基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土及其制备方法。其组分为微生物自修复剂30~120份，载菌膨胀珍珠岩0~50份，氧气缓释剂0~50份，负载营养物质膨胀珍珠岩0~50份，粒径120目膨胀珍珠岩23份，水泥350~500份，石子1000~1300份，砂400~600份，硅灰30~50份，聚丙烯纤维2~4份，减水剂4~6份，水250~350份。微生物自修复剂、氧气缓释剂、载菌膨胀珍珠岩、负载营养物质膨胀珍珠岩构成的四元修复体系与聚丙烯纤维相结合构成裂缝深宽三维自修复混凝土。本发明专利技术能够弥补当前混凝土裂缝自修复技术在裂缝深度方向修复效果较差的不足，提高混凝土耐久性的同时，混凝土还具有绿色、轻质、隔热的功能。

Microbial-based three-dimensional self-repairing concrete with deep and wide cracks and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土及其制备方法
本专利技术涉及微生物自修复混凝土材料领域，具体为一种基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土及其制备方法。
技术介绍
混凝土是土木工程领域用途最为广泛、用量最大的建筑材料。但是混凝土在施工和服役过程中受温度变化、外部荷载或者腐蚀作用等因素的影响，混凝土内部或表面难以避免产生微细裂缝等局部损伤。混凝土微细裂缝的产生会进一步扩展，致使结构耐久性和承载力降低，最终使得结构构件发生破坏。针对水泥基材料开裂导致的混凝土结构耐久性下降的问题，相对于普通的自修复混凝土，目前提出了微生物自修复混凝土的概念。但是由于混凝土中水泥的水化反应引起孔隙的不断细化对微生物造成挤压及与混凝土内部高碱环境的长期直接接触，导致了在后续混凝土裂缝修复过程中，微生物存活数量降低、自修复效果丧失。为了避免微生物数量减少，需要选择一种合适的载体，它既能保护微生物免受混凝土高碱环境的侵害，同时能够为微生物存活提供足够的生存空间，因此微生物固载技术成为目前微生物自修复混凝土常用的一种现代生物技术。专利《使用好氧嗜碱微生物的裂缝自修复混凝土及其制备方法》（ZL201610385109.0）公开了一种使用好氧嗜碱微生物的裂缝自修复混凝土及其制备方法，其组分为载有好氧嗜碱微生物修复剂的膨胀珍珠岩、水泥、石子、砂、硅灰、水、乳酸钙及减水剂。该裂缝自修复混以好氧嗜碱微生物为裂缝修复剂，当混凝土产生裂缝，水和空气的进入使处于休眠中的微生物恢复新陈代谢功能，将乳酸钙转化为碳酸钙沉淀，从而达到自行诊断和修复混凝土裂缝的目的。但是该方法采用的好氧嗜碱微生物在生成矿化沉积产物时需要充足的氧气，对混凝土表面裂缝具有较好的修复效果，但是混凝土内部深度裂缝由于缺少氧气导致其对裂缝深度方向修复效果差。专利《基于产脲酶微生物矿化沉积的裂缝自修复再生混凝土及制备方法》（ZL201611096154.0）公开了一种基于产脲酶微生物矿化沉积的裂缝自修复再生混凝土及其制备方法，其组分为载有产脲酶微生物的膨胀珍珠岩、水泥、再生石子、砂、硅灰、水、尿素、氯化钙、产脲酶微生物悬浮液及减水剂。它以产脲酶微生物作为混凝土裂缝修复剂，通过产脲酶微生物的新陈代谢产生尿素酶，将尿素分解为NH4+和CO32-，进而矿化沉积碳酸钙修复裂缝。但是该方法采用的产脲酶微生物在生成矿化沉积产物时产生大量氨气，对环境造成污染，同时对混凝土内部深度裂缝修复效果差。综上所述，目前所提出的微生物矿化自修复方法对于混凝土表面微裂缝有优异的修复效果，但对于裂缝深度方向修复效果较差。
技术实现思路
