CN115246722A - 一种厌氧微生物自修复混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种厌氧微生物自修复混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种厌氧微生物自修复混凝土，包括质量百分比为：细菌修复剂0.07％‑0.10％；胶凝材料28.88％‑29.76％；强化剂0.66％‑0.79％；骨料62.74％‑63.81％；减水剂0.29％‑0.36％；水6.25％‑6.29％；本发明自修复混凝土配方中，采用了微胶囊技术作为载体携带微生物菌落和其自身反应所需的部分物质，制作混凝土，当混凝土开始出现裂缝时，微胶囊结构发生破坏释放，载体中载有的厌氧菌通过生成尿素酶，经浇筑混凝土内部的尿素水解后与混凝土中的Ca2+进行钙化反应，从而达到修补裂缝的效果；能够减少裂缝的产生，并使开始破坏后的混凝土能维持更长的使用时间，以及维护混凝土的整体性。

Description

一种厌氧微生物自修复混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土微裂缝填充技术，具体涉及一种厌氧微生物自修复混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土结构因为其耐久性强、结构可靠性高、价格低廉、原料充足等特点被广泛用于土木工程领域，自修复混凝土研究过程都是在有有氧环境，需氧菌的反应实现的，那么在极度缺氧的环境或者无氧环境，怎样实现混凝土裂缝的自修复呢。随着特殊结构和工程需要，建筑科学界纷纷将此作为研究关注的课题。试验发现，无氧或者极度缺氧的条件下，混凝土一旦发生破坏或细部机构损伤将很难被发现进而修复，目前缺乏对此行之有效的解决方法。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提出了一种厌氧微生物自修复混凝土及其制备方法，利用厌氧微生物进行自我的反应生成尿素酶，与混凝土中作为的强化剂和粘结剂尿素进行的炭化反应，能够实现无氧强风化条件下的混凝土自修复，避免混凝土因为结构破坏过快失去强度，较好的维护结构整体稳定性。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种厌氧微生物自修复混凝土，包括质量百分比为：
细菌修复剂0.07％-0.10％；
胶凝材料28.88％-29.76％；
强化剂0.66％-0.79％；
骨料62.74％-63.81％；
减水剂0.29％-0.36％；
水6.25％-6.29％。
所述细菌修复剂包括质量百分比为：厌氧细菌菌落60％-80％，营养物质10％-30％，芽孢萌发剂5％-15％。
所述胶凝材料中包括质量百分比为：水泥50％-52.5％，硅粉24％-26.5％，矿粉22.5％-25％。
所述骨料中包括质量百分比为：粗骨料70.48％-70.73％，细骨料29.27％-29.52％。
所述强化剂采用尿素强化剂，减水剂采用聚羧酸减水剂。
所述强化剂及细菌修复剂包裹于微胶囊内。
所述营养物质包括肉汤营养剂。
所述粗骨料采用粒径5-25mm的碎石，细骨料采用粒径0.25-0.5mm中砂。
一种厌氧微生物自修复混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1按质量百分比准备：细菌修复剂0.07％-0.10％；胶凝材料28.88％-29.76％；尿素强化剂0.66％-0.79％；骨料62.74％-63.81％；聚羧酸减水剂0.29％-0.36％；水6.25％-6.29％称取原料，其中，
细菌修复剂中厌氧细菌菌落、营养物质及芽孢萌发剂分别按质量百分比60％-80％，10％-30％，5％-15％；
胶凝材料中水泥、硅粉及矿粉分别按质量百分比50％-52.5％，24％-26.5％，22.5％-25％；
骨料中按质量百分比为：粗骨料70.48％-70.73％，细骨料29.27％-29.52％；
步骤2将称取的粗骨料与细骨料分别倒入搅拌机搅拌60-90s至混合均匀；
步骤3分别倒入称取的水泥、矿粉及硅粉，和步骤2中的骨料一起搅拌60-90s至混合均匀；
