法，所述的3D打印用微生物自修复混凝土为本发明所述的3D打印用微生物自修复混凝土；
步骤1：将所有组分按配合比称重后，水泥、粗骨料、细骨料和早强剂混合2min，再加入纤维、纤维素醚和触变剂混合3min，最后加入矿物掺合料混合3min，得到混合干料；
步骤2：按照水胶比为0.35掺加水并混合搅拌1min，得到混合浆料，最后在15s内匀速加入微生物菌液，以胶凝材料含量为基准，微生物菌液的体积掺量为30％～60％，搅拌得到微生物自修复混凝土拌合物。
一种3D打印用微生物自修复混凝土的制备方法，按重量份数计算，水泥233份、粒径12mm的碎石料325份、粒径0.5mm的石英砂182份、硫铝酸盐水泥30份加入搅拌机中混合2min，加入纤维0.6份、纤维素醚0.4份和水洗高岭土4份混合3min，最后加入粉煤灰25份、硅灰15份、矿粉10份混合3min得到混合干料；
将100份水和5份聚羧酸系减水剂加入搅拌机混合搅拌2min，得到混合浆料，最后在15s内匀速加入微生物菌液70份，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min。
一种3D打印工艺，所述的3D打印工艺用于打印本发明所述的3D打印用微生物自修复混凝土；
打印参数包括；喷嘴移动速度为120～140mm/s，挤出速度为150～200r/min，喷嘴高度为20～30mm，层间打印时间间隔为15～60s。
可选的，所述的3D打印机为桁架式3D打印机，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度12～18mm；打印试件尺寸设置为600mm×200mm×198mm。
上述技术方案体现本发明的优点有：
本发明针对3D打印粗骨料混凝土材料特性和打印工艺带来的初始孔隙和裂缝较多的现象，从混凝土配方的角度进行优化，加入芽孢杆菌微生物，利用其矿化反应生成的碳酸钙沉淀修复其初始孔隙和裂缝，有效地减小了3D打印粗骨料混凝土外表面裂缝宽度，显著提高了3D打印粗骨料混凝土的力学性能和耐久性，同时使得3D打印粗骨料混凝土外表面更加美观。芽孢杆菌原料来源丰富，3D打印微生物混凝土制备工艺流程简洁，以上优势均促进了3D打印微生物自修复粗骨料混凝土的应用推广。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，结合下面的具体实施方式用于解释本发明的技术方案，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为3D打印微生物自修复混凝土平面示意图；
图2为不同实施例3D微生物自修复混凝土XOY面修复前后裂缝形态、平均修复宽度对比图；
图3(a)为最优实施例一中3D微生物自修复混凝土0d和30d的10000倍下裂缝修复效果电镜图，图3(b)、(c)为实施例五和对比例四中3D微生物自修复混凝土0d和30d的10000倍下裂缝修复效果电镜图；
图4为不同实施例3D打印微生物自修复混凝土Fx加载方向0d至90d抗压强度。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案、创作特征和达到效果更加详细明了、通俗易懂，以下结合说明说明附图和具体实施例对该发明的技术方案做进一步地说明，显然以下所列举实例只属于发明内容的一部分较佳实施例，并不能代表本发明的全部实施例。在本发明的技术方案和技术特征的基础上进行的简单变形和有限创造，均应属于本发明保护范围内。
本发明的3D打印微生物自修复粗骨料混凝土材料，混凝土材料按照质量百分比计，该混凝土材料包含如下表1组分且各组分含量为：
表1 3D打印微生物自修复粗骨料混凝土材料组分及组分含量
Figure BDA0003631766490000041
Figure BDA0003631766490000051
水泥为PO 42.5级普通硅酸盐水泥。
粗骨料为粒径5～15mm连续级配碎石料，表观密度2500～2660kg/m3，压碎指标为17.0％～17.4％。
细骨料为平均粒径为0.23～0.50mm的石英砂，细度模数为2.6～2.9。
水为PH为7.6的普通自来水。
矿物掺合料主要由以下重量百分比的原料组成：硅灰(SF)20～40％，粉煤灰(FA)30～50％以及矿粉10～20％；其中，硅灰中二氧化硅≥90％；粉煤灰为Ⅰ级灰；矿粉为S95级，其细度≥800目。
超级塑化剂为聚羧酸高效减水剂，固体含量为10～50％，减水率为15％，沁水率为90％。
触变剂为水洗高岭土，其中蒙脱石含量≥60％。
早强剂为和以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成的硫铝酸盐水泥。
纤维为钢纤维，直径为0.3mm，长度为12mm，长径比为40，抗拉强度为2850MPa。
纤维素醚为白色纤维状的羟丙基甲基纤维素醚，视密度0.25～0.70g/cm3，比重1.26～1.31。
微生物菌液由巴氏芽孢杆菌菌液和含尿素的营养液组成，其中巴氏芽孢杆菌菌液购买自陕西省微生物研究所，巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为0.9～1.4，菌体浓度为2×109～2.4×109cfu/mL，将巴氏芽孢杆菌菌液在低温-4～0℃放置12小时后与含40～80g/L尿素的营养液混合得到微生物菌液。
含尿素的营养液是将尿素加入水中，保持尿素的浓度在40～80g/L之间，可以设置为60g/L。
具体培养过程：
制作巴氏芽孢杆菌培养基，巴氏芽孢杆菌培养基组成：酪蛋白胨12克、大豆蛋白胨8克、氯化钠10克、琼脂25克、蒸馏水0.3升、pH环境保持在7.6。
菌种活化过程：
