CN108455934B - 一种厌氧菌自愈裂纹混凝土 - Google Patents

一种厌氧菌自愈裂纹混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种厌氧菌自愈裂纹混凝土，该混凝土主要由硅酸盐水泥、骨料、矿物粉末、改性纤维素纤维、厌氧菌复合物和水组成，该混凝土可以对较宽的裂缝实现很好的并且长时间的修复功能，并且制备的混凝土具有非常好的强度和密实性。

Description

一种厌氧菌自愈裂纹混凝土
技术领域
本发明属于混凝土领域，特别涉及一种厌氧菌自愈裂纹混凝土。
背景技术
混凝土因其具有抗压强度高、耐久性好、成本低等优点，被广泛应用与建筑工程领域。然而混凝土是一种典型的脆性材料，在外力或其他因素作用下难免会产生微裂缝或局部损伤，从而导致其力学性能和耐久性降低。如果不及时采取有效处理措施，裂缝可能会进一步扩展，致使水、氧气、二氧化碳及氯化物等有害物质更容易进入混凝土内部，可能导致钢筋发生腐蚀，甚至还可能引发宏观裂缝并出现脆性断裂，造成难以挽回的经济损失和人员伤亡。
为了实现混凝土的修复，目前微生物裂缝自修复应用比较广泛，微生物利用生物作用形成一些溶解度较低的有机和无机化合物填塞渗透性的多孔介质，达到降低渗透性和弥补裂缝的目的。用于自修复的微生物主要有厌氧型微生物和好氧型微生物。厌氧微生物在潮湿环境里新陈代谢生成了尿素酶，之后水解为氨气和二氧化碳，二氧化碳与混凝土中空隙里溶解的钙离子发生反应生成碳酸钙沉淀。
目前，进行微生物自修复实验时通常是将微生物，培养基直接加入到水泥基材料中，也有将微生物制成胶囊，加入到水泥基材中，例如CN103043937公开的一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复***，其可以修复，但是修复的裂缝宽度有限。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种厌氧菌自愈裂纹混凝土，该混凝土可以对较宽的裂缝实现很好的并且长时间的修复功能，并且制备的混凝土具有非常好的强度。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供一种厌氧菌自愈裂纹混凝土，该混凝土主要由如下重量份的成分组成：
硅酸盐水泥 60-80 骨料 20-35 矿物粉末 16-32
改性纤维素纤维 9-15 厌氧菌复合物 12-25 水 40-50。
进一步的改进，所述改性纤维素纤维由如下重量份的成分组成：
纤维素纤维 6-8 聚乙二醇 400 1-3
2,3-环氧丙基三甲基氯化铵 2-4。
进一步的改进，所述厌氧菌复合物由如下重量份的成分组成：
厌氧菌2-5 培养基2-5 聚丙烯酰胺1-3
羟乙基-β-环糊精7-12。
进一步的改进，所述改性纤维素纤维是通过如下方法制备得到的：将纤维素纤维置于容器中，加入浓度为7.5g/mL的乙醇钠水溶液，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，升温至65-70℃，搅拌下加入聚乙二醇400，反应20-25min，搅拌速率为1500r·min-1，然后再加入浓度为浓度为15g/mL的乙醇钠水溶液，继续保持65-70℃，搅拌下加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，反应20-25min，搅拌速率为2500r·min-1，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，除去乙醇钠水溶液，干燥，得到改性纤维素纤维；优选地，所述厌氧菌复合物是通过如下方法制备的得到的：将聚丙烯酰胺、厌氧菌和培养基置于1.2倍重量份的水中，于剪切机下乳化，制得乳化液，将羟乙基-β-环糊精加入2-5倍重量份的水中，充分研磨至糊状物，搅拌下将乳化液加入到糊状物中，混合均匀，冷冻干燥，制得厌氧菌复合物。
本发明采用矿物粉末、改性纤维素纤维和厌氧菌复合物三者混合使用作为抗裂活性增强剂显著提高了混凝土的自修复能力和修复时间。
进一步的改进，所述矿物粉末由如下重量份的成分组成。
膨润土 5-10 粉煤灰 3-7
聚丙烯酸树脂 7-12 硅酸钙 1-3。
进一步的改进，所述骨料选自微硅粉、炉渣或珍珠岩中的一种或多种。
进一步的改进，本发明选择的矿物粉末可以显著提高混凝土的强度。
本发明另一方面提供一种厌氧菌自愈裂纹混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
S1：制备矿物粉末；