步骤4将称取好的水和聚羧酸减水剂掺在一起并搅拌均匀；
步骤5将称取好的强化剂和细菌修复剂混合均匀灌制于微胶囊内，将灌制的微胶囊搅入步骤3混合后的混凝土内，同时掺入步骤4搅拌均匀的混合物，搅拌机搅拌250-350s。
本发明的有益效果在于：
本发明利用了细菌修复剂反应得到尿素酶，通过尿素水解后得到的HCO3 -与混凝土中的Ca2+反应得到固体沉淀生成碳酸钙。
尿素水解反应式：NH2-CO-NH2+3H2O→3NH4 ++HCO3 -+OH-
本发明自修复混凝土配方中，采用了微胶囊技术作为载体携带微生物菌落和其自身反应所需的部分物质，当混凝土开始出现裂缝时，微胶囊结构发生破坏释放，载体中载有的厌氧菌通过生成尿素酶，经浇筑混凝土内部的尿素水解后与混凝土中的Ca2+进行钙化反应，从而达到修补裂缝的效果；能够减少裂缝的产生，并使开始破坏后的混凝土能维持更长的使用时间，以及维护混凝土的整体性。
此外，加入聚羧酸减水剂，将大幅度减少水的用量，在保持水泥流动性及用量不变的条件下，可减少拌合用水量，从而降低水灰比，适合火星混凝土等使用极限工况的需求。
本发明针对传统好氧菌自修复混凝土在极端缺氧或无氧工况下无法使用的情况，提出了新的思路，填补了自修复混凝土在极端缺氧或无氧工况下有效工作的研究的空白。
附图说明
图1是幽门螺杆菌产生脲酶的示意图。
图2是混凝土修复示意图。
图3是自修复原理图。
具体实施方式
以下对本发明进行进一步详细说明。但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
一种厌氧微生物自修复混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：实施例1
S1、称取细菌修复剂0.595kg，其中，菌落0.357kg、布氏肉汤营养剂0.178kg、芽孢萌发剂0.06kg；胶凝材料200.6kg，其中，水泥102kg、矿粉47.6kg、硅粉50.4kg；尿素强化剂4.96kg；骨料431kg，其中，粗骨料304.5kg、细骨料127.4kg。
S2、将304.5kg粗骨料与127.4kg细骨料混匀搅拌65s，得到骨料混合物；
S3、将102.2kg水泥、50.6kg硅粉和47.8kg矿粉混匀搅拌65s，得到胶料混合物；
S4、将42.88kg水和2.1kg聚羧酸减水剂掺在一起并搅拌均匀；
S5、将0.733kg细菌修复剂以及强化剂4.96kg混合均匀，灌制于微胶囊内，将灌制的微胶囊搅入步骤3混合后的混凝土内，同时掺入步骤4搅拌均匀的混合物，运用搅拌机搅拌350s。
实施例2
S1、称取细菌修复剂0.644kg，其中，菌落0.516kg、布氏肉汤营养剂0.064kg、芽孢萌发剂0.064kg；胶凝材料200.5kg，其中，水泥102.5kg、矿粉47.9kg、硅粉50.1kg；尿素强化剂4.88kg；骨料431.8kg，其中，粗骨料304.2kg、细骨料127.6kg；
S2、将304.2kg粗骨料与127.6kg细骨料混匀搅拌70s，得到骨料混合物；
S3、将102.5kg水泥、47.9kg矿粉和50.1kg硅粉混匀搅拌70s，得到胶料混合物；
S4、将42.93g水和2.4kg聚羧酸减水剂掺在一起并搅拌均匀；
S5、将0.824kg细菌修复剂以及强化剂4.92kg混合均匀，灌制于微胶囊内，将灌制的微胶囊搅入步骤3混合后的混凝土内，同时掺入步骤4搅拌均匀的混合物，运用搅拌机搅拌250s。
实施例3
S1、称取细菌修复剂0.677kg，其中，菌落0.474kg、布氏肉汤营养剂0.135kg、芽孢萌发剂0.068kg；胶凝材料199.5kg，其中，水泥101.8kg、矿粉47.2kg、硅粉50.5kg；尿素强化剂4.74kg；骨料431kg，其中，粗骨料304kg、细骨料127kg；
S2、将304kg粗骨料与127kg细骨料混匀搅拌80s，得到骨料混合物；
S3、将101.8kg水泥、47.2kg矿粉和50.5kg硅粉混匀搅拌80s，得到胶料混合物；
S4、将42.8kg水和2.4kg聚羧酸减水剂掺在一起并搅拌均匀；
S5、将0.788kg细菌修复剂以及强化剂4.87kg混合均匀，灌制于微胶囊内，将灌制的微胶囊搅入步骤3混合后的混凝土内，同时掺入步骤4搅拌均匀的混合物，运用搅拌机搅拌280s。