本专利技术目的是弥补当前混凝土裂缝自修复技术的不足，提供一种基于微生物自修复剂、氧气缓释剂、聚丙烯纤维等为主要材料的裂缝深宽三维自修复混凝土及其制备方法。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土，由下列重量份数的原料制成：微生物自修复剂30~120份，载菌膨胀珍珠岩0~50份，氧气缓释剂0~50份，负载营养物质膨胀珍珠岩0~50份，粒径120目膨胀珍珠岩23份，水泥350~500份，石子1000~1300份，砂400~600份，硅灰30~50份，聚丙烯纤维2~4份，减水剂4~6份，水250~350份。其中，Ⅰ、载菌膨胀珍珠岩采用如下制备工艺：1.1、对具有矿化沉积功能的微生物KJ01菌种（已于2018年3月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCCNo.15516））进行筛选、活化和培养。1.2、制备KJ01菌种的培养基：培养基每升各组分含量为蒸馏水1L、蛋白胨5g、牛肉膏3g、NaHCO30.42g、Na2CO30.53g。用2mol/L的氢氧化钠溶液将培养基pH值调整为pH=10，120℃高温灭菌20分钟。1.3、将KJ01菌种接种至上述液体培养基中，振荡培养24小时，获得菌液；然后将所得菌液用离心机以转速4000r/min离心20分钟，获得菌泥。1.4、将菌泥在灭菌后的蒸馏水中重悬，然后稀释获得所含菌体浓度为（1.0~1.4）×107个/mL的菌液。1.5、采用真空浸渍法将上述菌液吸附到膨胀珍珠岩颗粒的表面和内部孔隙中，每克膨胀珍珠岩浸渍吸附的菌液为300g~500g，然后用干燥箱对上述吸附KJ01微生物菌液的膨胀珍珠岩在40±2℃温度下进行干燥，获得载菌膨胀珍珠岩。Ⅱ、微生物自修复剂的制备工艺如下：2.1、对上述获得的载菌膨胀珍珠岩表面喷洒酵母膏混合溶液，然后并对其进行干燥，干燥温度为40±2℃。其中酵母膏混合溶液每升各组分含量为蒸馏水1L、酵母膏1g。2.2、“糖衣层”的外包裹：将上述获得干燥后的负载微生物和酵母膏的膨胀珍珠岩放在圆盘造粒机内转动，然后将配制好的“糖衣层”浆体均匀喷洒在膨胀珍珠岩表面，然后将包裹“糖衣层”的膨胀珍珠岩在常温下静置24h，然后放到40℃烘箱中烘干至恒重。其中，“糖衣层”浆体原材料重量份数以及与载菌膨胀珍珠岩比例如下：磷酸钾镁水泥280~320份、苯丙乳液25~35份、水430~450份、载菌膨胀珍珠岩180~200份。2.3、保护层的外包裹：将烘干的喷涂了“糖衣层”的载菌膨胀珍珠岩放在造粒机内转动，将配制好的地聚合物浆体均匀喷涂在珍珠岩表面。其中，地聚合物浆体原材料重量份数以及与包裹“糖衣层”的载菌膨胀珍珠岩比例如下：赤泥90~100份、烧碱100~120份、水180~200份、苯丙乳液6~8份、包裹“糖衣层”的载菌膨胀珍珠岩130~180份。然后在常温下静置24h后，在40℃的烘箱中烘干至恒重，最终获得微生物自修复剂。Ⅲ、氧气缓释剂由下列重量份数的原料和工艺制备而成：配比：膨胀珍珠岩120~160份，5%聚乙烯醇100~140份，过氧化钙50~60份，膨润土100~130份，磷酸钾镁水泥180~220份，水320~370份，苯丙乳液5~15份。制备方法：3.1、将膨胀珍珠岩放在造粒机内转动，将质量分数为5%的聚乙烯醇喷洒在珍珠岩表面。3.2、将过氧化钙和膨润土的混合物撒在膨胀珍珠岩表面，转动120s。3.3、将搅拌均匀的磷酸钾镁水泥和苯丙乳液浆体喷洒在珍珠岩表面继续转动120s。3.4、用干燥箱对上述包裹过氧化钙的膨胀珍珠岩在40℃温度下进行干燥，获得氧气缓释剂。Ⅳ、负载营养物质膨胀珍珠岩的制备工艺如下：4.1、将乳酸钙溶解为质量分数为10%的乳酸钙溶液。4.2、然后采用真空浸渍法将稀释后的乳酸钙溶液吸附到膨胀珍珠岩颗粒（每克珍珠岩对应的乳酸钙溶液为300g~500g）的表面和内部孔隙中。4.3、用干燥箱对上述吸附乳酸钙营养物质的膨胀珍珠岩在40±2℃温度下进行干燥，获得负载营养物质膨胀珍珠岩。Ⅴ、上述具有矿化沉积功能的微生物还可以包括所有能够通过诱导产生矿化沉积物的非产脲酶兼性厌氧单菌和混菌。非产脲酶菌尤其指科氏芽孢杆菌。Ⅵ、上述聚丙烯纤维还可以是玻璃纤维、陶瓷纤维、硅酸铝纤维、玄武岩纤维或者聚酯纤维。