CN113149511A - 一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊及其制备方法和自修复混凝土 - Google Patents

一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊及其制备方法和自修复混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊及其制备方法和自修复混凝土。该微胶囊由囊芯和囊壁组成,囊芯包括硅藻土10份,营养物质2~3份,芽孢杆菌菌液10~12份,羟丙甲基纤维素0.1~0.4份和吐温80 0.9~1.1份;囊壁为乙基纤维素。其制备:1)真空环境下将硅藻土和营养物质与芽孢杆菌菌液均匀混合;2)加入羟丙甲基纤维素、吐温80搅拌成团,进行干燥、研磨和过筛得囊芯微粒;3)将囊芯微粒加到乙基纤维素的有机溶液中,搅拌后真空过滤、干燥即得微胶囊。该微胶囊性能稳定,裂缝自修复效果好;同时制备工艺简单,无需机械设备辅助,只需简单的研磨、过筛便可制备所需的微胶囊,成本低廉,且易于操作。

Description

一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊及其制备方法和 自修复混凝土
技术领域
本发明属于混凝土自修复材料技术领域,具体涉及一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊及其制备方法和自修复混凝土。
背景技术
混凝土是当今世界用量最大的人造建筑材料,广泛应用于桥梁、房建、铁路、航运等工程中。混凝土具有抗压不抗拉的特点,其产生的干缩、自收缩、温度收缩、塑性收缩等收缩以及外力约束极有可能使得混凝土发展出裂缝,裂缝的存在将会对混凝土的结构安全、使用寿命、使用功能等方面产生影响。当混凝土处于对其具有侵蚀作用的环境时,裂缝的存在为Cl-、SO4 2-的传输提供了通道,将会对钢筋产生锈蚀、使得混凝土膨胀开裂,加速其性能劣化,大大缩短服役寿命,使得混凝土构筑物过早的退出服役,造成巨大的经济损失。
传统的裂缝修补方式为人工修补,但人工修补往往是治标不治本,只能对外部裂缝进行处治,无法对混凝土内部存在的细微裂缝进行处理。微生物修复技术的发展为混凝土裂缝的自修复指明了新的途径,但是由于混凝土为强碱性环境,直接将微生物加入将不利于微生物的存活,影响自修复效果。微胶囊是一项起源于上世纪30年代的技术,目前已较为成熟,将微生物作为囊芯的一部分,再以囊壁包裹,使得微生物不与混凝土直接接触将有助于保存其活性,当有裂缝存在时微胶囊在化学或物理作用下产生破裂,微生物发挥自修复性能,有效修复裂缝。微胶囊技术虽已较为成熟,但制备工艺复杂,需要成型设备较多,如申请号为CN201510148725.X的发明专利中就需要用到挤出设备、滚圆设备、喷雾包衣设备等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊及其制备方法和自修复混凝土。该微生物微胶囊具有裂缝自修复效果好、性能稳定、对裂缝应力敏感、响应迅速的特点,同时制备工艺简单,无需机械设备辅助,只需经过简单的研磨、过筛、浸泡过程便可制备所需的微胶囊,成本低廉,且易于操作。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
提供一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊,所述微生物微胶囊由囊芯和囊壁组成,所述囊芯组分包括硅藻土10份,营养物质2~3份,芽孢杆菌菌液10~12份,羟丙甲基纤维素0.1~0.4份和吐温80 0.9~1.1份;所述囊壁为乙基纤维素。
按上述方案,所述微胶囊中囊芯和囊壁质量比为1:1~2。
按上述方案,所述微生物微胶囊囊芯粒径为1-3mm。
按上述方案,所述营养物质为酵母粉、肌苷中的至少一种。
按上述方案,所述芽孢杆菌菌液中菌体浓度为1.1~1.3×1010个/mL。
提供一种上述用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊的制备方法,包括以下步骤:
(1)真空环境下将硅藻土和营养物质与芽孢杆菌菌液均匀混合;
(2)加入羟丙甲基纤维素、吐温80搅拌成团,得囊芯材料;
(3)对步骤(2)所得囊芯材料进行干燥、研磨和过筛,得到囊芯微粒;
(4)将步骤(3)所得囊芯微粒加入到乙基纤维素的有机溶液中,搅拌后真空环境下过滤、干燥即得微生物微胶囊。
按上述方案,所述步骤(1)和(4)中,真空环境为负压0.08MPa。
按上述方案,所述步骤(3)中,干燥温度为35~45℃,时间为12~24h;适当研磨后过6目筛,然后过18目筛,得到粒径在1-3mm的囊芯。
按上述方案,所述步骤(4)中,囊芯微粒与乙基纤维素的质量比为1:1~2。