实施例4
S1、称取细菌修复剂0.645kg，其中，菌落0.419kg、布氏肉汤营养剂0.161kg、芽孢萌发剂0.065kg；胶凝材料200.6kg，其中，水泥102.4kg、矿粉47.6kg、硅粉50.6kg；尿素强化剂4.74kg；骨料429.7kg，其中，粗骨料305.4kg、细骨料124.3kg；
S2、将305.4kg粗骨料与124.3kg细骨料混匀搅拌90s，得到骨料混合物；
S3、将102.4kg水泥、47.6kg矿粉和50.6kg硅粉混匀搅拌90s，得到胶料混合物；
S4、将42.6kg水和2.2kg聚羧酸减水剂掺在一起并搅拌均匀；
S5、将0.802kg细菌修复剂以及强化剂4.74kg混合均匀，灌制于微胶囊内，将灌制的微胶囊搅入步骤3混合后的混凝土内，同时掺入步骤4搅拌均匀的混合物，运用搅拌机搅拌340s。
实施例5
S1、称取细菌修复剂0.658kg，其中，菌落0.494kg、布氏肉汤营养剂0.098kg、芽孢萌发剂0.066kg；胶凝材料198.4kg，其中，水泥101.8kg、矿粉46.8kg、硅粉49.8kg；尿素强化剂4.82kg；骨料434kg，其中，粗骨料306kg、细骨料128kg；
S2、将306kg粗骨料与128kg细骨料混匀搅拌75s，得到骨料混合物；
S3、将101.8kg水泥、46.8kg和矿粉49.8kg硅粉混匀搅拌75s，得到胶料混合物；
S4、将42.74gkg水和2.2kg聚羧酸减水剂掺在一起并搅拌均匀；
S5、将0.706kg细菌修复剂以及强化剂4.74kg混合均匀，灌制于微胶囊内，将灌制的微胶囊搅入步骤3混合后的混凝土内，同时掺入步骤4搅拌均匀的混合物，运用搅拌机搅拌325s。
本发明所用碎石，按照GB/T14685-2011《建筑用卵石、碎石》检测制得的碎石，表观密度为2600kg/m3，堆积密度为1600kg/m3，空隙率32％，含泥量0.3％，满足建筑用碎石的标准。
本发明所用中砂，按照GB/T14684-2011《建筑用砂》检测制得的中砂，表观密度为2710kg/m3，送上堆积密度为1600kg/m3，孔隙率37％,含泥量0.2％，制得的中砂都为球形颗粒，没有片状。
本发明所用水泥为本市购买的普通硅酸盐水泥，按照GB175-2007《通用硅酸盐水泥》检测该水泥，80um方孔筛的筛余≤10％，初凝时间≥45min，终凝时间≤600min，3天抗折强度平均值≥4.0MP，28天抗折强度平均值≥6.5MPa，7天抗压强度平均值≥22.0MPa，28天安抗压强度平均值≥42.5MPa，满足混凝土要求。
本发明利用了细菌修复剂反应得到尿素酶，通过尿素水解后得到的HCO3 -于混凝土中的Ca2+反应得到固体沉淀生成碳酸钙。
尿素水解反应式：NH2-CO-NH2+3H2O→3NH4 ++HCO3 -+OH-
将上述制备的混凝土按照实施例的方法制备出三个试块，试块长30cm，宽30cm，高30cm，然后在真空箱中带模具养护28d。
将制备好的混凝土进行加压，分别加载至刚开始出现细小裂缝、出现1cm左右裂缝、出现2cm左右裂缝，并记录开裂时的极限荷载值。
具体修复效果如下表所示。
Figure BDA0003453269900000081
本发明保证了该自修复混凝土在极端缺氧或无氧工况下的应用，解决了无氧情况下自修复混凝土的问题。
凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种厌氧微生物自修复混凝土，其特征在于：包括质量百分比为：
细菌修复剂0.07％-0.10％；
胶凝材料28.88％-29.76％；
强化剂0.66％-0.79％；
骨料62.74％-63.81％；
减水剂0.29％-0.36％；
水6.25％-6.29％。
2.根据权利要求1所述的一种厌氧微生物自修复混凝土，其特征在于：所述细菌修复剂包括质量百分比为：厌氧细菌菌落60％-80％，营养物质10％-30％，芽孢萌发剂5％-15％。
3.根据权利要求1所述的一种厌氧微生物自修复混凝土，其特征在于：所述胶凝材料中包括质量百分比为：水泥50％-52.5％，硅粉24％-26.5％，矿粉22.5％-25％。
