基于膨胀珍珠岩固载微生物的混凝土裂缝宽度修复及基本力学性能初探

发布时间：2020-05-18 08:36

【摘要】：混凝土是目前使用最广泛的建筑材料,但是它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无需人为干预,当裂缝产生时,微生物在裂缝处形成矿化产物最终实现裂缝修复。但是混凝土基体内的高碱环境和逐渐缩小的孔径可能导致直接掺入的微生物成活率显著降低。为了使微生物更好地存活并保持活性,本课题组首先提出采用高孔隙率的膨胀珍珠岩固载矿化微生物,研制了一种具有裂缝自修复能力的混凝土。与普通混凝土相比,掺入大量膨胀珍珠岩会降低混凝土的力学性能,为保证该混凝土既具有良好的裂缝自修复效果,又有足够的力学性能,本文进一步对其自修复效果和基本力学性能进行试验研究,主要工作如下:(1)本文首先对自修复颗粒的制备和性能进行研究,对膨胀珍珠岩和陶粒载体的化学成分、颗粒级配以及堆积密度、筒压强度、吸水率(分别在负压状态下和常压状态下测试)、体积漂浮率等基本性能进行测试。用培养好氧微生物的常规方法培养好氧嗜碱芽孢杆菌(Bacteria.H1),在负压状态下吸附菌液或乳酸钙溶液制作菌载体或乳酸钙载体。研究包裹材料配比对喷涂效率、烘干时间以及膨胀珍珠岩的吸水率、堆积密度、筒压强度的影响规律,进行膨胀珍珠岩表面微观形貌分析。研究结果表明:经过偏高岭土地聚合物或水泥浆包裹处理的膨胀珍珠岩的吸水率、体积漂浮率显著下降,筒压强度、堆积密度显著提高。(2)研究菌体掺入方式、膨胀珍珠岩掺量、载体包裹材料、乳酸钙掺入方式、膨胀珍珠岩粒径对混凝土裂缝自修复效果的影响。采用裂缝修复宽度表征修复效果,研究结果表明:以膨胀珍珠岩固载矿化微生物的试件裂缝修复率最高,28d最大裂缝修复宽度为0.79mm;在裂缝修复后期,膨胀珍珠岩掺量为90%的混凝土试件相比掺量30%、50%、70%的裂缝修复效果更好,无包裹组相比包裹组试块的裂缝修复效果更好。(3)研究菌体掺入方式、水胶比、硅灰掺量、膨胀珍珠岩掺量、载体包裹材料、载体粒径、聚丙烯纤维掺量等影响因素对该混凝土物理力学性能的影响。试验结果表明:同直接掺菌相比,用膨胀珍珠岩载菌对混凝土抗压强度的不利影响明显减弱;混凝土立方体抗压强度、表观密度、劈裂抗拉强度随着膨胀珍珠岩掺量的增加而降低;掺入包裹水泥浆膨胀珍珠岩的混凝土相比掺入无包裹的表观密度、抗压强度有一定程度的提升;随着聚丙烯纤维掺量的增大,抗压强度逐渐降低,劈裂抗拉强度、拉压比逐渐增大,混凝土脆性逐渐降低。
【图文】：

耐久性好、成本低，以至于它是目前使用快，城市基础设施建设规模不断扩大，在未最主要的工程材料[1]。多相非匀质材料，存在抗拉强度低、脆性中容易受周围复杂环境的影响，混凝土的生后，不仅混凝土的强度会降低，而且环通过裂缝侵入混凝土的内部，引发渗漏、示），降低混凝土结构的耐久性。例如隧道重后果[2]。这些微小裂缝如果在发展成宏结构的安全性和耐久性。

1.2.1 节中介绍的基于微生物矿化沉积的被动修复技术以及 1.1.2 节传统裂缝修复方法由于需要人为操作，在某些特殊混凝土结构中应用会受到限制，如水下工程、地下工程、高空结构等。与开裂后再进行人工修复相比，微生物裂缝自修复技术无需人为控制，有减少结构维护工作量、降低维修费用、提升混凝土结构的耐久性等优点，使混凝土材料在一定程度上实现了多功能化与智能化。2011 年 Jonkers[29]等首次提出利用矿化微生物制作自修复混凝土的想法，在混凝土制备过程中掺入好氧嗜碱芽孢杆菌及相应的营养物质，，该菌体的芽孢能耐受混凝土搅拌时的高速剪切冲击以及混凝土的高碱环境，并且在混凝土硬化后能长期处于休眠状态。当混凝土产生裂缝并有外界的氧气和水渗入后，处于休眠状态的孢子被唤醒并恢复其新陈代谢的功能，在其生命活动过程中不断诱导产生碳酸钙沉积，从而修复混凝土裂缝（如图 1-2 所示），甚至可以避免混凝土中钢筋产生锈蚀[30]。此外，与其他混凝土自修复技术相比，微生物自修复技术是可持续的，即裂缝修复完成闭合后，微生物又将在混凝土内部产生新的休眠芽孢，以便为下一次修复做准备。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

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本文编号：2669458