按上述方案,所述步骤(4)中,乙基纤维素的有机溶液中乙基纤维素的浓度为6~10wt%。
按上述方案,所述步骤(4)中,乙基纤维素的有机溶液中溶剂为无水乙醇和甲苯混合液;优选地,无水乙醇和甲苯的质量比为1:4.5~5.5。
按上述方案,所述步骤(4)中,搅拌时间为1-2h;干燥温度为35~45℃,时间为1~2h。
提供一种自修复混凝土,所述自修复混凝土中包含上述微生物微胶囊,所述微生物微胶囊的掺加量为3~5%,掺加方式为外掺。
按上述方案,所述自修复混凝土还包括水泥、砂、石、外加剂和水。
按上述方案,所述自修复混凝土通过将水泥、砂、石干混混匀后,再加入微生物微胶囊混匀,最后加入水和外加剂搅拌均匀制备得到。
本发明的有益效果是:
1.本发明提供的微生物微胶囊由囊芯和囊壁组成,囊芯中以硅藻土为芽孢杆菌的载体,利用其疏松多孔、比表面积大的特点,可增多菌种的附着位点,以此提高自修复能力,再配合羟丙甲基纤维素和吐温80易于成型获得粒径均匀的囊芯颗粒,同时以对裂缝应力敏感的乙基纤维素为囊壁,当有裂缝生成时可促使得微胶囊破裂,休眠的芽孢杆菌被唤醒,实现混凝土裂缝的自动修复;该微生物微胶囊具有裂缝自修复效果好、性能稳定、对裂缝应力敏感、响应迅速的特点。
2.本发明首先将硅藻土和营养物质与芽孢杆菌菌液均匀混合后再加入羟丙甲基纤维素和吐温80,然后通过简单的干燥、研磨和过筛即可完成囊芯微粒的成型,无需机械设备辅助,成型工艺简单易操作;最后再在乙基纤维素的有机溶剂中浸泡即可制备得到微生物微胶囊,整个制备过程操作简单,条件温和,无需复杂设备,成本低廉,具有工业应用前景。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
提供一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊的制备方法,包括以下步骤:
(1)真空环境下将10质量份硅藻土、2质量份酵母粉与10质量份菌体浓度为1.1×1010个/mL的芽孢杆菌菌液均匀混合;
(2)加入0.2质量份羟丙甲基纤维素、1.0质量份吐温80搅拌成团,即得囊芯材料;
(3)将步骤(2)所得囊芯材料在38℃下干燥16h;
(4)然后将囊芯材料进行适当研磨后过6目筛,然后过18目筛,得到粒径在1-3mm的囊芯微粒;
(5)配制7wt%乙基纤维素的有机溶液,其中溶质为无水乙醇和甲苯的混合液,无水乙醇和甲苯的质量比为1:5;
(6)将步骤(4)所得囊芯微粒加入到步骤(5)所得乙基纤维素的有机溶液中,囊芯与乙基纤维素的质量比为1:1.5,搅拌1h后真空过滤,38℃干燥1h,即得到微生物微胶囊。
实施例2
提供一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊的制备方法,包括以下步骤:
(1)真空环境下将10质量份硅藻土、3质量份酵母粉与11质量份菌体浓度为1.2×1010个/mL芽孢杆菌菌液均匀混合;
(2)加入0.3质量份羟丙甲基纤维素、1.0质量份吐温80搅拌成团,即得囊芯材料;
(3)对步骤(2)所得囊芯材料在40℃下干燥15h;
(4)然后将囊芯材料进行适当研磨后过6目筛,然后过18目筛,得到粒径在1-3mm的囊芯微粒;
(5)配制8wt%乙基纤维素的有机溶液,其中溶质为无水乙醇和甲苯的混合液,无水乙醇与甲苯的质量比为1:5;
(6)将步骤(4)所得囊芯微粒加入到步骤(5)所得乙基纤维素的有机溶液中,囊芯与乙基纤维素的质量比为1:1.7,搅拌1h后真空过滤,40℃干燥1h即得到微生物微胶囊。
实施例3
提供一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊的制备方法,包括以下步骤:
(1)真空环境下将10质量份硅藻土、1质量份肌苷、2质量份酵母粉与12质量份菌体浓度为1.2×1010个/mL芽孢杆菌菌液均匀混合;
(2)加入0.3质量份羟丙甲基纤维素、1.1质量份吐温80搅拌成团;
(3)对囊芯材料在37℃下干燥15h;
(4)将囊芯材料进行适当研磨后过6目筛,然后过18目筛,得到粒径在1-3mm的囊芯微粒;
(5)配制8wt%乙基纤维素的有机溶液,其中溶质为无水乙醇和甲苯的混合液,两者质量比为1:5;
(6)将步骤(4)所得囊芯微粒加入到步骤(5)所得乙基纤维素的有机溶液中,囊芯与乙基纤维素的质量比为1:1.8,搅拌1h后真空过滤,37℃干燥1.5h即得到微生物微胶囊。
实施例4
在本实施例中,利用实施例1制备的微生物微胶囊制备自修复混凝土,其制备方法包括如下步骤:
(1)按每方混凝土中水泥、砂、石、水、外加剂、微生物微胶囊的质量分别为340kg、752kg、1128kg、130kg、3.4kg、94kg的比例称取各原材料质量;
(2)将水泥、砂、石进行干混,干混均匀后加入微生物微胶囊再次干混均匀;
(3)向干混均匀的料子中倒入水、外加剂,搅拌均匀后出锅成型。
