[发明专利]一种具有深层自修复功能的水泥基材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微生物学和土木工程材料领域的交叉科学技术，涉及到一种利用微生物技术使裂缝快速自修复的水泥基材料制备方法。

背景技术

水泥基材料，尤其混凝土，由于在长期的使用过程中以及周围复杂环境的影响下，会产生微小裂缝等局部损伤，轻者会降低结构的使用寿命，重则危及结构的安全。当前，对水泥基材料裂缝的被动修复，后期修复，主要采用加固修补、锚固、粘结、浇注以及阴极保护等。水泥基材料自修复技术主要有以下几种：中空纤维或胶囊固载具有修复特性的高分子聚合物；形状记忆材料施加收缩应力闭合裂缝；外掺矿物掺合料提高矿物反应程度以提高混凝土缺陷修复效率；微生物诱导矿化沉积修复混凝土裂缝。水泥基材料的自修复技术可以实现对混凝土裂缝实现主动修复、即时修复，提高混凝土修复后的力学性能和耐久能力。

目前，自修复水泥基材料的研究取得了一定的进展，但仍有很多问题亟需解决。例如微胶囊释放的可控性，裂缝自修复的时效性，自修复的次数，自修复的深度和速度，不同龄期水泥基材料的自修复，自修复材料在实际工程应用的可行性。本发明采用微生物、底物和营养物质双固载的方法，引入充足的外源CO₂，提供了一种具有深层自修复功能的水泥基材料及其制备方法。与传统的微生物法自修复相比，极大地改善了材料裂缝的修复速度和修复深度。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种具有深层自修复功能的水泥基材料的制备方法。

技术方案：本发明的一种具有深层自修复功能的水泥基材料的制备方法为：

1)用清水分别淘洗载体A和载体B，洗净载体表面吸附的杂质，烘干备用；

2)将产碳酸酐酶细菌接种至培养基中培养，并将产碳酸酐酶细菌液浓缩至10⁵～10⁷个/mL；

3)将产碳酸酐酶细菌浓缩液和酵母菌粉按照质量比50～60:1均匀混合，再添加至载体A中，在30℃培养箱里振荡培养6～10小时，使产碳酸酐酶细菌和酵母菌粉充分固载；滤掉溶液，收集处理后的载体A并干燥；

4)将底物、营养物质和去离子水按质量比30～40:1:100均匀混合，再添加载体B，室温下搅拌8～12小时；滤掉溶液，收集处理后的载体B并干燥；

5)以处理后的载体A和载体B的混合载体为轻骨料，混合载体质量占砂浆总质量的17～23％，按照水灰比0.5～0.6，添加水泥、沙子和水，搅拌成型，标准养护。

所述的载体A、载体B为陶粒，粘土或沸石中的一种或几种；载体A与载体B相同或不相同。

所述的产碳酸酐酶细菌为胶质芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌或黑曲霉中的一种或几种。

所述的底物为氯化钙、硝酸钙、乳酸钙、甲酸钙或乙酸钙中的一种或几种的混合。

所述的营养物质为葡萄糖、蔗糖或淀粉的一种或几种。

所述的产碳酸酐酶细菌浓缩液、酵母菌粉和载体A的质量比为50～60:1:80～100。

所述的底物、营养物质、去离子水和载体B的质量比为30～40:1:100:200～210。

所述的载体A和载体B的质量比为1.1～1.5:1。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明采用细菌、底物和营养物质分别固载的方式，长期有效的保护了细菌，对材料早期和后期出现的疲劳损伤均有良好的修复作用。通过细菌产生的碳酸酐酶催化CO₂与底物反应，加速了碳酸盐矿化沉积。养护修复21天，便可实现裂缝的完全修复。较现有微生物法修复水泥基材料裂缝，该法有效地提高了对试件裂缝的修复速度和持久性。

2、与已有的微生物法修复水泥基材料—单一陶粒固载胶质芽孢杆菌相比，将细菌、底物和营养物质分别固载，使得底物和营养物质的储存和释放更为有效。这种固载不会受到裂缝开裂深度的影响，可以为试件内部细菌的矿化作用提供充足的营养物质，使试件由内到外可以实现全方位，深层次的自修复。

3、与非成矿类修复水泥基材料裂缝相比，微生物诱导矿化产生的碳酸钙以方解石形式存在，性质稳定，与水泥基材料的相容性较好，改善了材料的耐久性。

附图说明

图1是采用超声波声时变化监测水泥基材料裂缝的自修复过程；A组为细菌不固载，底物不固载；B组为细菌不固载，底物固载；C组为细菌固载，底物不固载；D组为细菌固载，底物固载。

图2是采用渗透系数变化表征水泥基材料裂缝的自修复结果；A组为细菌不固载，底物不固载；B组为细菌不固载，底物固载；C组为细菌固载，底物不固载；D组为细菌固载，底物固载。