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。     

微生物作用下混凝土裂缝修复效果试验研究

微生物矿化作用可以有效愈合混凝土裂缝,达到修复混凝土裂缝的目的.本文以带裂缝混凝土为研究对象,设置0.2、0.3、0.6 mm三个裂缝宽度和20、30 mm两个裂缝深度,以巴氏芽孢杆菌为菌株,通过裂缝观测、超声波测试、立方体抗压强度测试及裂缝内部微生物沉积物质的微观形貌分析,研究微生物对不同深度及宽度混凝土裂缝的修复效果.研究结果表明:巴氏芽孢杆菌可有效修复混凝土表面裂缝;氧气的供给是微生物在裂缝内部矿化的重要环境条件,随着裂缝深度的增加,巴氏芽孢杆菌的修复效果减弱;随着裂缝宽度的增大,微生物在裂缝内部的矿化效果减弱.     

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.     

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.     

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).     

基于微生物的水泥基材料裂缝自修复技术研究进展

 微生物自修复水泥基材料裂缝因具有较大的修复潜力和环境友好等特点而受到广泛关注。从微生物自修复水泥基材料裂缝发展历程、微生物诱导矿化沉淀结晶机理、微生物诱导矿化产率及影响因素、微生物的固载及固载后矿化活性的测定、裂缝制作方法及修复养护条件、修复效果表征方法、裂缝自修复效果和微生物自修复剂对水泥基材料自身性能的影响方面,综述了其研究进展,并指出了目前微生物自修复水泥基材料研究中主要存在的问题。     

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。     

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.     

环境因素对砂浆裂缝自愈合的影响

设计在自然空气、相对湿度95%、干湿循环和浸水4种不同环境中的自修复条件,探究它们对水泥砂浆裂缝自愈合的影响;采用光学显微镜观察、超声波脉冲速度以及相对动弹性模量测试手段表征砂浆裂缝在不同环境中的自修复效率,利用热重分析和微观形貌分析研究自愈合产物的类型及作用机理。结果表明:液态水的存在有利于未水化水泥颗粒的继续水化和碳酸钙的结晶沉淀;干湿循环和浸水环境能使宽度约为250μm的裂缝完全愈合,而空气和相对湿度95%的环境中的裂缝愈合效果较差。     

利用电沉积方法修复混凝土裂缝试验研究

对利用电沉积方法修复混凝土裂缝进行了试验研究．试验选取6种电沉积溶液及各项试验参数,设计了利用电沉积方法修复混凝土裂缝的试验装置,比较不同溶液中试件表面和裂缝的沉积效果,结果表明：在所选的6种电沉积溶液中,ZnSO04,MgSO4和MgCl2溶液可取得较好的沉积效果,试验采用的装置对于利用电沉积方法修复混凝土裂缝是适用的．     

微生物非脲解作用诱导碳酸钙沉积研究

利用嗜碱型芽孢杆菌的非脲解矿化作用,在含2种不同有机钙源的矿化培养基中实现了微生物诱导碳酸钙沉积。讨论了沉积过程中细菌生长特性及碳酸钙沉积动力学,并综合运用X射线衍射、热分析和扫描电子显微镜对沉积产物进行了研究,结果表明,降低初始钙离子浓度有利于提高有机钙源的转化率,而改变钙源种类对碳酸钙沉积动力学及碳酸钙晶型、形貌均有较大影响。含乳酸钙和谷氨酸钙的矿化培养基中分别沉积得到了结晶不良的方解石和稳定性较差的球霰石,且后者的沉积产率更高。证实了嗜碱菌的非脲解诱导碳酸钙沉积途径具备应用于混凝土防护和修复的潜质。     

基于灰色理论预测电沉积处理后的混凝土抗碳化性能

选用ZnSO4,MgSO42种溶液,对带裂缝的砂浆试件进行了修复,测定了7d,14d,21d,28d,35d龄期试件裂缝处的碳化深度,并就采用MgSO4溶液进行电沉积处理后混凝土裂缝处的碳化深度进行了灰色预测.结果表明:带裂缝的砂浆试件经电沉积处理后,其抗碳化能力均有所提高,而且采用MgSO4溶液处理后,抗碳化能力的提高程度要高于ZnSO4溶液,GM(1,1)模型预测精度比较高,可以用于电沉积处理后混凝土抗碳化性能的灰色预测.     