S2：制备改性纤维素纤维；
S3：制备厌氧菌复合物；
S4：将硅酸盐水泥、骨料、矿物粉末和1/2重量份的水混合均匀，制得混合物A；
S5：将厌氧菌复合物、改性纤维素纤维与1/2重量份的水混合均匀，制得混合物B；
S6：将混合物A与混合物B混合均匀，搅拌，养护，制得混凝土。
进一步的改进，该矿物粉末的制备方法为：
S11：将聚丙烯酸树脂和硅酸钙均匀分散在水中，在2000-2100r·min-1下搅拌，制得溶液；
S12：将膨润土和粉煤灰分散于水中，在1500-1600r·min-1下搅拌，制得混合浆液；
S13：将混合浆液置于球磨机进行研磨，边研磨边滴加溶液A，研磨速率4500-4600r·min-1，滴毕后，继续研磨12h，喷雾干燥，过筛，制得矿物粉末。
进一步的改进，改性纤维素纤维的制备方法为：将纤维素纤维置于容器中，加入浓度为7.5g/mL的乙醇钠水溶液，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，升温至65-70℃，搅拌下加入聚乙二醇400，反应20-25min，搅拌速率为1500r·min-1，然后再加入浓度为浓度为15g/mL的乙醇钠水溶液，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，继续保持65-70℃，反应20-25min，除去乙醇钠水溶液，干燥，得到改性纤维素纤维。
进一步的改进，厌氧菌复合物的制备方法为：将聚丙烯酰胺、厌氧菌和培养基置于1.2倍重量份的水中，于剪切机下乳化，制得乳化液，将羟乙基-β-环糊精加入2-5倍重量份的水中，充分研磨至糊状物，搅拌下将乳化液加入到糊状物中，混合均匀，冷冻干燥，制得厌氧菌复合物。
通过以上方法制备的混凝土具有非常好的修复能力和强度。
本发明采用矿物粉末、改性纤维素纤维和厌氧菌复合物三者混合使用作为抗裂活性增强剂显著提高了混凝土的自修复能力和修复时间，并且制备的混合土具有非常好的强度和密实性。
具体实施方式
实施例1-14
本发明实施例1-14分别提供一种厌氧菌自愈裂纹混凝土，各实施例中混凝土的重量份见表1-2。
表1 实施例1-6混凝土各成分及用量
Figure BDA0001624384800000051
本发明实施例5的改性纤维素纤维是通过如下方法制备得到的：将纤维素纤维置于容器中，加入浓度为7.5g/mL的乙醇钠水溶液，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，升温至65℃，搅拌下加入聚乙二醇400，反应25min，搅拌速率为1500r·min-1，然后再加入浓度为浓度为15g/mL的乙醇钠水溶液，继续保持65℃，搅拌下加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，反应25min，搅拌速率为2500r·min-1，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，除去乙醇钠水溶液，干燥，得到改性纤维素纤维；厌氧菌复合物是通过如下方法制备的得到的：将聚丙烯酰胺、厌氧菌和培养基置于1.2倍重量份的水中，于剪切机下乳化，制得乳化液，将羟乙基-β-环糊精加入2倍重量份的水中，充分研磨至糊状物，搅拌下将乳化液加入到糊状物中，混合均匀，冷冻干燥，制得厌氧菌复合物。
本发明实施例6的厌氧菌自愈裂纹混凝土的制备方法包括如下步骤：
S1：制备矿物粉末；
S2：制备改性纤维素纤维，具体方法为：将纤维素纤维置于容器中，加入浓度为7.5g/mL的乙醇钠水溶液，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，升温至70℃，搅拌下加入聚乙二醇400，反应20min，搅拌速率为1500r·min-1，然后再加入浓度为浓度为15g/mL的乙醇钠水溶液，继续保持70℃，搅拌下加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，反应20min，搅拌速率为2500r·min-1，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，除去乙醇钠水溶液，干燥，得到改性纤维素纤维；
S3：制备厌氧菌复合物，具体方法为：将聚丙烯酰胺、厌氧菌和培养基置于1.2倍重量份的水中，于剪切机下乳化，制得乳化液，将羟乙基-β-环糊精加入2-5倍重量份的水中，充分研磨至糊状物，搅拌下将乳化液加入到糊状物中，混合均匀，冷冻干燥，制得厌氧菌复合物；
S4：将硅酸盐水泥、骨料、矿物粉末和1/2重量份的水混合均匀，制得混合物A；