接种前用洗手液将双手洗净并用酒精消毒。为避免接种过程中引入杂菌，全部接种过程均在酒精灯火附近(无菌区)完成。采用4.5mol/L浓度的NaOH溶液将培养液pH值调至7.2～7.8。将培养液装入250mL容量的锥形瓶，每个锥形瓶中装有100mL培养液；将加有琼脂的培养液(即固体培养基)在凝固前均匀倒入平板至平板底部充满。采用移液枪将巴氏芽抱杆菌接种至含有培养液的锥形瓶中，同时用接种环在平板固体培养基中划线，接种过程均在酒精灯下风口进行，接种完成后将培养基分装标记。将接种完的液体培养基放入摇床，在温度28℃、转速120rpm的条件下培养24h；固体培养基放入摇床28℃静止培养30h发现有明显菌落生长，说明菌种活化培养完成。将活化后的菌种放入2℃冰箱冷藏保存备用。
混凝土制作前3-5天，将活化后的菌种放入装有培养液的玻璃瓶中，在常温下静置，待菌种繁殖4小时后，将玻璃瓶内液体分成2份，每份继续添加培养液，保持菌种继续繁殖，每隔4小时，繁殖一批。使用时的巴氏芽孢杆菌菌液浓度采用分光光度计来检测波长600nm时的吸光度，当OD值约为1.2即可使用。在搅拌混凝土时，将巴氏芽孢杆菌菌液与含尿素的营养液以质量比1：2混合获得微生物菌液。以下实验中的微生物菌液均是采用该方式制作。
还可以采取以下技术方案进一步实现本发明目的和解决其技术问题：
本发明的3D打印微生物自修复粗骨料混凝土拌合物制备方法，制备步骤包括：
步骤1：将所有组分按上述配合比称重后放置一边。在搅拌机中加入水泥、粗骨料、细骨料和早强剂混合2min，再加入纤维、纤维素醚和触变剂混合3min，最后加入粉煤灰(FA)、硅灰(SF)和矿粉混合3min，得到混合干料；
步骤2：按照水胶比为0.35掺加水并混合搅拌1min，得到混合浆料，最后在15s内匀速加入微生物菌液，以胶凝材料含量为基准，微生物菌液的体积掺量为30～60％，即掺加质量百分比占5％～7％，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min；
本发明的3D打印微生物自修复粗骨料混凝土的3D打印工艺参数最优区间，3D打印工艺参数最优区间范围为：
步骤3：将上述微生物自修复混凝土拌合物放入3D打印机进行3D打印，本发明采用的3D打印机为桁架式3D打印机，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度12～18mm。设置打印设备打印参数如喷嘴移动速度为120～140mm/s，挤出速度为150～200r/min，喷嘴高度为20～30mm，层间打印时间间隔为15～60s。打印试件尺寸设置为600mm×200mm×198mm。
本实施例以芽孢杆菌的掺量和3D打印机的挤出速度为变量，按重量份数算，实施例1、实施例2和实施例3分别掺加芽孢杆菌50、60和70份，实施例1和实施例4分别将3D打印机挤出速度设置为180r/min和150r/min。实施例1和实施例5分别将3D打印机打印高度设置为20mm和30mm。下述实施例中，PO 42.5级硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥采购于郑州市建文特材科技有限公司，粗骨料由陕西建鑫环保科技有限公司提供，巴氏芽孢杆菌(拉丁学名Bacillus pasteurii)属革兰氏阳性菌，是一种土壤中富含的高产脉酶嗜碱性细菌，并且在酸碱、高盐度等恶劣环境都能保持较强的生物活性，购自陕西省微生物研究所，其他原料均为从市场上直接购买得到。如未特别说明，本发明采用的额设备均为本领域常用设备。
实施例一：(最佳配合比：70份、180r/min)
(1)按重量份数计算，将强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥233份、粒径12mm的碎石325份、粒径0.5mm的石英砂182份、硫铝酸盐水泥30份加入搅拌机中混合2min，加入PVA纤维0.6份、纤维素醚0.4份和水洗高岭土4份混合3min，最后加入粉煤灰(FA)25份、硅灰(SF)15份、矿粉10份混合3min得到混合干料。
(2)将100份水和5份聚羧酸系减水剂加入搅拌机混合搅拌2min，得到混合浆料。最后在15s内匀速加入微生物菌液70份，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min。
(3)将微生物自修复混凝土拌合物放入3D打印机进行3D打印，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度18mm。设置打印设备打印参数喷嘴移动速度为120mm/s，挤出速度为180r/min，喷嘴高度为20mm，层间打印时间间隔为30s，打印得到试件尺寸为600mm×200mm×198mm的微生物自修复3D打印混凝土。待试件硬化后，通过150x裂缝观测仪测量打印试件外表面的裂缝宽度，以试件外表面裂缝宽度为0mm作为芽孢杆菌修复完成的基准，记录芽孢杆菌修复裂缝的时间，利用SEM电镜对0d和90d后的打印试件进行微观结构表征，对0d和90d后的打印试件开展抗压强度测试，试验结果见表1。
打印试件三维形状如图1所示，因XOY面观测面积较大且表观裂缝不受打印条重力挤压的影响，故选择XOY面作为裂缝形态和宽度的观测面。
图2显示最优实施例一的裂缝分布分散，裂缝最大宽度达到0.30mm，经过90d芽孢杆菌自修复后，裂缝宽度下降为0mm，甚至出现产物从裂缝修复处溢出现象。结果表明，70份掺量的芽孢杆菌对3D打印混凝土的微裂缝具有最优异的修复效果。
图3(a)中显示在扫描电镜观察下最优实施例一的裂缝修复效果，由于合理的材料的配比和3D打印机工艺参数以及两者之间的兼容协调，最优实施例一的初始微裂缝宽度较小，且因70份的芽孢杆菌掺量使修复效果最好，砂浆与砂浆之间的裂缝由芽孢杆菌呼吸作用产生的碳酸钙填充黏结，砂浆基体达到了密实的效果。
图4展现了不同实施例和对比例3D打印微生物混凝土抗压强度随着龄期的变化过程，最优实施例一初始抗压强度51MPa，高于其他组，在60d之前，抗压强度增长速度最快，60d后，因为混凝土基体已达到密实状态，抗压强度增长缓慢。最优实施例一的最终抗压强度为60MPa，高于其他组。证明芽孢杆菌的修复能力对抗压强度具有显著的提升效果。
实施例二：(因为微生物掺量较少导致自修复的速度变慢：60份)