4.根据权利要求1所述的一种厌氧微生物自修复混凝土，其特征在于：所述骨料中包括质量百分比为：粗骨料70.48％-70.73％，细骨料29.27％-29.52％；所述粗骨料采用粒径5-25mm的碎石，细骨料采用粒径0.25-0.5mm中砂。
5.根据权利要求1所述的一种厌氧微生物自修复混凝土，其特征在于：所述强化剂采用尿素强化剂，减水剂采用聚羧酸减水剂。
6.根据权利要求1所述的一种厌氧微生物自修复混凝土，其特征在于：所述强化剂及细菌修复剂包裹于微胶囊内。
7.根据权利要求1所述的一种厌氧微生物自修复混凝土，其特征在于：所述营养物质包括肉汤营养剂。
8.一种厌氧微生物自修复混凝土的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1按质量百分比准备：细菌修复剂0.07％-0.10％；胶凝材料28.88％-29.76％；尿素强化剂0.66％-0.79％；骨料62.74％-63.81％；聚羧酸减水剂0.29％-0.36％；水6.25％-6.29％称取原料，其中，
细菌修复剂中厌氧细菌菌落、营养物质及芽孢萌发剂分别按质量百分比60％-80％，10％-30％，5％-15％；
胶凝材料中水泥、硅粉及矿粉分别按质量百分比50％-52.5％，24％-26.5％，22.5％-25％；
骨料中按质量百分比为：粗骨料70.48％-70.73％，细骨料29.27％-29.52％；
步骤2将称取的粗骨料与细骨料分别倒入搅拌机搅拌60-90s至混合均匀；
步骤3分别倒入称取的水泥、矿粉及硅粉，和步骤2中的骨料一起搅拌60-90s至混合均匀。
步骤4将称取好的水和聚羧酸减水剂掺在一起并搅拌均匀；
步骤5将称取好的强化剂和细菌修复剂混合均匀灌制于微胶囊内，将灌制的微胶囊搅入步骤3混合后的混凝土内，同时掺入步骤4搅拌均匀的混合物，搅拌机搅拌250-350s。
9.根据权利要求8所述的一种厌氧微生物自修复混凝土的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、称取细菌修复剂0.595kg，其中，菌落0.357kg、布氏肉汤营养剂0.178kg、芽孢萌发剂0.06kg；胶凝材料200.6kg，其中，水泥102kg、矿粉47.6kg、硅粉50.4kg；尿素强化剂4.96kg；骨料431kg，其中，粗骨料304.5kg、细骨料127.4kg。
S2、将304.5kg粗骨料与127.4kg细骨料混匀搅拌65s，得到骨料混合物；
S3、将102.2kg水泥、50.6kg硅粉和47.8kg矿粉混匀搅拌65s，得到胶料混合物；
S4、将42.88kg水和2.1kg聚羧酸减水剂掺在一起并搅拌均匀；
S5、将0.733kg细菌修复剂以及强化剂4.96kg混合均匀，灌制于微胶囊内，将灌制的微胶囊搅入步骤3混合后的混凝土内，同时掺入步骤4搅拌均匀的混合物，运用搅拌机搅拌350s。
10.根据权利要求8所述的一种厌氧微生物自修复混凝土的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、称取细菌修复剂0.677kg，其中，菌落0.474kg、布氏肉汤营养剂0.135kg、芽孢萌发剂0.068kg；胶凝材料199.5kg，其中，水泥101.8kg、矿粉47.2kg、硅粉50.5kg；尿素强化剂4.74kg；骨料431kg，其中，粗骨料304kg、细骨料127kg；
S2、将304kg粗骨料与127kg细骨料混匀搅拌80s，得到骨料混合物；
S3、将101.8kg水泥、47.2kg矿粉和50.5kg硅粉混匀搅拌80s，得到胶料混合物；
S4、将42.8kg水和2.4kg聚羧酸减水剂掺在一起并搅拌均匀；
S5、将0.788kg细菌修复剂以及强化剂4.87kg混合均匀，灌制于微胶囊内，将灌制的微胶囊搅入步骤3混合后的混凝土内，同时掺入步骤4搅拌均匀的混合物，运用搅拌机搅拌280s。
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韩宪伟: "混凝土微生物自愈合技术研究进展" *

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