混凝土中微生物自修复的微观修复过程及表征

发布时间：2020-07-11 22:40

【摘要】：建筑材料如混凝土、石材等在其服役期间经常遭受到各种物理、化学、生物等因素的作用,内部通常存在微裂缝,这种现象在土木工程领域中是常见的。微裂缝的存在会使腐蚀性气体和水进入混凝土的内部结构,进而影响混凝土的耐久性和水密性,因此必须对这些裂缝进行修复。利用矿化微生物对混凝土中的裂缝进行自修复近年来受到广泛重视。本实验对筛选自广东省深圳市福田红树林沉积物中的Bacillus sp.B6进行研究,研究其最佳萌发条件,Bacillus sp.B6是一株耐碱菌,能够在强碱环境的混凝土中生存。运用光吸收法对B6芽孢萌发的最佳条件进行研究,结果表明:最佳萌发剂是肌苷,肌苷的最佳萌发浓度为10mmol/L;最佳无机盐种类为氯化钠,且氯化钠浓度为200mmol/L;萌发最佳pH为11;最佳缓冲液的CAPS。制备了以乙基纤维素为壁材、DSM8715为芯材的生物微胶囊(EC),并将微胶囊放入混凝土中,利用楔形模具将试件劈裂后发现,裂缝穿过微胶囊,且微胶囊破裂。之后用体式显微镜和XCT分别观察DSM8715修复裂缝的情况,并对修复结果进行ESEM观测和EDS能谱测试。结果表明,微生物在混凝土中的自修复行为是从裂缝边缘开始的,并且生成的物质是碳酸钙沉淀。对裂缝已修复的混凝土试件进行碘离子渗透实验,用环氧树脂将试件5个面包裹,只留一面有裂缝的进行渗透实验。结果表明,由于微胶囊(无细菌)的存在,无菌组试件渗透最快,在6h的时候就全部渗透至试块底部位置,空白组次之,有菌组试件在6h,12h,18h均未发现有碘离子渗透现象发生,这一结果进一步说明微生物对裂缝的有效修复。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528
【图文】：

混凝土,裂缝,碳酸钙,兰学

图 1-1 基于微生物的混凝土自修复过程[19]Fig.1-1 Self-repairing concrete process based on microorganism[19]兰学者 Jonkers 等[19]研究发现微生物在混凝土中发生自修复反应时，尿可能产生氨，不仅对混凝土结构本身不利，还可能带来潜在的环境污染者又提出了利用好氧微生物来修复混凝土表面的裂缝。Jonkers 和 Sch氏芽孢杆菌（Bacillus cohnii）、耐热芽孢杆菌（Bacillus halodura巴氏杆菌（Bacillus pseudofirmus）三种好氧菌来研究混凝土中微生法的可行性。他们将细菌包埋水泥试件中并制造裂缝，之后将有裂缝的培养基（主要材料为酵母粉和蛋白胨）中。待裂缝修复完成后，测量水度后发现，有菌组和空白对照组并无明显差异，但在浸泡 12 天后，扫SEM）图像显示，有菌种的试件表面有碳酸钙沉淀产生，这说明在混凝，有外界营养物质供应时，混凝土裂缝能够被碳酸钙填补愈合从而改善，但结构的力学性能基本没有提高。

柱状图,缓冲液,碳酸氢钠,芽孢

图 2-6 不同萌发缓冲液下的芽孢萌发率Fig.2-6 Spore germination rate of different germination buffer.用三种不同 pH 的萌发缓冲液 CAPS、碳酸钠/碳酸氢钠、无菌水来最适缓冲液。图 2-6 以柱状图的形式直观地统计了不同萌发缓冲率，横坐标是萌发缓冲液种类，纵坐标是 B6 菌芽孢的萌发率。对芽孢的萌发影响很大，其中以 CAPS 对芽孢萌发促进作用最大，其 pH 约为 11，B6 菌芽孢萌发率最高，达到 76.45％；当缓冲液钠/碳酸氢钠时，B6 菌芽孢萌发率为 31.24％；空白对照组，无菌芽孢萌发率最低，只有 7.09％。由此可知，在这三种不同 PH 缓液的最佳选择是 CAPS。

开裂过程,混凝土试块,碳酸钙

裂后能否产生期望的碳酸钙沉淀。首先对 3.1.2.沿裂缝再用压力试验机和楔形模具劈开；然后对电镜观察，重点观察裂缝表面的矿化物沉淀；最形态。淀的能谱分析及元素分析土裂缝表面刮下部分沉淀物晶体，将获得的晶体进果可以大致得到碳酸钙分子内部的三元素 Ca、C例可以鉴定出沉淀物晶体是否为碳酸钙。裂及微胶囊分布情况开裂过程

【参考文献】