[发明专利]基于人造功能载体负载微生物的自修复水泥基材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于人造功能载体负载微生物的自修复水泥基材料及其制备方法。所述的自修复水泥基材料包含以下重量份数的原料：水泥360～500份，权利要求7所述的负载微生物的人造功能载体95～380份，尿素3～15份，乳酸钙3～15份，砂800～1500份，水180～300份。本发明的基于人造功能载体负载微生物的自修复水泥基材料具有良好的裂缝自修复能力，当水泥基材料开裂时，预埋的负载微生物的人造功能载体能够触发一系列生物化学反应，生成更多的碳酸钙和C‑S‑H凝胶等修复产物，同时，所添加的负载微生物的人造功能载体对水泥基材料本身强度影响较小，有效提高水泥基材料的耐久性。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，涉及一种自修复水泥基材料，特别涉及一种基于人造功能载体负载微生物的自修复水泥基材料及其制备方法。

背景技术

混凝土以其抗压强度高、耐久性好、取材方便、价格低廉等优异的性能成为应用最广泛的土木工程材料。但是由于混凝土的抗拉强度低，受到荷载、收缩、温度变形、不均匀沉降等因素作用易发生开裂，影响混凝土的结构强度和耐久性。

针对混凝土裂缝修复问题，传统的修复方法主要包括表面修补法、压力灌浆法、结构补强法和混凝土置换法。这些传统的维修方法往往需要定期检查和维修。由于微裂缝很难被及时检测出来，常规的维修手段只能修复裂缝表面，无法对结构内部进行修复，且维修成本较高、工作耗时费力，修复效果不理想，无法满足当代建筑材料对环境友好型的发展要求。

因此，近年来裂缝自修复技术受到了广泛关注。其中，基于微生物矿化技术的混凝土裂缝自修复技术作为一种环境友好的方式，具有很大的应用潜能。微生物矿化技术用于混凝土裂缝自修复的一个核心问题就是要保证微生物在混凝土中的长期活性。目前，研究人员已经使用轻骨料、粉煤灰陶粒、膨胀珍珠岩、聚氨酯、微胶囊等多种载体来保护微生物。但这些载体在保护微生物的同时，对混凝土强度等性能带来了负面影响，限制了混凝土的使用范围。此外，现有微生物自修复水泥基材料所采用的微生物载体功能单一，多数载体仅具备保护微生物的功能，而载体本身对裂缝自修复的贡献没有被充分利用。

矿渣作为冶金工业的主要废弃物，对土壤、水资源、大气都有毒害作用，严重影响生态环境。目前矿渣在水泥工业中主要作为水泥混合材料进行使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于人造功能载体负载微生物的自修复水泥基材料及其制备方法，通过人造功能载体的多功能性显著提高水泥基材料裂缝自修复能力，同时对水泥基材料本身强度影响较小，从而有效提高水泥基材料的耐久性。

实现本发明目的的技术方案如下：

负载微生物的人造功能载体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将活化后的微生物接种至液体培养基中恒温振荡培养获得菌液，离心后收集菌泥，用蒸馏水洗出菌泥，制得菌体悬浮液，将菌体悬浮液均匀喷洒到碳酸钙粉末上，干燥、粉磨后获得载菌的碳酸钙粉末；

(2)将矿渣、载菌的碳酸钙粉末、碳酸根缓释组分及营养组分置于水泥砂浆机内慢速搅拌至拌合均匀，然后加入质量分数为20％的硅酸钠溶液作为粘结剂，先慢速搅拌后快速搅拌，形成小颗粒，再将上述处理后的原材料造粒，待颗粒粒径达到所需粒径后取出，烘干，获得负载微生物的人造功能载体内核；

(3)将负载微生物的人造功能载体内核涂覆一层环氧树脂AB胶溶液，自然晾干固化后，在涂覆树脂的负载微生物的人造功能载体内核采用喷洒水雾的方式，在涂覆树脂的负载微生物的人造功能载体内核表面包裹一层硫铝酸盐水泥外壳，筛分出1.18～4.75mm粒径的颗粒，置于20℃、95％相对湿度条件下养护3d，获得负载微生物的人造功能载体。

具体地，步骤(1)中，所述的微生物为产脲酶细菌，所述的碳酸根缓释组分为碳酸钠、碳酸钾等中的一种或几种，所述的营养组分为酵母提取物、蛋白胨、牛肉膏等中的一种或几种。

优选地，步骤(2)中，搅拌时间均为20s。