将成型的试块标准养护28d后利用万能试验机进行破裂造缝,在一个试件断面的四角处粘贴尺寸为10mm×10mm×0.2mm的垫片,再将两个断面按原位方向复合后固定在夹具中间,然后进行养护自修复。
实施例5
在本实施例中,利用实施例2制备的微生物微胶囊制备自修复混凝土,其制备方法包括如下步骤:
(1)按每方混凝土中水泥、砂、石、水、外加剂、微生物微胶囊的质量分别为360kg、871kg、1024kg、145kg、3.2kg、96kg的比例称取各原材料质量;
(2)将水泥、砂、石进行干混,干混均匀后加入微生物微胶囊再次干混均匀;
(3)向干混均匀的料子中倒入水、外加剂,搅拌均匀后出锅成型。
将成型的试块标准养护28d后利用万能试验机进行破裂造缝,在一个试件断面的四角处粘贴尺寸为10mm×10mm×0.3mm的垫片,再将两个断面按原位方向复合后固定在夹具中间,然后进行养护自修复。
实施例6
在本实施例中,利用实施例3制备的微生物微胶囊制备自修复混凝土,其制备方法包括如下步骤:
(1)按每方混凝土中水泥、砂、石、水、外加剂、微生物微胶囊的质量分别为420kg、752kg、1081kg、147kg、3.7kg、108kg的比例称取各原材料质量;
(2)将水泥、砂、石进行干混,干混均匀后加入微生物微胶囊再次干混均匀;
(3)向干混均匀的料子中倒入水、外加剂,搅拌均匀后出锅成型。
将成型的试块标准养护28d后利用万能试验机进行破裂造缝,在一个试件断面的四角处粘贴尺寸为10mm×10mm×0.3mm的垫片,再将两个断面按原位方向复合后固定在夹具中间,然后进行养护自修复。
表1实施例4-6所得自修复混凝土的裂缝宽度自修复情况统计表
Figure BDA0003020086190000051
表1为裂缝宽度自修复情况统计表。从该表可以看出,自修复混凝土具有较好的裂缝自修复功能,实施例4的裂缝宽度为0.21mm,28d时几乎完全修复裂缝,实施例5和实施例6的裂缝也得到了很大的修复,28d时裂缝宽度修复率达到80%以上。由此也说明实施例1至实施例3所制备的微生物微胶囊具有较好的自修复性能。
上述实施例仅是为了清楚地说明本发明所做的实例,而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动,这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举,因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊,其特征在于,所述微生物微胶囊由囊芯和囊壁组成,所述囊芯组分包括硅藻土10份,营养物质2~3份,芽孢杆菌菌液10~12份,羟丙甲基纤维素0.1~0.4份和吐温80 0.9~1.1份;所述囊壁为乙基纤维素。
2.根据权利要求1所述的微生物微胶囊,其特征在于,所述微胶囊中囊芯和囊壁质量比为1:1~2。
3.根据权利要求1所述的微生物微胶囊,其特征在于,所述微生物微胶囊囊芯粒径为1-3mm。
4.根据权利要求1所述的微生物微胶囊,其特征在于,所述营养物质为酵母粉、肌苷中的至少一种;所述芽孢杆菌菌液中菌体浓度为1.1~1.3×1010个/mL。
5.一种权利要求1-4任一项所述的用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)真空环境下将硅藻土和营养物质与芽孢杆菌菌液均匀混合;
(2)加入羟丙甲基纤维素、吐温80搅拌成团,得囊芯材料;
(3)对步骤(2)所得囊芯材料进行干燥、研磨和过筛,得到囊芯微粒;
(4)将步骤(3)所得囊芯微粒加入到乙基纤维素的有机溶液中,搅拌后真空环境下过滤、干燥即得微生物微胶囊。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中,干燥温度为35~45℃,时间为12~24h;适当研磨后过6目筛,然后过18目筛,得到粒径在1-3mm的囊芯。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中,囊芯微粒与乙基纤维素的质量比为1:1~2。
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中,乙基纤维素的有机溶液中乙基纤维素的浓度为6~10wt%;溶剂为无水乙醇和甲苯混合液。
9.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)和(4)中,真空环境为负压0.08MPa;所述步骤(4)中,搅拌时间为1-2h,干燥温度为35~45℃,时间为1~2h。
10.一种自修复混凝土,其特征在于,所述自修复混凝土中包含权利要求1-4任一项所述的微生物微胶囊,其中所述微生物微胶囊的掺加量为3~5%,掺加方式为外掺。
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