裂缝尺寸对微生物修复混凝土强度的影响

为研究微生物在不同宽度、深度的裂缝尺寸下对混凝土强度的修复效果,选用巴氏芽孢杆菌为裂缝修复剂,在宽度为0.75,1.0,1.25 mm及深度为15,30,45,60,75,90 mm的不同裂缝下对混凝土进行修复,通过混凝土抗压试验,测出未修复和修复的试块抗压强度.结果表明:(1)微生物在不同裂缝尺寸下的修复对混凝土强度都有提升作用;(2)裂缝深度对混凝土修复强度的影响更大;(3)在同一裂缝宽度下,修复效果出现了先上升后降低的趋势,在深度为30 mm和45 mm的时候,修复效果最佳.     

乳酸钙掺量对基于微生物矿化沉积的混凝土裂缝自修复效果的影响

基于微生物矿化沉积的裂缝自修复技术能够有效地实现混凝土裂缝的自诊断和自修复;然而,如果混凝土中微生物矿化沉积过程中所必需的营养物质掺量不足,则可能限制其裂缝自修复效果的充分发挥。以科式芽孢杆菌为自修复剂,以膨胀珍珠岩为修复剂载体,研制出一种新型裂缝自修复混凝土。主要考察乳酸钙掺量对基于科式芽孢杆菌矿化沉积的混凝土裂缝自修复效果的影响。试验结果表明,经过修复养护28 d后,研制的自修复混凝土表现出优越的裂缝自修复能力,最大修复裂缝宽度达到0.67 mm,为普通混凝土最大裂缝修复宽度的2.23倍;并且乳酸钙掺量对混凝土裂缝自修复效果影响较大,随着乳酸钙掺量的增加,混凝土的裂缝自修复能力显现出先上升后趋于平稳的趋势,当乳酸钙掺量为胶凝材料质量分数的1.75%时,混凝土的裂缝最大修复宽度达到最大。     

混凝土裂缝的微生物自修复效果

利用裂缝测宽仪、扫描电镜和热重分析技术分别对混凝土裂缝的微生物自修复效果进行了研究.研究结果表明:修复40 d后,混凝土裂缝就可以被微生物矿化形成的碳酸钙所填充,修复效果明显,最大填充宽度超过1 mm.微生物矿化形成的碳酸钙在裂缝开口处最多,且随着裂缝深度的增加碳酸钙逐渐减少,当混凝土裂缝深度超过10 mm时未发现微生物形成的碳酸钙.距离裂缝断裂面表层1.5 mm内,微生物可矿化形成较多碳酸钙.而当超过1.5 mm时,由于该微生物矿化需要氧气,因此,随着距离裂缝断裂面表层越远、距离水泥基体越近,微生物矿化形成的碳酸钙含量越来越少.     

不同矿化微生物对混凝土裂缝自修复效果影响

微生物矿化沉积能够有效地实现混凝土的裂缝自修复,从而延长混凝土结构的服役时间,然而直接掺入混凝土的微生物成活率会显著降低。该文以高孔隙率的膨胀珍珠岩作为微生物载体,研制了具有裂缝自诊断和自修复能力的混凝土,考察了不同类型矿化微生物对混凝土裂缝自修复效果的影响,并对混凝土裂缝处沉淀物进行了微观结构分析。试验结果表明:科氏芽孢杆菌和筛选的好氧型、兼性厌氧型、厌氧型混菌均具有良好的矿化沉积能力,混凝土经修复养护28d后裂缝修复率分别达到73.3%、83.3%、63.3%和41.5%。微观结构分析结果表明:利用不同类型矿化微生物研制的裂缝自修复混凝土的裂缝处填充物为不同形态的碳酸钙晶体。研究结果可为基于微生物矿化的混凝土裂缝自修复性能研究提供参考。     

基于微生物矿化技术的水泥基材料早期裂缝自修复

为了提高水泥基材料早期裂缝的自修复效果,采用了一种具有矿化作用的碳酸酐酶微生物.利用渗水法和图像处理技术研究了该微生物修复剂对不同裂缝宽度、不同开裂龄期下水泥净浆裂缝的修复情况.同时通过XRD,SEM和EDS技术对裂缝沉积物进行成分分析,并结合Photoshop软件研究了裂缝处矿化Ca CO3的沉积量.研究结果表明:开裂龄期为7 d时,宽度在0.5mm以下的裂缝很快修复完全,0.5~0.8 mm的裂缝修复受到一定限制,0.8 mm以上的裂缝较难修复完全;开裂龄期为7 d时,该自修复剂具有良好的修复效果,但开裂龄期越长,越难以修复;通过XRD分析确定了产物为方解石型Ca CO3;Photoshop软件中标尺工具测得的裂缝表面Ca CO3的沉积深度随裂缝宽度的增大而减小.     

