水泥基材料開(kāi)裂自修復(fù)的微生物復(fù)合外加劑及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種水泥基材料自修復(fù)添加劑，尤其是涉及一種水泥基材料開(kāi)裂自修復(fù)的微生物復(fù)合外加劑及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]由于水泥基材料固有的物理力學(xué)特性而產(chǎn)生的微觀裂縫若得不到及時(shí)修復(fù)，將很可能誘發(fā)混凝土的宏觀開(kāi)裂，造成結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性下降，更有可能發(fā)生惡性擴(kuò)展而導(dǎo)致重大安全事故和人員傷亡。傳統(tǒng)的解決方案在于對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢修和維護(hù)。然而，對(duì)于一些大型基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)進(jìn)行持續(xù)維護(hù)不僅困難，而且要耗費(fèi)大量人力和資金。因此人們開(kāi)始關(guān)注針對(duì)水泥基材料的自修復(fù)技術(shù)。
[0003]目前已有的水泥基材料自修復(fù)方法主要包括:基于水泥基材料自身的礦物自修復(fù)、預(yù)埋內(nèi)注膠黏劑的微膠囊或中空玻璃纖維管、預(yù)埋形狀記憶合金。這些方法盡管在一定程度上能實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫的自修復(fù)，但均存在著不可避免的缺陷:礦物自修復(fù)法修復(fù)量有限，且修復(fù)效率低；預(yù)埋微膠囊或空心纖維會(huì)給混凝土成型帶來(lái)困難，且所包含的膠黏劑多為聚合物材料，容易帶來(lái)環(huán)境問(wèn)題；預(yù)埋形狀記憶合金則只能實(shí)現(xiàn)基體的“線”修復(fù)而無(wú)法達(dá)到“點(diǎn)”修復(fù)，且形狀記憶合金材料往往不夠經(jīng)濟(jì)。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利CN 102584073A公布了一種裂縫自修復(fù)水泥基材料添加劑及其使用方法和水泥基材料。添加劑按載體270?500g、乳酸鈣5?1g和10mL的菌液離心而得的菌泥組成，所述的菌液是將菌株Bacillus ha1durans按常規(guī)方式接種至培養(yǎng)基中培養(yǎng)得到，菌液中所含菌體濃度為(5?6) X 16個(gè)/mL，所述載體為爐渣或陶粒，所述的乳酸鈣配制成質(zhì)量百分比為1%水溶液加入?；谒龅牧芽p自修復(fù)水泥基材料添加劑的水泥基材料，所述的添加劑的質(zhì)量占水泥砂漿和添加劑總質(zhì)量的20%?40%。經(jīng)24h固化后浸泡于30°C的恒溫富氧水浴中。5天后裂縫中產(chǎn)生少量白色物質(zhì)，40天后裂縫可完全被填滿，裂縫修復(fù)完全。該專(zhuān)利中采用Bacillus halodurans菌種，采用爐澄或陶粒作為載體進(jìn)行保護(hù)，工藝較復(fù)雜，采用乳酸鈣作為前體鈣源，對(duì)修復(fù)效率有一定影響，致使其修復(fù)效率較低，在40天后才能實(shí)現(xiàn)修復(fù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種水泥基材料開(kāi)裂自修復(fù)的微生物復(fù)合外加劑及其應(yīng)用，該外加劑基于微生物礦化沉積作用，能經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)效且主動(dòng)地填塞并修復(fù)水泥基材料所產(chǎn)生的微裂縫，以保證結(jié)構(gòu)的完整性和延長(zhǎng)其服役壽命。所形成的修復(fù)介質(zhì)耐久性好，同時(shí)具有良好的環(huán)境友好性。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]本發(fā)明第一方面提供一種水泥基材料開(kāi)裂自修復(fù)的微生物復(fù)合外加劑。
[0008]該復(fù)合外加劑由菌液、修復(fù)營(yíng)養(yǎng)組分及輔助組分混合而成，其中，菌液是將目標(biāo)菌株Bacillus cohnii按常規(guī)方式接種于基礎(chǔ)培養(yǎng)基中培養(yǎng)后收集菌株濕細(xì)胞而獲得，菌液最終濃度控制在(2?4) X 107cell/ml范圍，修復(fù)營(yíng)養(yǎng)組分包括谷氨酸鈣與酵母膏，輔助組分包括娃粉與引氣劑；每10ml菌液中各組分含量為:谷氨酸媽0.9?3.6g、酵母膏0.1?0.3g、硅粉 18 ?27g、引氣劑 0.018 ?0.02g。