(1)按重量份数计算，将强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥243份、粒径12mm的碎石325份、粒径0.5mm的石英砂182份、硫铝酸盐水泥30份加入搅拌机中混合2min，加入PVA纤维0.6份、纤维素醚0.4份和水洗高岭土4份混合3min，最后加入粉煤灰(FA)25份、硅灰(SF)15份、矿粉10份混合3min得到混合干料。
(2)将100份水和5份聚羧酸系减水剂加入搅拌机混合搅拌2min，得到混合浆料。最后在15s内匀速加入微生物菌液70份，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min。
(3)将微生物自修复混凝土拌合物放入3D打印机进行3D打印，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度18mm。设置打印设备打印参数喷嘴移动速度为120mm/s，挤出速度为180r/min，喷嘴高度为20mm，层间打印时间间隔为30s，打印得到试件尺寸为600mm×200mm×198mm的微生物自修复3D打印混凝土。待试件硬化后，通过150x裂缝观测仪测量打印试件外表面的裂缝宽度，以试件外表面裂缝宽度为0mm作为芽孢杆菌修复完成的基准，记录芽孢杆菌修复裂缝的时间，利用SEM电镜对0d和90d后的打印试件进行微观结构表征，对0d和90d后的打印试件开展抗压强度测试，试验结果见表1。
打印试件三维形状如图1所示，因XOY面观测面积较大且表观裂缝不受打印条重力挤压的影响，故选择XOY面作为裂缝形态和宽度的观测面。
实施例三：(因为微生物掺量较少导致自修复的速度变慢：50份)
(1)按重量份数计算，将强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥243份、粒径12mm的碎石335份、粒径0.5mm的石英砂182份、硫铝酸盐水泥30份加入搅拌机中混合2min，加入PVA纤维0.6份、纤维素醚0.4份和水洗高岭土4份混合3min，最后加入粉煤灰(FA)25份、硅灰(SF)15份、矿粉10份混合3min得到混合干料。
(2)将100份水和5份聚羧酸系减水剂加入搅拌机混合搅拌2min，得到混合浆料。最后在15s内匀速加入微生物菌液70份，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min。
(3)将微生物自修复混凝土拌合物放入3D打印机进行3D打印，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度18mm。设置打印设备打印参数喷嘴移动速度为120mm/s，挤出速度为180r/min，喷嘴高度为20mm，层间打印时间间隔为30s，打印得到试件尺寸为600mm×200mm×198mm的微生物自修复3D打印混凝土。待试件硬化后，通过150x裂缝观测仪测量打印试件外表面的裂缝宽度，以试件外表面裂缝宽度为0mm作为芽孢杆菌修复完成的基准，记录芽孢杆菌修复裂缝的时间，利用SEM电镜对0d和90d后的打印试件进行微观结构表征，对0d和90d后的打印试件开展抗压强度测试，试验结果见表1。
打印试件三维形状如图1所示，因XOY面观测面积较大且表观裂缝不受打印条重力挤压的影响，故选择XOY面作为裂缝形态和宽度的观测面。
图2显示实施例三的裂缝分布分散，裂缝最大宽度达到0.32mm，经过90d芽孢杆菌自修复后，裂缝宽度下降为0mm。结果表明，与实施例一相比，50份掺量的芽孢杆菌对3D打印混凝土的微裂缝具有修复效果，但裂缝宽度修复时间有所下降。
图4展现了不同实施例和对比例3D打印微生物混凝土抗压强度随着龄期的变化过程，实施例三初始抗压强度49MPa，低于实施例一，90d内抗压强度增长速度先增大后减小，90d抗压强度达到59MPa。
实施例四：(较低的挤出速度：150r/min导致裂缝宽度稍大)
(1)按重量份数计算，将强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥233份、粒径12mm的碎石325份、粒径0.5mm的石英砂182份、硫铝酸盐水泥30份加入搅拌机中混合2min，加入PVA纤维0.6份、纤维素醚0.4份和水洗高岭土4份混合3min，最后加入粉煤灰(FA)25份、硅灰(SF)15份、矿粉10份混合3min得到混合干料。
(2)将100份水和5份聚羧酸系减水剂加入搅拌机混合搅拌2min，得到混合浆料。最后在15s内匀速加入微生物菌液70份，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min。
(3)将微生物自修复混凝土拌合物放入3D打印机进行3D打印，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度18mm。设置打印设备打印参数喷嘴移动速度为120mm/s，挤出速度为150r/min，喷嘴高度为20mm，层间打印时间间隔为30s，打印得到试件尺寸为600mm×200mm×198mm的微生物自修复3D打印混凝土。待试件硬化后，通过150x裂缝观测仪测量打印试件外表面的裂缝宽度，以试件外表面裂缝宽度为0mm作为芽孢杆菌修复完成的基准，记录芽孢杆菌修复裂缝的时间，利用SEM电镜对0d和90d后的打印试件进行微观结构表征，对0d和90d后的打印试件开展抗压强度测试，试验结果见表1。
打印试件三维形状如图1所示，因XOY面观测面积较大且表观裂缝不受打印条重力挤压的影响，故选择XOY面作为裂缝形态和宽度的观测面。
实施例五：(较高的打印高度：30mm导致裂缝宽度稍大)
(1)按重量份数计算，将强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥233份、粒径12mm的碎石325份、粒径0.5mm的石英砂182份、硫铝酸盐水泥30份加入搅拌机中混合2min，加入PVA纤维0.6份、纤维素醚0.4份和水洗高岭土4份混合3min，最后加入粉煤灰(FA)25份、硅灰(SF)15份、矿粉10份混合3min得到混合干料。