微生物修复混凝土裂缝的试验观测

微生物修复技术所需的菌液流动性好,修复过程中微生物代谢物与水泥基材料有着良好的相容性和界面强度,因此,具备能耗低、绿色环保、施工简便的潜力.针对微生物修复混凝土裂缝问题,通过试验研究了环境碱度对细菌生长和微生物矿化的影响,探讨了胶结溶液的最优浓度配比和胶结时间,并将这些参数运用于后续微生物修复混凝土裂缝的试验中.试验中考虑了裂缝表观形状(裂缝深度、宽度及延伸角度)的差异,观察了碳酸钙沉淀的沉积方式,并采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)手段监测其沿裂缝界面的晶体组成和形貌.结果表明:菌体自身对环境碱性突变具有自适应能力,当环境碱性并非过高时(pH≤12),菌体在生长代谢过程中能够驱使环境pH值向着最适宜菌体自身生长的pH值(约为8.7)发展;快速诱导碳酸钙沉积修复混凝土裂缝的最佳胶结液有效浓度为0.83 mol/L,最优微生物矿化间隔时间为5 h;裂缝表观形状的差异导致细菌在裂纹表面上的吸附不均匀性,其中裂缝的宽度不直接影响微生物修复的机理,而裂缝深度和裂缝倾角会影响碳酸钙沉淀的均匀性;使用注射和漫灌胶结液的方式修复具有不同表观形状的裂缝的混凝土最好的修复效果能将混凝土的渗透性降低4个数量级(从10~(-4)m/s到10~(-8)m/s).     

基于微生物诱导碳酸钙的岩体结构面修复试验

针对混合花岗岩开展了巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉积的结构面修复试验研究.在实验室内对巴氏芽孢杆菌活化培养，利用电导率变化量表征巴氏芽孢杆菌脲酶活性，考察其生长规律与理化特性.借助XRD，EDS及SEM等手段对结构面处巴氏芽孢杆菌诱导产物进行分析.研究表明，选用22~28h培养后的菌液，巴氏芽孢杆菌脲酶活性最高;30℃，pH为8的理化环境最适合巴氏芽孢杆菌生长繁殖;巴氏芽孢杆菌在结构面处的沉积产物为5~10μm的立方体状碳酸钙晶体，以螺旋位错结晶方式生长，最终将结构面胶结在一起，达到结构面修复的目的.     

好氧混菌矿化能力与增强再生粗骨料性能研究

微生物矿化沉积方法利用矿化微生物代谢生成的碳酸钙能够对混凝土裂缝或再生骨料缺陷进行有效地修复,然而目前基于微生物矿化修复材料缺陷研究大多数采用单一类型的微生物,其培养成本高并且矿化鲁棒性不足。本文筛选一种适用于增强再生混凝土骨料性能的好氧嗜碱混菌,以提高矿化鲁棒性并显著降低培养成本。首先考察矿化沉积时间、钙离子浓度、乳酸浓度、菌液浓度和钙源对该混菌矿化效率的影响,并将其矿化效率与科氏芽胞杆菌进行对比;然后采用该混菌对再生粗骨料进行矿化增强以验证其有效性。试验结果表明,随着矿化时间的延长,混菌矿化沉淀量呈现出先增大后趋于稳定的变化规律;钙离子浓度过高反而会抑制混菌矿化效率,提高菌液浓度能够有效地改善混菌矿化效率;相同环境条件下混菌的矿化效率明显优于科氏芽胞杆菌。经混菌矿化增强的再生粗骨料吸水率和压碎指标降低幅度可分别达到44.6%和30%,验证了筛选混菌的有效性。     

微生物沉积碳酸钙修复混凝土裂缝抗渗性研究

混凝土开裂引起的渗漏是困扰工程界的一大难题,利用微生物的酶化作用诱导碳酸钙沉积封堵混凝土裂缝是解决这一难题的有效途径.本试验采用正交试验的方法浇筑了9个混凝土试件,选取不同裂缝宽度、深度、缝内是否填介质和不同钙源溶液等4项影响参数.首先,采用微生物灌浆的方法对裂缝进行封堵,记录每个试件灌浆的次数;然后对修复后裂缝的抗渗承压能力进行测试.对正交试验的均值和极差分析表明:裂缝的宽度和深度是影响封堵和抗渗承压能力的关键因素.裂缝的宽度越小、缝越深,灌浆次数越少,抗渗承压能力也越高.裂缝中填充介质加速了裂缝的封堵,同时抗渗承压能力也有所提高.用氯化钙作为钙源要比其它两种钙源封堵灌浆次数略有减少,抗渗承压能力提高也有限,考虑到氯化钙对钢筋的锈蚀作用,工程中应慎用.     

