CN206143071U - 一种用于持续修复地下工程混凝土裂缝的微生物胶囊 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于持续修复地下工程混凝土裂缝的微生物胶囊，涉及混凝土修复技术领域，其由内而外依次为芯层、中间层及外层，所述芯层为菌种及培养基，所述中间层具有贯穿的微孔，所述外层为含有氯化钙的水泥层。本实用新型的微囊可以多次使用，持续修补混凝土裂纹，且与混凝土的粘结性优越。

Description

一种用于持续修复地下工程混凝土裂缝的微生物胶囊

技术领域

本实用新型涉及混凝土修复技术领域，特别涉及一种用于持续修复地下工程混凝土裂缝的微生物胶囊。

背景技术

现役混凝土结构开裂问题的处理，是整个土木工程领域普遍的技术难题。世界各国都有允许裂缝宽度的限值，例如美国和新西兰的技术标准允许裂缝宽度为0.4mm(干燥环境下)，我国为0.2～0.3mm。裂缝的出现影响了结构的安全性和适用性。地下工程若出现裂缝，将会产生渗水，严重影响地下工程的使用;而办公楼、住宅的梁、柱、墙等出现裂缝后，不仅影响建筑外观和寿命，还会威胁到人们的生命和财产安全。因此，需要采取适合的工程技术手段，对带裂缝混凝土进行修复处理。目前，常用的方法有表面封闭法、堵漏法和结构补强加固法等，但表面封闭法无法深入裂缝内部，不适合有明显水压的裂缝;堵漏法常用的灌浆、嵌缝材料为环氧树脂、聚氨酯等有机材料，与水泥基材料的热膨胀系数不同，相容性较差，另外，有机化学材料大多易挥发，释放出的气体对人体和环境有害;结构补强加固法操作复杂，成本较高。

微生物诱导的碳酸钙沉积(MICP)技术作为一种崭新的技术备用应用于混凝土修补中。微生物诱导黏合是指利用微生物诱导生成的碳酸钙的胶凝性能，改善水泥基类材料的强度和耐久性能。主要有三种方案:1)裂缝修复，即将菌液、培养基、填充骨料(砂子、聚氨酯、硅凝胶等)填充裂缝，通过MICP作用，使填充材料与生成的碳酸钙结晶将裂缝填充，部分恢复混凝土的强度并提高耐久性，此方案的缺陷是依然需要后期人工修补，耗时耗力;2)微生物混凝土，即拌制混凝土时加入菌液，以期在混凝土内部孔隙中产生MICP，在抗压强度不降低的情况下提高抗拉强度和耐久性，此方案的缺陷是混凝土的碱性会影响菌种的活性，使其长期处于休眠状态;3)自修复或自愈合混凝土，在混凝土拌和时就将细菌和培养基掺入，细菌处于休眠状态，一旦混凝土开裂，氧气和水分进入，细菌即可恢复新陈代谢功能，呼吸产生二氧化碳，在湿润环境中二氧化碳与水泥基材料中的钙离子反应生成碳酸钙，以此填补裂缝，此方案中在直接加入微生物的情况下微生物活性会受到混凝土高碱性的抑制，孢子的生存和发育能力会随着混凝土龄期变长空隙变小而逐渐降低，生存时间少于四个月，死后微生物会分解，对混凝土强度有影响。申请号为“201210580233.4”的专利公开了“一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统，包括混凝土基体，所述混凝土基体内设有微生物复合胶囊，所述微生物复合胶囊内包覆有好氧型微生物及适合所述好氧型微生物生长的培养基。”可以不用外加培养基，混凝土即可以实现智能修复。其机理是裂纹穿透复合胶囊，释放出微生物发生代谢作用生成二氧化碳与钙离子反应成碳酸钙以修复裂缝，此方法有以下缺陷：第一、复合胶囊中的培养基以及微生物释放出之后会对混凝土的强度产生影响；第二、胶囊只能使用一次，不能对混凝土同一位置的裂纹进行持续修复；第三，胶囊外表面为圆滑结构，与混凝土的粘结性较差，且水流入之后易被冲走，而无法发挥修复作用。鉴于此，可持续修复混凝土胶囊的研究至关重要，能够大量解约人力物力，具有较大市场潜力。

发明内容

本实用新型为了解决上述现有技术中存在问题之一，提供一种用于持续修复地下工程混凝土裂缝的微生物胶囊，该微囊可以多次使用，持续修补混凝土裂纹，且与混凝土的粘结性优越。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于持续修复地下工程混凝土裂缝的微生物胶囊，其由内而外依次为芯层、中间层及外层，所述芯层包括中心层及保护层，所述中心层厚度为100-150微米，所述保护层厚度为5-10微米，所述中间层具有贯穿的微孔，所述外层为含有氯化钙的水泥层。

本实用新型还具有以下附加技术特征：

优选的，所述芯层包括菌种及其对应的培养基。

进一步的，所述菌种为好氧嗜碱芽孢杆菌。

优选的，所述中间层厚度为50-100微米。

优选的，所述外层厚度为50-100微米。

优选的，所述中间层材质为具有微孔的刚性材料。

优选的，所述中间层材质为水泥。

本实用新型和现有技术相比，其优点在于：

本实用新型的微囊主要针对地下工程渗水问题，在无渗水情况下，微囊为干态，培养基为干粉状，菌种处于休眠状态，当发生渗水后，微囊不会开裂，中间层及水泥层具有渗水，透气作用，水分和氧气渗入微囊中，激活菌种进行代谢生成二氧化碳，二氧化碳与混凝土中的钙离子反应生成碳酸钙沉淀填补裂缝，外层氯化钙的加入可以加速及增加碳酸钙的生成及沉淀，裂缝一旦添补，微囊中的菌种再次被隔绝氧气及水进入休眠状态，由此，微囊可以持续的进行混凝土修复作用；另外，微囊将菌种与混凝土层隔开，可使菌种免受高碱性影响，提高菌种稳定性；再次，微囊粒较小，为不规则结构，且强度大，微囊的外层为水泥成分与混凝土结合稳定，粘结性强，不会脱落，或被水冲下，以保证当混凝土开裂时，可以及时发挥作用；微囊也防止了菌种死后分解对混凝土产生影响。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施例的微囊结构示意图。