(2)将100份水和5聚羧酸系减水剂份加入搅拌机混合搅拌2min，得到混合浆料。最后在15s内匀速加入微生物菌液70份，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min。
(3)将微生物自修复混凝土拌合物放入3D打印机进行3D打印，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度18mm。设置打印设备打印参数喷嘴移动速度为120mm/s，挤出速度为180r/min，喷嘴高度为30mm，层间打印时间间隔为30s，打印得到试件尺寸为600mm×200mm×198mm的微生物自修复3D打印混凝土。待试件硬化后，通过150x裂缝观测仪测量打印试件外表面的裂缝宽度，以试件外表面裂缝宽度为0mm作为芽孢杆菌修复完成的基准，记录芽孢杆菌修复裂缝的时间，利用SEM电镜对0d和90d后的打印试件进行微观结构表征，对0d和90d后的打印试件开展抗压强度测试，试验结果见表1。
打印试件三维形状如图1所示，因XOY面观测面积较大且表观裂缝不受打印条重力挤压的影响，故选择XOY面作为裂缝形态和宽度的观测面。
图2显示实施例五的裂缝分布集中，裂缝最大宽度达到0.45mm，经过90d芽孢杆菌自修复后，大部分裂缝宽度降低为0mm，裂缝愈合。但因为初始裂缝较宽，仍有较少的细微裂缝分布在试件边界、打印条内部和条间。结果表明，与实施例一相比，较大的打印高度增大了初始裂缝的宽度，且随着初始裂缝宽度的增大，芽孢杆菌的修复效果下降。
图3(b)中显示在扫描电镜观察下实施例五的裂缝修复效果，由于打印高度的增加，实施例五的初始微裂缝宽度较大，在经过70份掺量的芽孢杆菌呼吸作用产生的碳酸钙填充黏结于砂浆与砂浆之间的裂缝后，裂缝宽度减小。但因初始裂缝宽度过大，砂浆与砂浆之间无法达到紧密结合的修复效果。结果表明，初始裂缝宽度会对芽孢杆菌修复效果产生重要影响。
图4展现了不同实施例和对比例3D打印微生物混凝土抗压强度随着龄期的变化过程，因为打印高度较大造成裂缝宽度较宽，实施例五初始抗压强度41MPa，低于实施例一，90d内抗压强度平稳增长，增长速度小于实施例一，90d抗压强度达到45MPa。
实施例六：(只有普通混凝土的配方，粘聚性差，可建造性低，无法进行3D打印)
(1)按重量份数计算，将强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥323份、粒径12mm的碎石325份、粒径0.5mm的石英砂182份加入搅拌机中混合3min得到混合干料。
(2)将100份水加入搅拌机混合搅拌2min，得到混合浆料。最后在15s内匀速加入微生物菌液70份，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min。
(3)将微生物自修复混凝土拌合物放入3D打印机进行3D打印，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度18mm。设置打印设备打印参数喷嘴移动速度为120mm/s，挤出速度为180r/min，喷嘴高度为30mm，层间打印时间间隔为30s，打印得到试件尺寸为600mm×200mm×198mm的微生物自修复3D打印混凝土。试验结果表明，此配合比下的微生物自修复混凝土拌合物粘聚性差，静态屈服应力过低，无法进行3D打印。
对比例一：(只掺加少量微生物：10份)
本对比例的3D打印自修复混凝土跟实施例一的区别是芽孢杆菌的掺量极低。
(1)按重量份数计算，将强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥243份、粒径12mm的碎石345份、粒径0.5mm的石英砂202份、硫铝酸盐水泥40份加入搅拌机中混合2min，加入PVA纤维0.6份、纤维素醚0.4份和水洗高岭土4份混合3min，最后加入粉煤灰(FA)25份、硅灰(SF)15份、矿粉10份混合3min得到混合干料。
(2)将100份水和5份聚羧酸系减水剂加入搅拌机混合搅拌2min，得到混合浆料。最后在15s内匀速加入微生物菌液10份，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min。
(3)将微生物自修复混凝土拌合物放入3D打印机进行3D打印，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度18mm。设置打印设备打印参数喷嘴移动速度为120mm/s，挤出速度为180r/min，喷嘴高度为20mm，层间打印时间间隔为30s，打印得到试件尺寸为600mm×200mm×198mm的微生物自修复3D打印混凝土。待试件硬化后，通过150x裂缝观测仪测量打印试件外表面的裂缝宽度，以试件外表面裂缝宽度为0mm作为芽孢杆菌修复完成的基准，记录芽孢杆菌修复裂缝的时间，利用SEM电镜对0d和90d后的打印试件进行微观结构表征，对0d和90d后的打印试件开展抗压强度测试，试验结果见表1。
打印试件三维形状如图1所示，因XOY面观测面积较大且表观裂缝不受打印条重力挤压的影响，故选择XOY面作为裂缝形态和宽度的观测面。
图2显示对比例一的裂缝分布分散，裂缝最大宽度达到0.29mm，但由于芽孢杆菌掺量过少，经过90d芽孢杆菌自修复后，裂缝宽度并无明显降低。
对比例二：(微生物掺量过多：120份，导致混凝土抗压强度下降)
本对比例的3D打印自修复混凝土跟实施例一的区别是芽孢杆菌的掺量极高。
(1)按重量份数计算，将强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥223份、粒径12mm的碎石315份、粒径0.5mm的石英砂172份、硫铝酸盐水泥30份加入搅拌机中混合2min，加入PVA纤维0.6份、纤维素醚0.4份和水洗高岭土4份混合3min，最后加入粉煤灰(FA)20份、硅灰(SF)10份、矿粉10份混合3min得到混合干料。