微生物自修复砂浆裂缝区溶液理化特征

针对微生物自修复水泥基材料仅浅层修复的问题,探究裂缝宽度、开裂龄期和裂缝深度对裂缝区溶液理化参数的影响,解释浅层修复的原因.通过pH试纸和pH计测得裂缝区溶液的pH值,通过钙离子计和EDTA滴定测得裂缝区溶液的Ca~(2+)浓度,通过酶标仪测得裂缝区溶液的碳酸根离子浓度,从而确定裂缝区溶液理化特征.结果表明:在密闭环境下,裂缝区溶液pH值均在13.3左右;试件开裂龄期由3 d增至56 d,裂缝区溶液Ca~(2+)浓度由140 mg/L逐渐增至350 mg/L.在大气环境下,裂缝区溶液表层3 mm内pH值相对较低,沿裂缝深度方向先增加后稳定(pH值在13.2左右);裂缝区溶液Ca~(2+)浓度沿裂缝深度方向先增加后趋于稳定;裂缝区溶液CO■浓度沿裂缝深度方向先降低后稳定至1.5 g/L左右;裂缝区加入微生物后,表层CO■浓度有所增加,深度方向CO■浓度无显著提升.裂缝深处CO■浓度较低是导致裂缝区修复较浅的主要原因.由SEM和XRD可知,裂缝区矿化产物主要是方解石型碳酸钙,微生物作用下的矿化产物呈凝胶状且具有一定的黏结性.     

基于数字图像的混凝土桥梁裂缝检测技术

应用visual C++6.0语言编制程序,研究了基于数字图像的桥梁裂缝检测方法,深入分析评价了图像灰度化、棋盘格角点求解像素率、滤波除噪、边缘检测等图像处理算法,实现了基于视频(或图像)的桥梁裂缝宽度计算和软件系统,并用15幅桥梁裂缝图像验证了其裂缝检测精度.结果表明:本文提出的裂缝识别方法能较好地用于钢筋混凝土桥梁和B类预应力混凝土桥梁的裂缝检测,当裂缝宽度大于0.3 mm时,图像计算出的裂缝宽度值与实测值非常接近,相对误差在6％以内;当裂缝宽度为0.2～0.3mm时,相对误差在10％以内.     

水泥基材料裂缝对钢筋锈蚀过程的影响

裂缝的存在对混凝土中钢筋的锈蚀过程有重大影响,目前关于裂缝对钢筋锈蚀过程的影响程度有很多不同的观点.针对该问题,在实验室条件下利用模拟的海水氯盐环境对带裂缝的圆饼试验中铁丝的锈蚀过程进行了研究.研究首先将铁丝预埋入圆饼形砂浆试件,待试件具有一定强度后,利用机械方法在圆饼表面制造不同宽度的贯穿与非贯穿裂缝;然后通过比较裂缝底部暴露的铁丝表面和未暴露表面随时间的不同腐蚀程度来确定裂缝的存在对锈蚀过程的影响.研究表明:当贯穿裂纹的表面宽度为0.5mm时,锈蚀位置与裂缝位置的相关性大于60%;裂纹宽度为0.2mm时,两者的相关程度低于20%.     

基于PSO-LSSVM的疲劳裂纹漏磁定量识别技术

针对疲劳裂纹难以定量识别的问题,提出一种将主成分分析（PCA）和粒子群优化的最小二乘支持向量机（PSO-LSSVM）相结合的建模方法,通过建立漏磁信号与疲劳裂纹宽度、深度之间的非线性映射关系,对疲劳裂纹宽度、深度进行定量识别.搭建漏磁检测系统,采用疲劳拉伸试验制备一系列疲劳裂纹样本,通过疲劳裂纹漏磁定量识别实验,建立漏磁缺陷样本库,对基于PSO-LSSVM的疲劳裂纹漏磁定量识别方法的可行性进行验证.结果表明,该方法能够有效定量识别尺寸小于1 mm;疲劳裂纹的宽度、深度,误差在0.1 mm左右.      

双重环筋约束下超短混凝土试件的局部受压试验研究

针对27个配置了双重环筋的圆柱形构件进行了局部受压试验,试件高度低于试件直径.研究了非局压区宽度b、试件高度h和约束钢筋配筋率ρ对试件的破坏形态、极限承载力、等效应力-应变曲线、开裂荷载、正常使用状态下的荷载及内外环筋屈服荷载的影响.在环筋的约束下,试件局压区核心混凝土体出现较高的强度和较好的延性.试件发生了三类破坏形态:侧面只有竖向裂缝、竖向裂缝加不全贯通环向裂缝和竖向裂缝加全贯通环向裂缝.高度系数β对于试件承载力的影响是最大的,随着β的减小,承载力呈非线性增大趋势.随配筋率增大,承载力增大,其增大量有变缓的趋势.宽度系数对试件承载力有一定影响,但不太明显.     