S5：将厌氧菌复合物、改性纤维素纤维与1/2重量份的水混合均匀，制得混合物B；
S6：将混合物A与混合物B混合均匀，搅拌，养护，制得混凝土。
表2 实施例7-14混凝土各成分及用量
Figure BDA0001624384800000071
本发明实施例11的改性纤维素纤维是通过如下方法制备得到的：将纤维素纤维置于容器中，加入浓度为7.5g/mL的乙醇钠水溶液，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，升温至70℃，搅拌下加入聚乙二醇400，反应20min，搅拌速率为1500r·min-1，然后再加入浓度为浓度为15g/mL的乙醇钠水溶液，继续保持70℃，搅拌下加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，反应20min，搅拌速率为2500r·min-1，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，除去乙醇钠水溶液，干燥，得到改性纤维素纤维；厌氧菌复合物是通过如下方法制备的得到的：将聚丙烯酰胺、厌氧菌和培养基置于1.2倍重量份的水中，于剪切机下乳化，制得乳化液，将羟乙基-β-环糊精加入2倍重量份的水中，充分研磨至糊状物，搅拌下将乳化液加入到糊状物中，混合均匀，冷冻干燥，制得厌氧菌复合物。
本发明实施例12的矿物粉末是通过如下方法制备得到的：
S11：将聚丙烯酸树脂和硅酸钙均匀分散在水中，在2000r·min-1下搅拌，制得溶液；
S12：将膨润土和粉煤灰分散于水中，在1500r·min-1下搅拌，制得混合浆液；
S13：将混合浆液置于球磨机进行研磨，边研磨边滴加溶液A，研磨速率4500r·min-1，滴毕后，继续研磨12h，喷雾干燥，过筛，制得矿物粉末。
本发明实施例13的改性纤维素纤维是通过如下方法制备得到的：将纤维素纤维置于容器中，加入浓度为7.5g/mL的乙醇钠水溶液，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，升温至65℃，搅拌下加入聚乙二醇400，反应25min，搅拌速率为1500r·min-1，然后再加入浓度为浓度为15g/mL的乙醇钠水溶液，继续保持65℃，搅拌下加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，反应25min，搅拌速率为2500r·min-1，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，除去乙醇钠水溶液，干燥，得到改性纤维素纤维；厌氧菌复合物是通过如下方法制备的得到的：将聚丙烯酰胺、厌氧菌和培养基置于1.2倍重量份的水中，于剪切机下乳化，制得乳化液，将羟乙基-β-环糊精加入2倍重量份的水中，充分研磨至糊状物，搅拌下将乳化液加入到糊状物中，混合均匀，冷冻干燥，制得厌氧菌复合物；矿物粉末是通过如下方法制备得到的：
S11：将聚丙烯酸树脂和硅酸钙均匀分散在水中，在2100r·min-1下搅拌，制得溶液；
S12：将膨润土和粉煤灰分散于水中，在1600r·min-1下搅拌，制得混合浆液；
S13：将混合浆液置于球磨机进行研磨，边研磨边滴加溶液A，研磨速率4600r·min-1，滴毕后，继续研磨12h，喷雾干燥，过筛，制得矿物粉末。
本发明实施例14的厌氧菌自愈裂纹混凝土的制备方法为：
S1：制备矿物粉末，具体包括：
S11：将聚丙烯酸树脂和硅酸钙均匀分散在水中，在2050r·min-1下搅拌，制得溶液；
S12：将膨润土和粉煤灰分散于水中，在1550r·min-1下搅拌，制得混合浆液；
S13：将混合浆液置于球磨机进行研磨，边研磨边滴加溶液A，研磨速率4550r·min-1，滴毕后，继续研磨12h，喷雾干燥，过筛，制得矿物粉末；
S2：制备改性纤维素纤维，具体方法为：将纤维素纤维置于容器中，加入浓度为7.5g/mL的乙醇钠水溶液，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，升温至65℃，搅拌下加入聚乙二醇400，反应25min，搅拌速率为1500r·min-1，然后再加入浓度为浓度为15g/mL的乙醇钠水溶液，继续保持65℃，搅拌下加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，反应25min，搅拌速率为2500r·min-1，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，除去乙醇钠水溶液，干燥，得到改性纤维素纤维；