(2)将90份水和5份聚羧酸系减水剂加入搅拌机混合搅拌2min，得到混合浆料。最后在15s内匀速加入微生物菌液120份，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min。
(3)将微生物自修复混凝土拌合物放入3D打印机进行3D打印，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度18mm。设置打印设备打印参数喷嘴移动速度为120mm/s，挤出速度为180r/min，喷嘴高度为20mm，层间打印时间间隔为30s，打印得到试件尺寸为600mm×200mm×198mm的微生物自修复3D打印混凝土。待试件硬化后，通过150x裂缝观测仪测量打印试件外表面的裂缝宽度，以试件外表面裂缝宽度为0mm作为芽孢杆菌修复完成的基准，记录芽孢杆菌修复裂缝的时间，利用SEM电镜对0d和90d后的打印试件进行微观结构表征，对0d和90d后的打印试件开展抗压强度测试，试验结果见表1。
打印试件三维形状如图1所示，因XOY面观测面积较大且表观裂缝不受打印条重力挤压的影响，故选择XOY面作为裂缝形态和宽度的观测面。
图4展现了不同实施例和对比例3D打印微生物混凝土抗压强度随着龄期的变化过程，因为微生物菌液掺量过多，混凝土水胶比增大，造成抗压强度降低。对比例二初始抗压强度42MPa，低于实施例一，90d内抗压强度平稳增长，增长速度小于实施例一，90d抗压强度达到48MPa。
对比例三：(将挤出速度设置过低：100r/min，导致外部裂缝开展过大)
本对比例的3D打印自修复混凝土跟实施例一的区别是3D打印机挤出速度低。
(1)按重量份数计算，将强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥233份、粒径12mm的碎石325份、粒径0.5mm的石英砂182份、硫铝酸盐水泥30份加入搅拌机中混合2min，加入PVA纤维0.6份、纤维素醚0.4份和水洗高岭土4份混合3min，最后加入粉煤灰(FA)25份、硅灰(SF)15份、矿粉10份混合3min得到混合干料。
(2)将100份水和5份聚羧酸系减水剂加入搅拌机混合搅拌2min，得到混合浆料。最后在15s内匀速加入微生物菌液70份，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min。
(3)将微生物自修复混凝土拌合物放入3D打印机进行3D打印，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度18mm。设置打印设备打印参数喷嘴移动速度为120mm/s，挤出速度为100r/min，喷嘴高度为20mm，层间打印时间间隔为30s，打印得到试件尺寸为600mm×200mm×198mm的微生物自修复3D打印混凝土。待试件硬化后，通过150x裂缝观测仪测量打印试件外表面的裂缝宽度，以试件外表面裂缝宽度为0mm作为芽孢杆菌修复完成的基准，记录芽孢杆菌修复裂缝的时间，利用SEM电镜对0d和90d后的打印试件进行微观结构表征，对0d和90d后的打印试件开展抗压强度测试，试验结果见表1。
打印试件三维形状如图1所示，因XOY面观测面积较大且表观裂缝不受打印条重力挤压的影响，故选择XOY面作为裂缝形态和宽度的观测面。
图4展现了不同实施例和对比例3D打印微生物混凝土抗压强度随着龄期的变化过程，因为3D打印机挤出速度设置过慢，打印条裂缝开展较宽，造成抗压强度降低。对比例三初始抗压强度39MPa，低于实施例一，90d内抗压强度平稳增长，增长速度小于实施例一，90d抗压强度达到44MPa。
对比例四：(将打印高度设置过大：40mm，导致外部裂缝开展过大，微生物无法修复)
本对比例的3D打印自修复混凝土跟实施例一的区别是3D打印机打印高度较大。
(1)按重量份数计算，将强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥233份、粒径12mm的碎石325份、粒径0.5mm的石英砂182份、硫铝酸盐水泥30份加入搅拌机中混合2min，加入PVA纤维0.6份、纤维素醚0.4份和水洗高岭土4份混合3min，最后加入粉煤灰(FA)25份、硅灰(SF)15份、矿粉10份混合3min得到混合干料。
(2)将100份水和5份聚羧酸系减水剂加入搅拌机混合搅拌2min，得到混合浆料。最后在15s内匀速加入微生物菌液70份，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min。
(3)将微生物自修复混凝土拌合物放入3D打印机进行3D打印，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度18mm。设置打印设备打印参数喷嘴移动速度为120mm/s，挤出速度为180r/min，喷嘴高度为40mm，层间打印时间间隔为30s，打印得到试件尺寸为600mm×200mm×198mm的微生物自修复3D打印混凝土。待试件硬化后，通过150x裂缝观测仪测量打印试件外表面的裂缝宽度，以试件外表面裂缝宽度为0mm作为芽孢杆菌修复完成的基准，记录芽孢杆菌修复裂缝的时间，利用SEM电镜对0d和90d后的打印试件进行微观结构表征，对0d和90d后的打印试件开展抗压强度测试，试验结果见表1。
打印试件三维形状如图1所示，因XOY面观测面积较大且表观裂缝不受打印条重力挤压的影响，故选择XOY面作为裂缝形态和宽度的观测面。
图2显示对比例四的裂缝分布集中，裂缝最大宽度达到0.78mm，经过90d芽孢杆菌自修复后，裂缝宽度有所降低，但最大裂缝宽度仍有0.35mm，结果表明，与实施例一相比，过大的打印高度极大增加了初始裂缝的宽度，当裂缝宽度大于0.5mm后，芽孢杆菌无法完全愈合裂缝，且随裂缝宽度的增加修复效果下降。