湿热-疲劳作用下水性环氧树脂桥梁混凝土裂缝演化

为探索湿热地区桥面板混凝土裂缝结构的演化规律,设计了湿热-疲劳耦合加载试验,借助扫描电镜SEM和Image-Pro Plus软件,分析了荷载单因素及湿热-疲劳耦合作用下桥面板混凝土裂缝结构参数的变化规律,揭示了混凝土细观裂缝的演化过程和水性环氧树脂混凝土的改性机理。结果表明：在荷载单场作用下,裂缝面积密度随作用次数单调增加,裂缝沿长度方向延伸和闭合交替变化,裂缝宽度则呈压缩和扩张交替变化;在湿热-疲劳耦合下,混凝土细观裂缝结构演化过程为压缩变形,扩展和贯通三个阶段。水性环氧树脂混凝土组裂缝面积密度、最大长度和宽度相比基准组分别降低了23.44%、33.19%和26%,分形维数减小了0.017。水性环氧树脂在混凝土内部形成的柔性聚合物膜桥联于微裂缝之间,能有效抑制混凝土细观裂缝的延伸与扩展,提高桥面混凝土耐久性。     

反向加载条件下CFRP加固混凝土梁裂缝演化的试验研究

通过对4根存在较大宽度裂缝的混凝土梁在反向加载条件下的碳纤维(CFRP)加固试验,分析了在反向加载条件下碳纤维加固梁的力学性能及裂缝的开展规律,表明采用该方法在第二次加载过程中混凝土梁的最大裂缝的宽度也可以得到有效的控制,可以减小裂缝宽度20％～50％．试验结果及理论分析表明该加固方法对减小混凝土梁的裂缝宽度、改善梁的应力分布有显著效果．     

高温后高强混凝土剪切裂缝与拉剪箍筋销栓作用

为研究高温后高强混凝土的剪切裂缝和拉剪箍筋销栓作用,浇筑了两种强度高强混凝土Z形试件.分别对试件进行了200,400,800°C的高温试验,通过高温后试件的直剪试验,研究了温度和混凝土强度对剪切裂缝的影响.基于弹性地基梁理论建立了箍筋销栓作用模型,结合实测的剪切裂缝宽度和裂缝滑移,计算得到高温后高强混凝土与箍筋之间的销栓剪应力.研究结果表明:除200°C以外,高强混凝土的裂缝峰值位移(裂缝峰值宽度和裂缝峰值滑移)随温度的升高而增大;无论经历多高的温度,混凝土的强度越高,裂缝峰值位移越小;箍筋的销栓剪切应力与裂缝滑移呈线性关系,销栓剪切刚度随温度的升高而降低,随混凝土强度的增大而增大;销栓剪切应力随温度的升高而增大,随混凝土强度增大而减小.     

混凝土裂缝微生物修复技术的研究现状与进展

文章回顾了近些年混凝土裂缝微生物修复技术的国内外研究现状,探讨了修复裂缝的微生物及其修复机理,阐述了微生物修复裂缝的两种方式,分析总结了修复过程的内外影响因素,给出了裂缝的修复质量评价方法,展望了微生物技术在修复混凝土裂缝的发展前景。     

UHPC加固箱梁顶板受弯性能试验研究

提出密配筋UHPC(超高性能混凝土)加固钢筋混凝土箱梁顶板方法,以消除混凝土箱梁顶板因开裂导致结构承载能力和耐久性普遍降低两类病害.为探究该加固方法在集中荷载下的箱梁顶板横向受弯性能,对3块足尺箱梁顶板局部模型进行试验研究.试验结果表明:负弯矩作用下,受拉的UHPC层显著提高了加固板的抗裂性能和刚度;加固试验板的开裂强度取决于UHPC的弹性抗拉性能;裂缝宽度为0.2mm时的持荷水平相对于未加固试验板提高了255.8%;当裂缝宽度小于0.27mm时,荷载与最大裂缝宽度关系近似线性.正弯矩作用下,UHPC层受压,加固试验板的开裂强度取决于封闭裂缝所用黏胶的抗拉强度;因为普通混凝土区域裂缝出现较早,正弯矩加固板在前期表现出略微偏大的挠度,但后期挠度和裂缝宽度的增长速度均明显小于未加固板,致密的UHPC层为箱梁顶板提供良好的防水性能,加固层对正弯矩试验板刚度的提高和裂缝发展的控制效果较为明显;破坏形态符合预期,破坏荷载与理论计算结果吻合良好.