S3：制备厌氧菌复合物，具体方法为：将聚丙烯酰胺、厌氧菌和培养基置于1.2倍重量份的水中，于剪切机下乳化，制得乳化液，将羟乙基-β-环糊精加入2倍重量份的水中，充分研磨至糊状物，搅拌下将乳化液加入到糊状物中，混合均匀，冷冻干燥，制得厌氧菌复合物；
S4：将硅酸盐水泥、骨料、矿物粉末和1/2重量份的水混合均匀，制得混合物A；
S5：将厌氧菌复合物、改性纤维素纤维与1/2重量份的水混合均匀，制得混合物B；
S6：将混合物A与混合物B混合均匀，搅拌，养护，制得混凝土。
对照例1-22
本发明对照例分别提供一种厌氧菌自愈裂纹混凝土，各对照例中混凝土的重量份见表3-4。
表3 对照例1-10混凝土各成分及用量
Figure BDA0001624384800000101
Figure BDA0001624384800000111
对照例1-10中改性纤维素和厌氧菌复合物的制备方法同实施例5。
对照例11
对照例11提供的混凝土与实施例5基本相同，不同的是，改性纤维素纤维是通过如下方法制备得到的：
将纤维素纤维置于容器中，加入浓度为10g/mL的乙醇钠水溶液，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1，升温至60℃，搅拌下加入聚乙二醇400，反应25min，搅拌速率为1000r·min-1，然后再加入浓度为浓度为10g/mL的乙醇钠水溶液，继续保持60℃，搅拌下加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，反应25min，搅拌速率为1000r·min-1，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1，除去乙醇钠水溶液，干燥，得到改性纤维素纤维。
对照例12
对照例12提供的混凝土与实施例5基本相同，不同的是，改性纤维素纤维是通过如下方法制备得到的：
将纤维素纤维置于容器中，加入浓度为15g/mL的乙醇钠水溶液，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:2.4，升温至65℃，搅拌下加入聚乙二醇400和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，反应50min，搅拌速率为1500r·min-1，除去乙醇钠水溶液，干燥，得到改性纤维素纤维。
对照例13
对照例13提供的混凝土与实施例5基本相同，不同的是，厌氧菌复合物是通过如下方法制备的得到的：
将聚丙烯酰胺、厌氧菌、培养基和羟乙基-β-环糊精混合均匀，制得厌氧菌复合物。
对照例14
对照例14提供的混凝土与实施例5基本相同，不同的是，厌氧菌复合物是通过如下方法制备的得到的：
将聚丙烯酰胺、厌氧菌和培养基混合均匀，制得混合物，将羟乙基-β-环糊精加入2倍重量份的水中，充分研磨至糊状物，搅拌下将混合物加入到糊状物中，混合均匀，冷冻干燥，制得厌氧菌复合物。
表4 对照例16-20混凝土各成分及用量
Figure BDA0001624384800000131
--表示无此成分。对照例15-19中改性纤维素、厌氧菌复合物和矿石粉末的制备方法同实施例13。
对照例20
对照例20提供的混凝土与实施例13基本相同，不同的是，矿物粉末是通过如下方法制备得到的：
S11：将聚丙烯酸树脂和硅酸钙均匀分散在水中，在1500r·min-1下搅拌，制得溶液；
S12：将膨润土和粉煤灰分散于水中，在1400r·min-1下搅拌，制得混合浆液；
S13：将混合浆液置于球磨机进行研磨，边研磨边滴加溶液A，研磨速率4200r·min-1，滴毕后，继续研磨12h，喷雾干燥，过筛，制得矿物粉末。
对照例21
对照例21提供的混凝土与实施例13基本相同，不同的是，矿物粉末是通过如下方法制备得到的：
S11：将聚丙烯酸树脂和硅酸钙均匀分散在水中，在2500r·min-1下搅拌，制得溶液；
S12：将膨润土和粉煤灰分散于水中，在1700r·min-1下搅拌，制得混合浆液；
S13：将混合浆液置于球磨机进行研磨，边研磨边滴加溶液A，研磨速率4700r·min-1，滴毕后，继续研磨12h，喷雾干燥，过筛，制得矿物粉末。
对照例22
对照例22提供的混凝土与实施例13基本相同，不同的是，矿物粉末是通过如下方法制备得到的：
S11：将聚丙烯酸树脂、硅酸钙、膨润土和粉煤灰混合均匀，制得矿物粉末。
混凝土性能测试
对各实施例和对照例的混凝土进行自修复试验(采用试件进行预压)和强度试验，测试结果见表5。弹性回复率为第二次抗折强度与第一次抗折强度的比值。