图3(c)中显示在扫描电镜观察对比例四的裂缝修复效果，由于打印高度的增加，对比例四的初始微裂缝宽度过大，在经过70份掺量的芽孢杆菌呼吸作用产生的碳酸钙填充黏结于砂浆与砂浆之间的裂缝后，裂缝宽度减小。但因初始裂缝宽度过大，砂浆与砂浆之间仍有一定宽度的裂缝。结果表明，初始裂缝宽度会对芽孢杆菌修复效果产生重要影响。
图4展现了不同实施例和对比例3D打印微生物混凝土抗压强度随着龄期的变化过程，因为打印高度过大造成裂缝宽度过宽，造成试件抗压强度急剧下降。对比例四初始抗压强度20MPa，远低于实施例一，90d内抗压强度平稳增长，增长速度小于实施例一，90d抗压强度达到22MPa。证明3D打印工艺参数的合理设置对芽孢杆菌的修复效果有重要影响。
对比例五：(喷嘴移动速度过快：150mm/s，导致外部裂缝开展过大，微生物无法修复)
本对比例的3D打印自修复混凝土跟实施例一的区别是3D打印机喷嘴移动速度过快。
(1)按重量份数计算，将强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥233份、粒径12mm的碎石325份、粒径0.5mm的石英砂182份、硫铝酸盐水泥30份加入搅拌机中混合2min，加入PVA纤维0.6份、纤维素醚0.4份和水洗高岭土4份混合3min，最后加入粉煤灰(FA)25份、硅灰(SF)15份、矿粉10份混合3min得到混合干料。
(2)将100份水和5份聚羧酸系减水剂加入搅拌机混合搅拌2min，得到混合浆料。最后在15s内匀速加入微生物菌液70份，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min。
(3)将微生物自修复混凝土拌合物放入3D打印机进行3D打印，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度18mm。设置打印设备打印参数喷嘴移动速度为150mm/s，挤出速度为180r/min，喷嘴高度为20mm，层间打印时间间隔为30s，打印得到试件尺寸为600mm×200mm×198mm的微生物自修复3D打印混凝土。待试件硬化后，通过150x裂缝观测仪测量打印试件外表面的裂缝宽度，以试件外表面裂缝宽度为0mm作为芽孢杆菌修复完成的基准，记录芽孢杆菌修复裂缝的时间，利用SEM电镜对0d和90d后的打印试件进行微观结构表征，对0d和90d后的打印试件开展抗压强度测试，试验结果见表1。
打印试件三维形状如图1所示，因XOY面观测面积较大且表观裂缝不受打印条重力挤压的影响，故选择XOY面作为裂缝形态和宽度的观测面。
图2显示对比例五的裂缝分布集中，裂缝最大宽度达到0.65mm，经过90d芽孢杆菌自修复后，裂缝宽度有所降低，但最大裂缝宽度仍有0.30mm，结果表明，与实施例一相比，过快的喷嘴移动速度极大增加了初始裂缝的宽度，当裂缝宽度大于0.5mm后，芽孢杆菌无法完全愈合裂缝，且随裂缝宽度的增加修复效果下降。
对比例六：(只有普通混凝土的配方，且水胶比过大，流动性大，无法进行3D打印)
(1)按重量份数计算，将强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥273份、粒径12mm的碎石325份、粒径0.5mm的石英砂182份加入搅拌机中混合3min得到混合干料。
(2)将150份水加入搅拌机混合搅拌2min，得到混合浆料。最后在15s内匀速加入微生物菌液70份，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min。
(3)将微生物自修复混凝土拌合物放入3D打印机进行3D打印，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度18mm。设置打印设备打印参数喷嘴移动速度为120mm/s，挤出速度为180r/min，喷嘴高度为30mm，层间打印时间间隔为30s，打印得到试件尺寸为600mm×200mm×198mm的微生物自修复3D打印混凝土。试验结果表明，此配合比下的微生物自修复混凝土拌合物流动性过大，无法进行3D打印。
表2 3D打印微生物自修复混凝土的裂缝宽度、修复时间和抗压强度测定结果
Figure BDA0003631766490000171
由表2结果可知，本发明基于掺入以芽孢杆菌为主要成分制备的微生物菌液的3D打印自修复粗骨料混凝土在自动修复裂缝宽度、修复时间和力学性能提高方面均具有优异的性能。最优实施例一对比于实施例二和三，展现了高浓度的芽孢杆菌可以缩短外表面裂缝修复时间。最优实施例一对比于实施例四和五，表征3D打印工艺参数对外表面裂缝宽度和微生物裂缝修复效果的影响。对比实施例一中芽孢杆菌掺量极少，裂缝修复时间过长，抗压强度的提升有限。对比实施例二中芽孢杆菌掺量极高，修复时间大大缩短，但因替换胶凝材料过多使得水胶比增大，造成抗压强度降低。与对比实施例三、四、五相比，因打印参数极大偏离适宜的打印区间，导致混凝土开裂严重，裂缝宽度过大。实施例六与对比例六采用素混凝土配合比表征3D打印混凝土微生物修复效果，但因屈服应力过低或流动性过大造成混凝土拌合物无法进行3D打印，证明配合比中的各种外加剂和掺合料对3D打印混凝土的工作性能的优化和调控有着至关重要的作用，是3D打印混凝土能否成功打印的关键影响因素。实验结果表明，芽孢杆菌菌液对小于0.5mm的裂缝具有良好的修复效果，而对大于0.5mm的过宽裂缝修复能力有限，证明芽孢杆菌的修复效果与3D打印机工艺参数紧密相关。由最优实施例一可见，本发明基于芽孢杆菌的3D打印自修复混凝土具有优异的裂缝修复能力，证明了芽孢杆菌修复效果对3D打印粗骨料混凝土的外表面平整美观、力学性能和耐久性能提高具有积极影响。
以上结合附图选择优先详细论述最佳实施例，并不用于限制本发明。在上述描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任意合适的形式进行组合，本发明不在一一赘述。任何本领域技术人员在不脱离技术方案范围内的前提下采取对技术方案进行任意组合或同等替换等简单修改或修饰的手段，并不影响其技术方案的本质仍属于本发明的各实施例代表的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印用微生物自修复混凝土，其特征在于，由以下原料按质量百分含量组成混凝土：
