[发明专利]一种骨仿生水泥基梯度弹道材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种骨仿生水泥基梯度弹道材料及其制备方法，包括以下步骤：步骤一：选用具有矿化沉淀功能的脲酶菌为菌体冻干粉，对菌体冻干粉进行活化并培养；步骤二：选用载体，对固载层材料进行制备；步骤三：将固载层材料与水泥砂浆分层混合得到所述水泥基梯度弹道材料。本发明绿色环保无污染，且基于微生物自发的裂缝修复技术，提高材料的耐久性能，并将功能梯度材料引入到用于防护工程的混凝土中，充分利用功能梯度材料的高强度、耐冲击性和结构可靠性，来达到提高混凝土材料防护性能的目的，对于未来混凝土结构发展具有很大的研究价值及应用意义。

技术领域

本发明属于自愈合混凝土材料技术领域，特别是一种骨仿生水泥基梯度弹道材料及其制备方法。

背景技术

水泥基材料到目前为止仍是世界上使用最广泛的建筑材料。受到固有的低抗拉强度和多变的外界环境影响，水泥基材料极容易开裂。裂缝为水或者侵蚀性的液体提供了进入混凝土内部的途径，造成C-S-H凝胶的降解和钢筋的腐蚀，影响基体的力学性能和耐久性能。长此以往会破坏试件的结构造成断裂或剥落。

对于混凝土的自修复方法，目前主要包括以下几种方法：基于混凝土自身的矿物自修复、中空纤维、渗透结晶和预埋形状记忆合金等方法，但这些方法明显存在不足。相比较于现有的裂缝修复技术，微生物自修复技术显得尤为重要。

微生物自修复技术在混凝土裂缝修复中的应用最早由美国南达科塔矿业理工大学的Bang等(Ramachandran S K,Ramakrishnan V,Bang S S.Remediation of concreteusing micro-organisms[J].ACI MaterialsJournal,2001,98(1):3-9)提出。他们将菌液与砂子混合后作为修补材料填充到混凝土裂缝中，结果表明细菌在裂缝中能够诱导碳酸钙沉积而封堵裂缝，使得混凝土的强度和刚度得到了较好恢复。该试验采用一类能够产生脲酶的细菌，脲酶能够将尿素水解为和然后与周围溶液中的反应生成碳酸钙沉淀。这种虽然有较好的自愈合效果，但不足是会产生一定的氨气，对环境和人体有一定的影响。

韩铭海等人(产脲酶细菌的固定化及转化条件研究[J].安徽农业科学,36(33):14375-14377)提出一种固定化细胞的方法，他们利用海藻酸钠固定一株高产脲酶的芽孢杆菌(Bacillus sp.)菌体来分解尿素。基本思路就是：将产脲酶的芽孢杆菌固定在海藻酸钠上，用戊二醛进行固定化细胞交联，并计算脲酶回收率、菌体包埋量。通过固定脲酶，当裂缝产生时，促进混凝土中预埋的底物代谢转化为碳酸钙沉淀，从而提高自修复的效率。该方法提出了一个新型的提高修复效果的途径，即利用固载脲酶的方式，提高了碳酸钙的沉积速率，这种途径最大的好处就是一定程度上缩短了自修复周期，提高了自修复的效率，但是不足之处就是固载脲酶成本太高，操作过程复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种骨仿生水泥基梯度弹道材料及其制备方法，来实现实际工程中微小裂缝的自主修复，通过不同梯度层材料结合，从而保证结构的耐久性和抗侵彻防护性。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种骨仿生水泥基梯度弹道材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：选用具有矿化沉淀功能的脲酶菌为菌体冻干粉，对菌体冻干粉进行活化并培养；

步骤二：选用载体，对固载层材料进行制备；

步骤三：将固载层材料与水泥砂浆分层混合得到所述水泥基梯度弹道材料。

进一步地，所述步骤一具体包括：

(1.1)第一培养基配置：第一培养基中各成分含量如下：超纯水、蛋白胨、牛肉膏、碳酸钠、碳酸氢钠、琼脂粉、尿素；

(1.2)第一培养基灭菌：将第一培养基置于高压锅中高温灭菌；