表5 各实施例和对照例的混凝土性能测试结果
Figure BDA0001624384800000151
Figure BDA0001624384800000161
从表中可以看出，本发明提供的混凝土具有非常好的修复性能和非常好的硬度及密实性，由此得出，厌氧菌复合物、改性纤维素纤维和矿物粉末的混合可以显著提高混凝土的修复性能，并且使得制备的混凝土具有非常好的强度和密实性，当对其成分或制备方法进行改变时，会显著降低混凝土的修复能力和强度。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种厌氧菌自愈裂纹混凝土，其特征在于，所述混凝土由如下重量份的成分组成：
硅酸盐水泥 60-80、 骨料20-35、 矿物粉末16-32、
改性纤维素纤维9-15、厌氧菌复合物12-25、 水40-50 ；
所述厌氧菌复合物由如下重量份的成分组成：
厌氧菌2-5、 培养基2-5、 聚丙烯酰胺1-3、
羟乙基-β-环糊精7-12；
所述改性纤维素纤维由如下重量份的成分组成：
纤维素纤维6-8、 聚乙二醇400 1-3、
2,3-环氧丙基三甲基氯化铵 2-4；
所述改性纤维素纤维是通过如下方法制备得到的：将纤维素纤维置于容器中，加入浓度为7.5g/mL的乙醇钠水溶液，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，升温至65-70℃，搅拌下加入聚乙二醇400，反应20-25min，搅拌速率为1500 r•min-1，然后再加入浓度为15g/mL的乙醇钠水溶液，继续保持65-70℃，搅拌下加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，反应20-25min，搅拌速率为2500 r•min-1，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，除去乙醇钠水溶液，干燥，得到改性纤维素纤维；
所述厌氧菌复合物是通过如下方法制备得到的：将聚丙烯酰胺、厌氧菌和培养基置于1.2倍重量份的水中，于剪切机下乳化，制得乳化液，将羟乙基-β-环糊精加入2-5倍重量份的水中，充分研磨至糊状物，搅拌下将乳化液加入到糊状物中，混合均匀，冷冻干燥，制得厌氧菌复合物。
2.如权利要求1所述的厌氧菌自愈裂纹混凝土，其特征在于，所述矿物粉末由如下重量份的成分组成：
膨润土5-10、 粉煤灰 3-7、
聚丙烯酸树脂 7-12、 硅酸钙1-3。
3.如权利要求1所述的厌氧菌自愈裂纹混凝土，其特征在于，所述骨料选自炉渣、微硅粉或珍珠岩中的一种或多种。
4.一种权利要求1所述的厌氧菌自愈裂纹混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1：制备矿物粉末；
S2：制备改性纤维素纤维；将纤维素纤维置于容器中，加入浓度为7.5g/mL的乙醇钠水溶液，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，升温至65-70℃，搅拌下加入聚乙二醇400，反应20-25min，搅拌速率为1500 r•min-1，然后再加入浓度为15g/mL的乙醇钠水溶液，乙醇钠水溶液与纤维素纤维的重量比为1:1.2，继续保持65-70℃，反应20-25min，除去乙醇钠水溶液，干燥，得到改性纤维素纤维；
S3：制备厌氧菌复合物；将聚丙烯酰胺、厌氧菌和培养基置于1.2倍重量份的水中，于剪切机下乳化，制得乳化液，将羟乙基-β-环糊精加入2-5倍重量份的水中，充分研磨至糊状物，搅拌下将乳化液加入到糊状物中，混合均匀，冷冻干燥，制得厌氧菌复合物；
S4：将硅酸盐水泥、骨料、矿物粉末和1/2重量份的水混合均匀，制得混合物A；
S5：将厌氧菌复合物、改性纤维素纤维与1/2重量份的水混合均匀，制得混合物B；
S6：将混合物A与混合物B混合均匀，搅拌，养护，制得混凝土。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述矿物粉末的制备方法为：
S11：将聚丙烯酸树脂和硅酸钙均匀分散在水中，在2000-2100r•min-1下搅拌，制得溶液；
S12：将膨润土和粉煤灰分散于水中，在1500-1600r•min-1下搅拌，制得混合浆液；
S13：将混合浆液置于球磨机进行研磨，边研磨边滴加溶液A，研磨速率4500-4600r•min-1，滴毕后，继续研磨12h，喷雾干燥，过筛，制得矿物粉末。
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