水泥15％～25％；
粗骨料25％～35；
细骨料15％～25％；
水9％～12％；
矿物掺合料3％～5％；
超级塑化剂0.1％～0.6％；
触变剂0.1％～0.4％；
早强剂2％～4％；
纤维0.03％～0.08％；
纤维素醚0.02％～0.05％；
微生物菌液5％～7％。
2.根据权利要求1所述的3D打印用微生物自修复混凝土，其特征在于，所述的微生物菌液为巴氏芽孢杆菌菌液，巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为0.9～1.4。
3.根据权利要求1或2所述的3D打印用微生物自修复混凝土，其特征在于，所述的微生物菌液由巴氏芽孢杆菌菌液和含尿素的营养液组成；
巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为0.9～1.4，将巴氏芽孢杆菌菌液在低温-4～0℃放置12h后与含40～80g/L的尿素营养液混合得到微生物菌液。
4.根据权利要求3所述的3D打印用微生物自修复混凝土，其特征在于，将巴氏芽孢杆菌菌液与含尿素的营养液以质量比1：2混合获得微生物菌液。
5.根据权利要求3所述的3D打印用微生物自修复混凝土，其特征在于，巴氏芽孢杆菌菌液的菌体浓度为2×109～2.4×109cfu/mL。
6.根据权利要求1或2所述的3D打印用微生物自修复混凝土，其特征在于，所用原料的质量要求如下：
水泥为PO 42.5级普通硅酸盐水泥；
粗骨料为粒径5～15mm连续级配碎石料，表观密度2500～2660kg/m3，压碎指标为17.0％～17.4％；
细骨料为平均粒径为0.23～0.50mm的石英砂，细度模数为2.6～2.9；
矿物掺合料主要由以下重量百分比的原料组成：硅灰；20～40％，粉煤灰；30～50％以及矿粉10～20％；其中，硅灰中二氧化硅≥90％；粉煤灰为Ⅰ级灰；矿粉为S95级，其细度≥800目；
超级塑化剂为聚羧酸高效减水剂，固体含量为10～50％，减水率为15％，沁水率为90％；
触变剂为水洗高岭土，其中蒙脱石含量≥60％；
早强剂为和以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成的硫铝酸盐水泥；
纤维为钢纤维，直径为0.3mm，长度为12mm，长径比为40，抗拉强度为2850MPa；
纤维素醚为白色纤维状的羟丙基甲基纤维素醚，视密度0.25～0.70g/cm3，比重1.26～1.31。
7.一种3D打印用微生物自修复混凝土的制备方法，其特征在于，所述的3D打印用微生物自修复混凝土为权利要求1-6任一所述的3D打印用微生物自修复混凝土；
步骤1：将所有组分按配合比称重后，水泥、粗骨料、细骨料和早强剂混合2min，再加入纤维、纤维素醚和触变剂混合3min，最后加入矿物掺合料混合3min，得到混合干料；
步骤2：按照水胶比为0.35掺加水并混合搅拌1min，得到混合浆料，最后在15s内匀速加入微生物菌液，以胶凝材料含量为基准，微生物菌液的体积掺量为30％～60％，搅拌得到微生物自修复混凝土拌合物。
8.一种3D打印用微生物自修复混凝土的制备方法，其特征在于，按重量份数计算，水泥233份、粒径12mm的碎石料325份、粒径0.5mm的石英砂182份、硫铝酸盐水泥30份加入搅拌机中混合2min，加入纤维0.6份、纤维素醚0.4份和水洗高岭土4份混合3min，最后加入粉煤灰25份、硅灰15份、矿粉10份混合3min得到混合干料；
将100份水和5份聚羧酸系减水剂加入搅拌机混合搅拌2min，得到混合浆料，最后在15s内匀速加入微生物菌液70份，搅拌2min得到微生物自修复混凝土拌合物，搅拌机搅拌速度设置为170r/min。
9.一种3D打印工艺，其特征在于，所述的3D打印工艺用于打印权利要求1-6任一所述的3D打印用微生物自修复混凝土；
打印参数包括；喷嘴移动速度为120～140mm/s，挤出速度为150～200r/min，喷嘴高度为20～30mm，层间打印时间间隔为15～60s。
10.根据权利要求9所述的3D打印工艺，其特征在于，所述的3D打印机为桁架式3D打印机，喷头采用圆形喷头，直径为40mm，单层预设高度12～18mm；
打印试件尺寸设置为600mm×200mm×198mm。
CN202210492863.XA 2022-05-07 2022-05-07 一种3d打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺 Pending CN114890737A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210492863.XA CN114890737A (zh) 2022-05-07 2022-05-07 一种3d打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210492863.XA CN114890737A (zh) 2022-05-07 2022-05-07 一种3d打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114890737A true CN114890737A (zh) 2022-08-12

Family

ID=82721048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210492863.XA Pending CN114890737A (zh) 2022-05-07 2022-05-07 一种3d打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114890737A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115745512A (zh) * 2022-11-18 2023-03-07 河北工业大学 一种基于复合菌剂的3d打印自修复混凝土制备方法