电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的愈合效果

设计了电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的试验装置,采用多孔混凝土模拟带裂缝的混凝土,以质量增加量、透水系数及声速等为评价指标,研究了电流密度、电解质浓度等因素对不同空隙率的多孔钢筋混凝土的修复效果.试验结果表明:多孔混凝土空隙率对电化学沉积早期愈合效果影响较小;电流密度与电解质浓度越高,电化学沉积速率越快;多孔混凝土的透水系数越小,声速越大,但生成的Mg(OH)2晶体片状尺寸较大,厚度薄,且排列松散.多孔混凝土模拟裂缝可有效地反映电化学沉积法愈合效果.     

混凝土梁智能自修复试验与研究

利用形状记忆合金的形状记忆效应和受限回复产生较大驱动力的特性以及胶粘剂对裂缝的填充、修复特性,研究了一种智能自修复混凝土梁.通过试验验证了智能混凝土梁的自修复能力,并对智能混凝土梁的修复机理进行了分析.试验结果表明:裂缝产生后,胶粘剂从修复纤维管中渗入裂缝;通电加热改变形状记忆合金温度而使其对梁施加回复力,裂缝闭合.修复后的试样再次加载时,其开裂荷载提高,修复后的裂缝未再次开裂,而在试件中出现了新的裂缝.     

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。     

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.     

水灰比对水泥基材料裂缝自愈合机制的影响

采用裂缝开口显微观察、超声波脉冲速度测试以及超声波形分析方法,研究水与胶凝材料的质量比(简称水灰比)对水泥基材料裂缝自愈合性能的影响,借助热重分析、物相分析、微观形貌观察等手段,比较不同水灰比的砂浆试块裂缝内表面水化产物及自愈合产物的差异,评价不同水灰比的砂浆试块裂缝自愈合能力。结果表明:随着水灰比的增大,砂浆试块的自愈合能力明显改善,超声波恢复能力增强;水灰比较小的砂浆试块裂缝自愈合的机制是水泥矿物的继续水化,水灰比较大的砂浆试块裂缝自愈合的机制是碳酸钙沉积。     

混凝土的配合比设计及其自愈合和力学性能试验研究

以微生物为掺入变量,通过观察不同微生物掺量下混凝土表面裂缝尺寸、孔隙大小和力学性能的变化规律,确定最佳微生物掺入含量。结果显示:随着养护时间的增加,混凝土表面裂缝逐渐愈合,即裂缝长度逐渐减小。当养护龄期为28 d时,混凝土表面裂缝长度减小非常多,大约愈合比例80%;当掺入3%的微生物时,混凝土表面孔结构愈合,即吸水率为11.69%,并且表面不存在大孔;随着微生物掺量的增加,混凝土的抗压、抗折强度先增加而后逐渐降低,在力学性能方面微生物的最佳掺量为2%。     

低碱胶凝材料负载微生物应用于混凝土的开裂自修复

利用微生物诱导成矿实现混凝土的开裂自修复,面临的首要问题是对菌体进行负载保护,而载体材料是关键。该文选取了掺入质量分数20%硅灰的硫铝酸盐水泥作为低碱性胶凝负载材料,通过对胶凝材料的pH值以及凝结时间的优化,并评价负载后细菌芽孢的活性,探索出了一个有效的负载体系。混凝土开裂自修复的测试结果表明:借助该负载体系,28d可使最大约322μm宽的混凝土裂缝得以完全修复。修复后,混凝土抗压强度恢复到损伤前的84%,水密闭性恢复至未损伤时的水平。