[0009]所述的基礎(chǔ)培養(yǎng)基的成分按質(zhì)量份計(jì)為，蛋白胨4?6g、牛肉膏2?4g、碳酸氫鈉0.4?0.45g、碳酸鈉0.5?0.56g，水1000ml，并用NaOH溶液將pH值調(diào)至9.2?10.0。
[0010]細(xì)菌培養(yǎng)方式為:于25?37°C在水浴搖床上以100?150rpm的速度振蕩培養(yǎng)24?48小時(shí)。
[0011]細(xì)菌收集方式為:將獲取的培養(yǎng)菌液在離心機(jī)上以3000?4000rpm的速度離心
10?20min后，去除上層清液并用去離子水收集菌株濕細(xì)胞。
[0012]本發(fā)明第二方面提供上述水泥基材料開(kāi)裂自修復(fù)的微生物復(fù)合外加劑的應(yīng)用。
[0013]按照占水泥干混砂漿和復(fù)合外加劑總質(zhì)量20%?30%的比例將復(fù)合外加劑加入水泥干混砂漿中，攪拌均勻，并使用。
[0014]已添加復(fù)合外加劑的硬化水泥砂漿經(jīng)破壞產(chǎn)生裂縫后，在溫度為25?37°C、相對(duì)濕度為100%或水飽和且供氧充分的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)7?14天后即可自修復(fù)裂縫。
[0015]本發(fā)明利用微生物誘導(dǎo)礦化沉積作用來(lái)實(shí)現(xiàn)水泥基材料的開(kāi)裂自修復(fù)。通過(guò)將高濃度菌株濕細(xì)胞、修復(fù)營(yíng)養(yǎng)組分及輔助組分以復(fù)合外加劑的方式在成型時(shí)加入水泥基體并分散均勻。硬化后的水泥石為封閉環(huán)境，菌體以休眠形式處于其中，同時(shí)輔助組分中的硅粉可以降低水泥石堿度，而引氣劑可以為菌體提供適當(dāng)?shù)目臻g，以保證休眠菌體能長(zhǎng)期穩(wěn)定存在。當(dāng)基體發(fā)生開(kāi)裂破壞后，裂縫接觸氧氣、水分后，休眠的菌體在修復(fù)營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)存在的作用下復(fù)蘇，在隨后的新陳代謝活動(dòng)中逐步將谷氨酸鈣轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕}沉積，從而主動(dòng)修復(fù)裂縫。本發(fā)明中所采用的前體鈣源為谷氨酸鈣，可提高修復(fù)效率，使其在1-2周內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)修復(fù)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):微生物復(fù)合外加劑由于能充分與水泥混合，因而可以很好地分散于水泥基體中，可保證任意處的裂縫均能得到及時(shí)有效的修復(fù)，節(jié)約大量的維護(hù)資金。所產(chǎn)生的修復(fù)介質(zhì)為天然碳酸鈣，有良好的耐久性和體積穩(wěn)定性，且與水泥石相容性好，環(huán)境友好性突出。另外，外加劑的組分亦不會(huì)影響水泥的正常水化，因而不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體性能。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為水泥石裂縫中沉積物質(zhì)的XRD圖譜；
[0018]圖2a為水泥石裂縫中沉積物質(zhì)的SEM圖像；
[0019]圖2b為圖2中“ + ”標(biāo)識(shí)處的EDAX圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例1?3:水泥基材料開(kāi)裂自修復(fù)的微生物復(fù)合外加劑的配制
[0022]實(shí)施例1
[0023]—種微生物復(fù)合外加劑的配制方法，將菌株Bacillus cohnii按常規(guī)方式接種于基礎(chǔ)培養(yǎng)基中，該基礎(chǔ)培養(yǎng)基的成分按質(zhì)量份計(jì)為:蛋白胨5g、牛肉膏3g、碳酸氫鈉0.42g、碳酸鈉0.53g，水1000ml，并用lmol/L NaOH溶液將pH值調(diào)至9.7。隨后于37°C在水浴搖床上以120rpm的速度振蕩培養(yǎng)48小時(shí)。將獲取的培養(yǎng)菌液在離心機(jī)上以4000rpm的速度離心15min后，去除上層清液并用去離子水收集菌株濕細(xì)胞，并將菌液最終濃度控制在
3.3X107cell/ml范圍。每10ml菌液加入修復(fù)營(yíng)養(yǎng)組分和輔助組分即得。所述修復(fù)營(yíng)養(yǎng)組分的成分為