CN116217167A (zh) * 2023-02-24 2023-06-06 兰州理工大学 一种3d打印机制砂混凝土材料及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104891891A (zh) * 2015-05-06 2015-09-09 同济大学 一种3d打印水泥基材料及其制备方法
CN106186974A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 南京理工大学 一种用于3d打印的绿色建筑材料及其打印方法
CN109626909A (zh) * 2019-01-14 2019-04-16 河南大学 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
CN111072326A (zh) * 2019-12-27 2020-04-28 南京理工大学 裂缝自修复混凝土及其制备与修复方法
CN114315288A (zh) * 2022-01-27 2022-04-12 中交第一公路勘察设计研究院有限公司 3d打印水泥基材料的制备方法和水泥基打印构件的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104891891A (zh) * 2015-05-06 2015-09-09 同济大学 一种3d打印水泥基材料及其制备方法
CN106186974A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 南京理工大学 一种用于3d打印的绿色建筑材料及其打印方法
CN109626909A (zh) * 2019-01-14 2019-04-16 河南大学 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
CN111072326A (zh) * 2019-12-27 2020-04-28 南京理工大学 裂缝自修复混凝土及其制备与修复方法
CN114315288A (zh) * 2022-01-27 2022-04-12 中交第一公路勘察设计研究院有限公司 3d打印水泥基材料的制备方法和水泥基打印构件的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
蒋正武: "《水泥基自修复材料 理论与方法》", 31 January 2018, 同济大学出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115745512A (zh) * 2022-11-18 2023-03-07 河北工业大学 一种基于复合菌剂的3d打印自修复混凝土制备方法
CN116217167A (zh) * 2023-02-24 2023-06-06 兰州理工大学 一种3d打印机制砂混凝土材料及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114890737A (zh) 一种3d打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺
CN110790552B (zh) 一种废弃砖再生超高韧性混合料及其制备方法和应用
CN113773018A (zh) 一种低收缩高抗裂超高性能混凝土及其制备方法
US7682448B2 (en) High compressive strength silica mortar and manufacturing method thereof
CN111606612B (zh) 碱激发胶凝材料及其使用方法
CN114656206B (zh) 一种纳米二氧化硅与玄武岩纤维协同增强的再生混凝土及其制备方法
CN110342875A (zh) 一种喷涂型超高性能装饰混凝土材料及其制备方法
CN109824323B (zh) 一种钢竹混合纤维再生保温混凝土及其制备方法
CN109095862A (zh) 一种高强韧性混凝土
CN113060997A (zh) 用于地铁疏散平台的rpc盖板及其制备方法
CN114956681A (zh) 一种高温养护的低碳高强度地聚物混凝土材料及其制备方法
KR100805912B1 (ko) 유리섬유 강화 슬래그(ｇｒｓ)를 이용한 친환경 인공암패널 및 그 제조방법.
CN113816664A (zh) 一种掺合钢渣粉的泡沫混凝土
CN113480257A (zh) 一种高抗折强度的超高性能混凝土及其制备方法
CN115321857A (zh) 一种缓凝型地聚物混凝土及其制备方法
CN113773022A (zh) 一种预制构件用白色清水饰面混凝土及其配制方法
CN111099851A (zh) 一种用于phc管桩的免压蒸掺合料及制备phc管桩的方法
CN111848048B (zh) 一种废弃碱渣再利用方法及其制备的碱渣自修复水泥基材料
CN110590295B (zh) 一种crtsⅲ型无砟轨道板蒸养混凝土及其制备方法
CN107628790A (zh) 一种装饰水泥
CN107500674A (zh) 一种环保型装饰水泥
CN115321924B (zh) 地下结构工程用耐久自密实填充混凝土材料
CN115124298B (zh) 一种利用废弃石粉制备的高强再生骨料混凝土及其制备方法
CN114835440B (zh) 固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料及其制备方法
CN114249567B (zh) 一种超高性能混凝土及其制备方法

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20220812