上述基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土的制备方法如下：（1）、用微生物自修复剂、载菌膨胀珍珠岩、氧气缓释剂、负载营养物质膨胀珍珠岩、120目的膨胀珍珠岩粉的质量20%的预湿水分别对微生物自修复剂、载菌膨胀珍珠岩、氧气缓释剂、负载营养物质膨胀珍珠岩、120目的膨胀珍珠岩粉进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土，其特征在于：由下列重量份数的原料制成：微生物自修复剂30~120份，载菌膨胀珍珠岩0~50份，氧气缓释剂0~50份，负载营养物质膨胀珍珠岩0~50份，粒径120目膨胀珍珠岩23份，水泥350~500份，石子1000~1300份，砂400~600份，硅灰30~50份，聚丙烯纤维2~4份，减水剂4~6份，水250~350份；其中：（1）、载菌膨胀珍珠岩的制备工艺如下：a、对具有矿化沉积功能的微生物KJ01菌种进行活化和培养；所述微生物KJ01菌种已于2018 年3月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.15516；b、制备KJ01菌种的培养基：培养基每升各组分含量为蒸馏水1L、蛋白胨5g、牛肉膏3g、NaHCO3 0.42g、Na2CO3 0.53g；用氢氧化钠溶液将培养基pH值调整为pH=10，高温灭菌；c、将KJ01菌种接种至上述液体培养基中，振荡培养24小时，获得菌液；然后将所得菌液用离心机以转速4000r/min离心20分钟，获得菌泥；d、将菌泥在灭菌后的蒸馏水中重悬，然后稀释获得所含菌体浓度为（1.0~1.4）×10...

【技术特征摘要】
1.一种基于微生物的裂缝深宽三维自修复混凝土，其特征在于：由下列重量份数的原料制成：微生物自修复剂30~120份，载菌膨胀珍珠岩0~50份，氧气缓释剂0~50份，负载营养物质膨胀珍珠岩0~50份，粒径120目膨胀珍珠岩23份，水泥350~500份，石子1000~1300份，砂400~600份，硅灰30~50份，聚丙烯纤维2~4份，减水剂4~6份，水250~350份；其中：（1）、载菌膨胀珍珠岩的制备工艺如下：a、对具有矿化沉积功能的微生物KJ01菌种进行活化和培养；所述微生物KJ01菌种已于2018年3月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCCNo.15516；b、制备KJ01菌种的培养基：培养基每升各组分含量为蒸馏水1L、蛋白胨5g、牛肉膏3g、NaHCO30.42g、Na2CO30.53g；用氢氧化钠溶液将培养基pH值调整为pH=10，高温灭菌；c、将KJ01菌种接种至上述液体培养基中，振荡培养24小时，获得菌液；然后将所得菌液用离心机以转速4000r/min离心20分钟，获得菌泥；d、将菌泥在灭菌后的蒸馏水中重悬，然后稀释获得所含菌体浓度为（1.0~1.4）×107个/mL的菌液；e、采用真空浸渍法将上述菌液吸附到膨胀珍珠岩颗粒的表面和内部孔隙中，每克膨胀珍珠岩浸渍吸附的菌液为300~500g，然后对上述吸附KJ01微生物菌液的膨胀珍珠岩在40±2℃温度下进行干燥，获得载菌膨胀珍珠岩；（2）、微生物自修复剂的制备工艺如下：a、对获得载菌膨胀珍珠岩表面喷洒酵母膏混合溶液，然后对其进行干燥，干燥温度为40±2℃；其中，酵母膏混合溶液每升各组分含量为蒸馏水1L、酵母膏1g；b、糖衣层的外包裹：将上述获得的干燥后的负载微生物和酵母膏的膨胀珍珠岩放在造粒机内转动，然后将配制好的糖衣层浆体均匀喷洒在膨胀珍珠岩表面；将喷涂包裹糖衣层的膨胀珍珠岩在常温下静置24h，然后放到40℃烘箱中烘干至恒重；其中，糖衣层浆体原材料重量份数以及与载菌膨胀珍珠岩比例如下：磷酸钾镁水泥280~320份，苯丙乳液25~35份，水430~450份，载菌膨胀珍珠岩180~200份；c、保护层的外包裹：将烘干的喷涂了糖衣层的载菌膨胀珍珠岩放在造粒机内转动，将配制好的地聚合物浆体均匀喷涂在珍珠岩表面；其中，地聚合物浆体原材料重量份数以及与包裹糖衣层的载菌膨胀珍珠岩比例如下：赤泥90~100份，烧碱100~120份，水180~200份，苯丙乳液6~8份，包裹糖衣层的载菌膨胀珍珠岩130~180份...

【专利技术属性】
技术研发人员：李珠，
申请(专利权)人：山西晟科微生物建材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14