[发明专利]一种混凝土抗裂与自修复的组合物及制备与使用方法

说明书

本发明属于建筑材料技术领域。本发明公开了一种混凝土抗裂与自修复的组合物，通过将将氧化石墨烯、科氏芽孢杆菌菌液、乳酸钙/甲酸钙、硅酸钠与营养液混合均匀，得到该组合物浆液。将该组合物浆液与混凝土按照1：2.8～4的重量比充分混合均匀来制备有自修复能力的混凝土。本发明中的氧化石墨烯可在水泥基质中形成范围宽广的阻挡层，增大传输阻力与渗透路径的曲折度，使水泥基材料的孔结构孔隙变窄，提升混凝土的抗裂能力，同时可为科氏芽孢杆菌提供粘性位点，降低强碱环境下细菌的死亡率。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，更具体的说是涉及一种混凝土抗裂与自修复的组合物及制备与使用方法。

背景技术

混凝土是目前世界上使用量最大、应用范围最广的工程材料，但因其具有较低的弹性模量与抗拉强度，常常会在表面产生一些肉眼可见的微裂缝，而这些会对混凝土的耐久性产生不利影响，尤其是会极大降低混凝土的抗渗性、抗氯离子侵蚀以及抗碳化能力。因此，加强混凝土的抗裂能力并及时修复混凝土表面裂缝可以有效阻止有害物质侵入混凝土内部，提高混凝土结构的使用寿命。

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，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，例如专利201810076569.4公开的技术方案就存在上述技术缺陷；3)自修复或自愈合混凝土，先将细菌和培养基制成干燥的微生物胶囊，在混凝土拌和时掺入，细菌开始处于休眠状态，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，此方法的缺陷是，由于胶囊是一次性使用，为保证有裂纹时，胶囊随之开裂，因此胶囊壁薄，在开始拌入混凝土的时候即会出现大量微生物胶囊破裂，起不到修复作用；另外，即使微生物胶囊没有破裂，微生物胶囊在拌入混凝土的时候已经遇水激活，并且拌混凝土时大量的水会使微生物持续作用直到耗尽微生物胶囊内的培养基，丧失后续的修复作用，如申请号为“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。

因此，如何提高混凝土的抗裂能力以及微生物在混凝土内部生存能力，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容