附图标记说明：

中心层1；保护层2；中间层3；外层4；菌种5。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

微囊的制备方法：

交联液配制：（1）配制5wt％戊二醛溶液500mL，并加入20g氯化钙、20g硫酸钠和1ml硫酸。(2)聚丙烯腈-聚乙烯醇组合凝胶剂配制：a.将8g聚乙烯醇粉末溶解到100g水中，并分次加入1.6g重量比为2％的聚乙二醇4000，充分搅拌，得到聚乙烯醇和聚乙二醇混合液；b.另将2.4g重量比为3％的聚丙烯腈浸入重量10％的氢氧化钠溶液100ml，在50℃下浸泡60分钟，再用去离子水清洗5次以上，得到处理后的聚丙烯腈；c.将a和b步骤得到聚乙烯醇和聚乙二醇混合液和聚丙烯腈溶液混合，在常温下保持30分钟，得到聚丙烯腈-聚乙烯醇-聚乙二醇组合凝胶剂，即微囊中菌种5固定化载体。(3)菌种5与营养物质配制：培养好氧嗜碱芽孢杆菌种子液，离心沉淀得到菌种5沉淀，将200mg菌种5与对应的培养基成分10g（无水）混合，加5ml水混合得到混合液；(4)菌种5凝胶液混配：在步骤(2)得到的约100g聚丙烯腈-聚乙烯醇组合凝胶剂中加入步骤(3)得到的混合液充分搅拌均匀；(5)以30-40滴/分钟速度将步骤(4)得到的菌种5凝胶液加入到步骤(1)得到的50℃交联液体中，用300rpm转速的磁力搅拌器搅拌24h形成活性颗粒，将活性颗粒置于30℃烘干至水分含量低于5%，此时活性颗粒为干态，且烘干后的颗粒形状不规则，即得微囊芯层；(6)将芯层于-4℃冷冻30-1小时后润湿按照常规的包衣方式与纳米水泥粉混合包衣，过滤收集包覆有中间层3的微球；将水泥与氯化钙粉末按照1：1混合，将微球润湿再次包衣加入外层4，过滤收集干燥，即得。

具体的，好氧嗜碱芽孢杆菌为赖氨酸芽孢杆菌。

根据本实用新型的一些实施例，中心层1厚度为100-150微米，保护层2厚度为5-10微米， 保护层即为凝胶与交联剂交联后在芯层表面形成的薄膜。

具体的，菌种5为好氧嗜碱芽孢杆菌。

根据本实用新型的一些实施例，中间层3厚度为50-100微米。

根据本实用新型的一些实施例，外层4厚度为50-100微米。

微囊的使用方法：将其与水混匀并搅拌悬浮后，按照地铁常用混凝土比例配置水泥，沙，石子，将悬浮有胶囊的水加入其中搅拌成混凝土。经检测，微囊损坏的概率为6%，同一位置5次裂纹修复概率平均达95%，持续修概率达60%以上的修复次数可为5-7次。

本实用新型的微囊将菌种5与混凝土层隔开，可使菌种5免受高碱性影响，提高菌种5稳定性；微囊粒较小，且包裹水泥层，微囊具有较大的力学强度，当混凝土开裂时，微囊不会发生开裂，保护层2及水泥层具有吸水作用，开裂后，水和氧气渗入微囊中，激活菌种5进行代谢生成二氧化碳，二氧化碳与混凝土中的钙离子反应生成碳酸钙沉淀填补裂缝，外层4氯化钙的加入可以加速及增加碳酸钙的生成及沉淀，裂缝一旦添补，微囊中的菌种5再次被隔绝氧气及水进入休眠状态，由此，微囊可以持续的进行混凝土修复作用；另外，微囊防止了菌种5死后分解对混凝土产生影响，因此，本实用新型的微囊具有较大的市场潜力及经济价值。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种用于持续修复地下工程混凝土裂缝的微生物胶囊，其特征在于，其由内而外依次为芯层、中间层及外层，所述芯层包括中心层及保护层，所述中心层厚度为100-150微米，所述保护层厚度为5-10微米，所述中间层具有贯穿的微孔，所述外层为含有氯化钙的水泥层。

2.根据权利要求1所述的用于持续修复地下工程混凝土裂缝的微生物胶囊，其特征在于，所述芯层包括菌种及其对应的培养基。

3.根据权利要求1所述的用于持续修复地下工程混凝土裂缝的微生物胶囊，其特征在于，所述中间层厚度为50-100微米。

4.根据权利要求1所述的用于持续修复地下工程混凝土裂缝的微生物胶囊，其特征在于，所述外层厚度为50-100微米。

5.根据权利要求1所述的用于持续修复地下工程混凝土裂缝的微生物胶囊，其特征在于，所述中间层材质为具有微孔的刚性材料。

6.根据权利要求1所述的用于持续修复地下工程混凝土裂缝的微生物胶囊，其特征在于，所述中间层材质为水泥。