混凝土裂縫微生物修復(fù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

田曼麗

摘要：混凝土因?yàn)榫哂辛己玫目箟耗芰湍途眯裕粡V泛應(yīng)用于各類(lèi)建筑工程中。然而混凝土在凝結(jié)硬化的過(guò)程中會(huì)因溫濕度變化而引起不均勻收縮或膨脹，以及在服役期間由外荷載引起材料內(nèi)應(yīng)力，這些都容易使混凝土產(chǎn)生裂縫。裂縫形成后，有害的液體和氣體可以通過(guò)裂縫腐蝕水泥基體并造成損壞，所以裂縫會(huì)降低混凝土的使用壽命。本文對(duì)混凝土裂縫微生物修復(fù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：混凝土裂縫;微生物;修復(fù);影響因素

引言

混凝土裂縫的滲透性是修復(fù)效果的視覺(jué)指標(biāo)。對(duì)環(huán)境堿度對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)和微生物礦化的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并通過(guò)注射和膠水的擴(kuò)散修復(fù)了具有不同形態(tài)裂縫的混凝土，從而大大降低了修復(fù)后混凝土的滲透性。一種新型的自修復(fù)裂縫混凝土是利用低氧微生物——從膨脹的珍珠中加載堿——研制出來(lái)的，而從膨脹的珍珠中加載的微有機(jī)體在修復(fù)和保存后，能夠有效地提高混凝土中裂縫的自修復(fù)能力寬度、深度、裂紋中是否存在填充介質(zhì)以及不同鈣源溶液等參數(shù)對(duì)修復(fù)后裂紋耐損性的影響。結(jié)果表明，不同接縫寬度條件下裂縫寬度越小，越有利于在裂縫內(nèi)壁捕獲碳酸鈣晶體，修復(fù)混凝土裂縫的注射量越少;不同深度條件下碳酸鈣晶體穿過(guò)裂縫的距離和運(yùn)輸時(shí)間越長(zhǎng)，越有可能穿過(guò)混凝土裂縫并沉降，因此裂縫深度越大，堵塞速度越快。

1概述

由于混凝土具有良好的耐壓性和耐久性，它在建筑行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，但在生產(chǎn)和服務(wù)過(guò)程中不可避免地受到內(nèi)部和外部因素的影響，從而使人們能夠接觸到濕度和腐蝕性離子，從而大大降低了耐久性和穩(wěn)定性因此，快速修復(fù)裂縫可以有效地防止外部危險(xiǎn)物質(zhì)進(jìn)入裂縫，延長(zhǎng)混凝土的使用壽命?；?836年發(fā)現(xiàn)的混凝土自修復(fù)現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了各種混凝土裂縫自修復(fù)方法，如氧化鎂內(nèi)部膨脹劑、內(nèi)固定膠劑中空玻璃管、內(nèi)形狀記憶合金、浸潤(rùn)結(jié)晶等與以前的自修復(fù)方法相比，基于微生物誘發(fā)礦化礦床的混凝土自修復(fù)技術(shù)由于其優(yōu)點(diǎn)，如有效修復(fù)裂縫、缺乏人工檢測(cè)和修復(fù)、能耗低等，逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)裂縫自修復(fù)作用的表征是自修復(fù)混凝土研究的一個(gè)非常重要的方面。常用的表征方法可分為宏觀尺度和微觀尺度。宏觀表征采用裂紋區(qū)修復(fù)率、防水修復(fù)率、氣體滲透性修復(fù)率、修復(fù)寬度修復(fù)率、超聲波速度變化等指標(biāo)。;微表征主要是對(duì)礦化沉積層產(chǎn)物進(jìn)行微觀組織分析和物理化學(xué)分析。通過(guò)測(cè)量不同修復(fù)年齡的試件表面修復(fù)率和耐水性，評(píng)價(jià)微生物礦化水泥基材料的自修復(fù)率;利用表面裂紋閉合率和氣體浸潤(rùn)修復(fù)率表征鋼軌內(nèi)碳瘢痕水泥材料的修復(fù)效果;描述修復(fù)混凝土微生物礦化的自修復(fù)效果，記錄混凝土裂縫寬度隨修復(fù)年限的變化。但是，現(xiàn)有的評(píng)估方法有時(shí)會(huì)根據(jù)一項(xiàng)指標(biāo)的變化來(lái)描述修復(fù)的影響，而且沒(méi)有數(shù)學(xué)模型來(lái)調(diào)整不同的表達(dá)方法，以充分描述持續(xù)不斷的裂紋自我修復(fù)過(guò)程。說(shuō)明混凝土自修復(fù)作用微型建立統(tǒng)一連續(xù)的數(shù)學(xué)模型有助于整合不同的表征方法，探索混凝土自修復(fù)規(guī)則，直至連續(xù)修復(fù)期。

