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添加固载微生物的膨胀珍珠岩修复混凝土裂缝的方法与流程

花匠小妙招
2025-04-25 00:28

本发明属于微生物混凝土技术领域，涉及一种在混凝土中添加固载微生物的膨胀珍珠岩来修复混凝土裂缝的方法。

背景技术：

混凝土是目前使用最广泛的建筑材料，但是它存在抗拉强度低、脆性高、抗裂性差等缺点，难以避免会产生裂缝。相对于开裂后再进行人工修复，微生物裂缝自修复技术就会显得尤为重要。

张智慧等人(新型外源性渗透修复材料对混凝土裂缝修复效果研究[j].混凝土,2017(10).)通过对混凝土裂缝修复效果的研究，得到外源性渗透修复材料，能够较好修复混凝土结构裂缝，并能恢复混凝土结构一定的抗折、抗压强度。王建辉等人(王建辉,张浩博,桑国臣.混凝土裂缝修复材料的研究[j].新型建筑材料,2012,39(5).)通过环氧树脂人工涂抹方式修复裂缝，达到可观效果。但是传统的混凝土裂缝修复方式一般采用被动的事后修复或者定时修复，费用较高，难以应用于一些地下结构、水下结构、有危险气体等人力难以进入的混凝土结构裂缝修复，并且大多适用于宽裂缝，对于混凝土裂缝尤其是微裂缝的诊断和修复存在着较大难度。因此迫切需要采用新的技术或方式，主动地对裂纹和损伤部位进行修复，从而恢复甚至提高混凝土材料的强度以及延长混凝土结构使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种添加固载微生物的膨胀珍珠岩修复混凝土裂缝的方法。该方法将微生物和所需的营养物质与砂或矿物掺和料混合均匀，压实后填充裂缝，在合适的养护环境下，微生物产生碳酸钙将砂等胶结成为整体，从而填充孔隙或裂缝，最终实现裂缝修复，从而保证结构的安全性和耐久性。

实现本发明目的的技术解决方案为：

添加固载微生物的膨胀珍珠岩来修复混凝土裂缝的方法，具体步骤如下：

步骤1，利用真空浸渍法，将矿化微生物科氏芽孢杆菌dsm6307(bacilluscohniidsm6307)菌悬液和乳酸钙在负压下吸附在膨胀珍珠岩颗粒表面及内部孔隙中，烘干，在膨胀珍珠岩表面喷洒酵母浸膏溶液，喷洒完成后再烘干，得到固载细菌与乳酸钙的膨胀珍珠岩；

步骤2，在固载细菌与乳酸钙的膨胀珍珠岩表面均匀喷涂由偏高岭土、硅酸钠与水混合形成的浆体，干燥得到自修复颗粒；

步骤3，对自修复颗粒预湿处理后，加入混凝土中拌制，将拌制好的混凝土装入模具中，振实抹平，最后进行标准养护，得到自修复的混凝土。

优选地，步骤1中，所述的负压为-0.05～-0.07mpa，吸附时间为14～16min。

优选地，步骤1中，所述的烘干温度为40±2℃。

优选地，步骤1中，所述的酵母浸膏溶液的浓度为1.4～1.6g/l。

优选地，步骤2中，所述的偏高岭土、硅酸钠与水混合形成的浆体中，偏高岭土、硅酸钠与水的质量比为2.2:1.0:1.1。

优选地，步骤3中，所述的标准养护为在温度为20±2℃，相对湿度为95％的标准养护条件下养护28天以上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

相对于陶粒及其他载体，本发明采用的膨胀珍珠岩具有孔隙率高、吸水率高(负压浸渍15min吸水率可达368.5％)、性质稳定、价格低廉等优点，满足微生物裂缝自修复混凝土对载体的要求，并且相对现有技术的直接掺入微生物修复剂不仅会使微生物失去活性甚至死亡，对混凝土后期开裂的裂缝无法取得良好的修复效果，本发明以膨胀珍珠岩为载体，可以大幅度的提高细菌存活率，不仅提高了混凝土的强度，同时对后期裂缝的修复有明显的效果，有利于提高地下工程、水电站、高层建筑等重大结构工程的安全性和耐久性等。

