[发明专利]一种建筑垃圾废弃砖为载体的自修复混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种建筑垃圾废弃砖为载体的自修复混凝土及其制备方法，所述的自修复混凝土包括混凝土和自修复再生砖骨料，按体积百分比计，自修复再生砖骨料占自修复混凝土的15％～25％；所述的自修复再生砖骨料由再生砖骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液制成；巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为1.2～1.8，以混凝土中的水泥为计算基准，巴氏芽孢杆菌菌液的体积掺量为20％～50％。本发明利用建筑垃圾废弃砖作为微生物载体的自修复混凝土，建筑垃圾废弃砖自修复混凝土具有经济性高、环境友好性强、造价低廉、轻质高强、保温隔热、建筑垃圾有效利用的特点。

技术领域

本发明属于建筑材料、微生物学和固体废弃物资源化利用的交叉技术领域，特别是一种建筑垃圾废弃砖为载体的自修复混凝土及其制备方法。

背景技术

近些年来，世界建筑业进入了高速发展阶段，伴随着基础设施的建设、危旧房改造、废旧建筑物的拆除等，不可避免产生过量的建筑垃圾。此外，各种自然灾害如地震、海啸、龙卷风摧毁的房屋及各种基础设施带来的建筑垃圾也是非常多。传统的建筑垃圾处理方法主要是运往郊外堆放、填埋或是焚烧。不仅要耗资大量征用土地，造成严重的环境污染，还造成资源的浪费。合理处理和应用建筑垃圾已成为全球性问题，同时也是走可持续发展道路，保护环境的必然要求。我国建筑垃圾主要含有废混凝土、废砂浆、废砖瓦及渣土等，其中废弃砖占比超过50％。有些学者将砖研磨成砖粉作为胶凝材料代替水泥，但是其产品附加值不高，因为废弃砖料呈现出疏松多孔的状态，并且废弃砖来源广泛，其作为微生物载体修复混凝土裂缝所带来的附加值高。所以废弃砖料的固有多孔性质使其有作为微生物自修复混凝土载体的可行性，同时提高混凝土裂缝修复效能、增强环境友好性、有利于建筑垃圾资源化，提高其经济性能。

自然界中芽孢杆菌微生物能通过某些钙矿化反应机制在细胞芽孢处生成一些化合物，从而填塞或黏结接触水氧的有孔介质界面。后来这些物质被证实是一些不同形态的碳酸钙及类碳酸钙无机化合物，这些过程不依赖于环境，完全由菌体控制沉积过程。当有适合的环境时进行钙矿化作用，而在不满足反应条件时进行休眠。绝大多数微生物主要以不同形式沉积碳酸钙，该沉积过程受环境因素影响较大且不涉及特殊的结构形态。由于混凝土的主要成分本质上就是钙盐，因此利用芽孢杆菌微生物这种碳酸钙诱导沉积的能力对混凝土裂缝进行自修复具备可行性，并且芽孢杆菌在碱性环境有着更高效的修复效能使再生粗骨料有着特定的载体优势。

芽孢杆菌微生物主要通过有氧环境下芽孢处形成碳酸钙沉淀实现修复。伴随着碳酸盐平衡的转变(CO₂到HCO₃^-和CO₃^2-)，混凝土介质中的钙离子与碳酸根离子发生反应，从而向微生物芽孢处聚集形成不溶性的碳酸钙CaCO₃沉积物，使裂缝愈合而达到修复的目的。其矿化过程是有氧呼吸代谢底物产生CO₂，与溶液中的OH^-反应生成HCO₃^-，然后在碱性条件下与水泥浆中的Ca²⁺继续反应生成CaCO₃晶体。

然而将混凝土的微生物自修复技术进行工业化应用，还有一系列问题需要解决。其中，如何确保微生物在混凝土硬化过程中保持潜在活性和提高修复效能是至关重要的。只有芽孢杆菌微生物活性的保持才有可能起到促进碳酸钙沉积的作用；只有有效的提高修复效能才能更好发挥自修复混凝土的作用。

最初获取微生物自修复混凝土是将微生物直接掺入混凝土进行拌制。然而，这会导致微生物在混凝土拌制过程中受到破坏，影响了微生物的活性。

为维持微生物的活性，有将微生物与载体材料先行拌和，再将拌和后的载体材料掺入混凝土进行拌制，从而对微生物进行保护。然而常用的载体材料，如膨胀珍珠岩等的加入虽能保证混凝土微生物活性，但是在此过程中会影响混凝土的结构性能，制约了采用载体材料拌制方法的发展。为此，有采用体改性剂包裹膨胀珍珠岩载体以求提高其力学性能。然而，其载体改性剂浓稠，操作不便。

发明内容