2修復(fù)裂縫微生物

脲酶能催化降解尿素產(chǎn)生碳酸根離子，為碳酸鈣的沉積創(chuàng)造了條件。不少學(xué)者發(fā)現(xiàn)諸如巴氏芽孢八疊球菌、球形芽孢球菌以及枯草芽孢桿菌等微生物，能夠產(chǎn)生脲酶。不同的微生物所分泌的脲酶活性，發(fā)現(xiàn)巴氏芽孢桿菌的米氏常數(shù)Km值在40～130mmol/L范圍，催化降解尿素能力明顯高于其他微生物所分泌的脲酶。另外由于混凝土主要成分為氫氧化鈣，這使得內(nèi)部環(huán)境不僅密閉且呈高堿性，所以采用的微生物生命力旺盛，且具有足夠的耐堿能力。研究發(fā)現(xiàn)，巴氏芽孢桿菌不僅可以在厭氧環(huán)境下產(chǎn)生脲酶，而且耐受堿性，這為高效修復(fù)裂縫提供了微生物選擇。然而，氨氣的溢出是該菌修復(fù)過(guò)程中的一個(gè)弊端，經(jīng)過(guò)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有脲酶的情況下，其他一些微生物也可修復(fù)裂縫。

3礦化沉積試驗(yàn)

比較硝酸鈣溶液和固體硝酸鈣當(dāng)量作為鈣源的沉積過(guò)程。先制備0.5mol/l硝酸鈣溶液，取100mL硝酸鈣溶液和100mL細(xì)菌溶液在錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH為9.5;對(duì)比試驗(yàn)為200mL細(xì)菌液和圓錐瓶中11 8075g固體硝酸鈣，pH值調(diào)整為9.5。進(jìn)行恒溫礦化試驗(yàn)，取0、6、18、24小時(shí)圓錐瓶?jī)?nèi)較高清洗液，離心，用稀釋硝酸稀釋5 ～ 10倍，用原子吸收光譜儀測(cè)試較高清洗液中二氧化碳+濃度。當(dāng)高于檢測(cè)時(shí)間的清液中的Ca2+濃度下降時(shí)，對(duì)離心管的質(zhì)量進(jìn)行稱(chēng)重，將溶液和沉淀完全轉(zhuǎn)移到離心管的錐形瓶中，離心器，沉淀，置于60 c干燥器中，對(duì)24小時(shí)進(jìn)行烘干，對(duì)沉淀質(zhì)量進(jìn)行稱(chēng)重（均在杯子壁的沉淀用過(guò)量鹽酸沖洗，NaOH溶液返回HCl溶液，得到杯子壁碳酸鈣的質(zhì)量。確定碳酸鈣沉積所需的時(shí)間取決于Ca2+濃度的變化。并利用XRD和SEM測(cè)定結(jié)晶形態(tài)和降水形態(tài)，研究當(dāng)鈣源固體或溶液時(shí)的礦化過(guò)程。

4微生物修復(fù)方式

若將微生物芽孢負(fù)載在特定材料上，不僅可以很好地包覆細(xì)菌芽孢和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，抵抗堿度，還可在裂縫產(chǎn)生后，激活微生物自動(dòng)開(kāi)始修復(fù)裂縫。將巴氏芽孢桿菌固定在廢棄汽車(chē)輪胎的細(xì)小顆粒上，經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，除了能愈合裂縫外，還使試塊的抗裂性得到了提升。嘗試采用膨脹珍珠巖，用來(lái)固定細(xì)菌芽孢，比較了分別采用偏高嶺土、水泥漿和未包裹膨脹珍珠巖的裂縫修復(fù)效果，發(fā)現(xiàn)用水泥包裹的膨脹珍珠巖作為載體，不僅裂縫修復(fù)效果好，而且與混凝土相容性好。采用乙基纖維素微膠囊作為載體，當(dāng)裂縫穿過(guò)微膠囊，微膠囊破裂，在萌發(fā)劑的作用下，巴氏芽孢菌被激活并開(kāi)始修復(fù)裂縫，經(jīng)過(guò)30d修復(fù)，裂縫幾乎被完全修復(fù)。采用再生骨料作為載體，并將載體置于菌液中，在真空的條件下，菌液能被緊緊吸附在載體上，最后將載體恒溫烘干。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)28d的修復(fù)，采用再生骨料作為載體的微生物可將0.27mm以下的裂縫修復(fù)成功。

結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著裂紋寬度的增大，強(qiáng)度增加百分比的平均值減小，修復(fù)效果減小，強(qiáng)度增加百分比與0.75mm和1 mm裂紋寬度相比更接近平均值;對(duì)于1毫米和1.25毫米的裂紋寬度來(lái)說(shuō)，平均強(qiáng)度增加百分比差別很大，原因是裂紋中沉積的碳酸鈣在裂紋存續(xù)期間可以更緊密地填充，從而增加強(qiáng)度;裂紋尺寸大時(shí)，沉積碳酸鈣不易形成橋梁或堵塞的碳酸鈣，導(dǎo)致強(qiáng)度小增、修復(fù)效果差。試驗(yàn)強(qiáng)度約為1 ～ 3 MPa。2）通過(guò)對(duì)強(qiáng)度增加百分比的分析，裂縫深度對(duì)混凝土的修復(fù)強(qiáng)度影響較大，在相同的裂縫寬度下，修復(fù)效果往往先升高后降低;（3）對(duì)平均深度高程值的分析，30 mm和45 mm深度的修復(fù)效果比較好;分析平均寬度增加值，修復(fù)效果隨裂縫寬度的增加而減小。其中，當(dāng)裂縫寬度為0.75mm，深度為45 mm時(shí)，強(qiáng)度增加的百分比最高，達(dá)到13.64%.

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基金項(xiàng)目：重慶交通職業(yè)學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱(chēng)：微生物對(duì)裂隙材料滲透性能的影響，項(xiàng)目編號(hào)CJKJ202005。