附图说明

图1为掺入修复颗粒前后的修复效果图。

图2为自修复颗粒的主要制作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

步骤1：选用的科氏嗜碱芽孢杆菌(bacilluscohnii，dsm6307)为菌体冻干粉，使用前应按照微生物培养方法对菌体进行活化，具体过程如下：

(1)培养基配置。培养基中各成分含量如下：超纯水1l，蛋白胨5g，牛肉膏3g，碳酸钠0.53g，碳酸氢钠0.42g，琼脂粉18g。

(2)培养基及器皿灭菌。将试验所需的其余器皿(玻璃平板、离心管、移液枪头等)与培养基置于高压锅中在121℃下高温灭菌20min。

(3)倒平板。在含有琼脂粉的培养基冷却凝固前，在超净台内按照常规的微生物培养平板制备方式制备芽孢杆菌的活化用琼脂平板。

(4)冻干粉重悬。将菌体冻干粉取少量装入灭菌的离心管中，用移液器将灭菌后的超纯水加入该离心管中，并用移液器向装有无菌水与冻干粉的离心管中吹气，使冻干粉分散，然后将离心管口关闭，得到冻干粉悬液。

(5)菌粉悬液涂平板。利用移液器吸取少量所得菌粉悬液加入平板中，然后利用三角涂棒在平板上将所滴入的菌悬液均匀涂开。

(6)封口以及恒温培养。将接种后的平板利用封口膜封住，防止染菌。封口完成后将平板置于恒温培养器中在30℃下恒温培养48h。

(7)微生物转接。将所得的第0代菌按照微生物培养方法利用琼脂平板进行转接，得到第1代工作用微生物。

(8)菌体保存。将培养所得菌液在无菌环境下加入灭菌后的离心管中进行离心操作，然后利用灭菌后的甘油溶液将离心所得菌泥重悬，并利用封口膜封口，最后置于-80℃冰箱中保存。

(9)菌液制备。按照常规的好养微生物接种、培养方法将甘油保存的工作用菌在ph10的液体培养基中进行培养，以得到菌体活性较高的培养基ph值。

步骤2：利用真空浸渍法将稀释好的菌悬液和乳酸钙在-0.05～-0.07mpa压力下吸附在膨胀珍珠岩颗粒表面及内部孔隙中，吸附时间为14～16min。吸附完后用烤箱将膨胀珍珠岩在40±2℃环境下烘干至恒重。烘干后，利用喷壶向膨胀珍珠岩表面喷洒酵母浸膏溶液(酵母浸膏含量为1.4～1.6g/l)，喷洒量为150g/l，喷洒完成后，将膨胀珍珠岩放入烘箱在40±2℃下再次烘干至恒重。

步骤3：对干燥所得的含菌膨胀珍珠岩颗粒进行外包裹处理，所用包裹材料为偏高岭土，硅酸钠溶液与水混合所得的浆体，浆体中各组分含量为偏高岭土：硅酸钠溶液：水＝2.2:1.0:1.1。具体方法为：将喷涂箱倾斜放置，取1l载体均匀平铺在喷涂箱内，将喷涂材料按照配比称重，先将水加入水玻璃搅拌均匀，然后向称量好的偏高岭土倒入水玻璃溶液搅拌均匀，打开空压机，将空压机调至0.5mpa。然后将搅拌好的浆体倒入喷涂料桶，喷涂20s后，翻转膨胀珍珠岩，对另一面进行喷涂20s，循环此过程直至喷涂材料喷完。喷涂结束后将喷涂好的载体进行装袋养护12h，再放入40±2℃烘箱中烘干至恒重。

步骤4：在试件制作前需对包裹后的载体预湿处理，预湿采用直接浸水方式，其拌合总用水量为在净用水量基础上加上载体1h的吸水量。按照下面的投料顺序和搅拌时间拌制混凝土：

(1)将包裹处理后的载体预湿；

(2)将砂、碎石投入搅拌机内搅拌60s；

(3)将减水剂加入所需拌合水中混合均匀备用；

(4)将水泥、硅胶等胶凝材料和预湿的载体投入搅拌机内搅拌60s；

(5)将加入减水剂的拌合水投入搅拌机内继续搅拌30s；

将拌制好的混凝土装入100mm×50mm(d×h)圆柱模具中，用振动台振实抹平。振动时控制振动时间，以防止和泥土出现分层、离析现象。试件成型后，在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜以防止水分流失，并在20℃的环境中静置一昼夜。然后对混凝土进行编号、拆模，并在相对湿度为95％的标准养护条件下继续养护28天。

图1为掺入自修复颗粒前后的修复效果。对照组为直接掺菌，从图中可以看出，以膨胀珍珠岩载菌的裂缝修复效果比直接掺菌的更好。