CN114133157A - 一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微生物混凝土材料技术领域，且公开了一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，首先对多个混凝土构件进行制作，在混凝土拌和的过程中加入细菌芽孢、钙盐等修复剂，制成后将混凝土构件放入水中，通过压力作用试验致使混凝土在水中开裂，从而在混凝土裂缝处可进行试验，使用特殊的封闭构件对混凝土裂缝处进行封闭处理，以方便于注射各溶剂进入混凝土裂缝中，其次还需要对厌氧菌变形杆菌进行培养与提取并制成修复剂；本发明中，通过变形杆菌产生脲酶和醋酸盐与氢氧化铁溶剂发生的铁盐还原反应促使碳酸钙沉积，进而通过厌氧微生物催化碳酸钙沉淀达到提升混凝土裂缝修复的效果，其化学反应所产生的化合物对人体与环境是无害的。
Description
技术领域
本发明涉及微生物混凝土材料技术领域，具体为一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法。
背景技术
混凝土由于其经济实用的特点，早已成为了当今乃至以后很长一段时间内最为重要的建筑材料。然而，混凝土在使用过程和周围环境的影响下不可避免地会产生裂缝，渗入的水和有害化学物质会使得一定范围内的基体发生劣化，同时还会腐蚀埋置的钢筋，轻者会降低结构的使用寿命，重者则危及结构的安全。
一般的混凝土材料的修复形式主要是定期维护与事后维修，这种消极的、被动的维修方式不仅费用庞大，而且效果不佳，更无法满足现代多功能和智能建筑对混凝土材料提出的要求，另外则采用微生物自修复混凝土，将细菌营养体、休眠芽孢、微生物体及其所需的代谢营养物质用具有相容性的材料包覆起来，再均匀地掺到混凝土中。当微裂缝形成时，载体随之破裂，休眠芽孢被激活，微生物开始矿化沉积；当裂缝被弥补时，芽孢会再次进入休眠状态。
微生物的矿化方式可以分为厌氧菌的酶代谢作用和好氧菌的呼吸作用两种。好氧型微生物通过有氧呼吸作用所产生的脲酶将尿素分解为氨气和二氧化碳，二氧化碳在碱性环境下溶于水形成碳酸根离子，碳酸根离子与混凝土本身或修复剂中的钙离子结合生成碳酸钙晶体。厌氧型微生物在厌氧环境中，硫酸盐还原型微生物分解硫酸盐后与有机物反应生成HCO32－，在碱性环境下CO32－与Ca2+结合生成CaCO3沉淀。但是，这种厌氧环境下的微生物分解会生成硫化氢离子，对于人体和环境污染是非常有害的。
随着混凝土的使用越来越广泛，进而对于混凝土修复技术的要求也随之提高，为了使混凝土自修复技术能够作用于水下或者岩土下层等这种无氧或少氧环境下。因此，需要探究一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，解决了水下和岩石下等这种无氧或少氧环境中的混凝土裂缝修复的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，首先对多个混凝土构件进行制作，在混凝土拌和的过程中加入细菌芽孢、钙盐等修复剂，制成后将混凝土构件放入水中，通过压力作用试验致使混凝土在水中开裂，从而在混凝土裂缝处可进行试验，使用特殊的封闭构件对混凝土裂缝处进行封闭处理，以方便于注射各溶剂进入混凝土裂缝中，其次还需要对厌氧菌变形杆菌进行培养与提取并制成修复剂，相应的准备醋酸盐与氢氧化铁溶剂、钙离子溶剂、营养物质与酸碱调节剂，为对混凝土构件中的裂缝注射进行相应的准备，对于混凝土构件进行两种各三组不同的试验，观察其产生出的碳酸钙沉淀。
优选的，所述混凝土裂缝修复方法中，设置两种各三组不同的材料份数配比进行实验对比：
第一种：
第一组为钙离子溶剂15份，变形杆菌5份，醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质10份和酸碱调节剂3份；
第二组为钙离子溶剂20份，变形杆菌10份，醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质15份和酸碱调节剂6份；
第三组为钙离子溶剂25份，变形杆菌15份，醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质20份和酸碱调节剂9份；
本实验的步骤为：
(1)对相应份数的钙离子溶剂、变形杆菌、醋酸盐与氢氧化铁溶剂、营养物质和酸碱调节剂进行备用；
(2)把各组材料分别进行充分混合，得到各材料的混合物料；
(3)将各材料的均匀混合物料进行溶剂处理，制成修复剂；
(4)首先将变形杆菌溶剂、营养物质注射于水下混凝土裂缝处，从而产生大量的脲酶；
(5)接着将醋酸盐与氢氧化铁溶液修复剂、酸碱调节剂注射于水下混凝土裂缝处，使其pH值增大，形成一个碱性环境，使二氧化碳转化为碳酸根离子；
(6)最后将钙离子溶剂注射于水下混凝土裂缝处，从而与碳酸根离子结合，析出碳酸钙沉淀。
优选的，所述混凝土裂缝修复方法中，设置两种各三组不同的材料份数配比进行实验对比：
第二种：
第一组为醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质10份和酸碱调节剂3份；
第二组为醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质15份和酸碱调节剂6份；
第三组为醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质20份和酸碱调节剂9份；
本实验的步骤为：
(1)对相应份数的醋酸盐与氢氧化铁溶剂、营养物质和酸碱调节剂进行备用；
(2)把各组材料分别进行充分混合，得到各材料的混合物料；
(3)将各材料的均匀混合物料进行溶剂处理，制成修复剂；
(4)首先将营养物质注射于水下混凝土裂缝处，增强细菌活性；
(5)接着将醋酸盐与氢氧化铁溶液修复剂、酸碱调节剂注射于水下混凝土裂缝处，使其pH值增大，形成一个碱性环境，使二氧化碳转化为碳酸根离子。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，具备以下有益效果：
(1)、本发明中，基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复技术，通过变形杆菌产生脲酶和醋酸盐与氢氧化铁溶剂发生的铁盐还原反应促使碳酸钙沉积，进而通过厌氧微生物催化碳酸钙沉淀达到提升混凝土裂缝修复的效果，其化学反应所产生的化合物对人体与环境是无害的，解决了水下和岩石下等这种无氧或少氧环境中的混凝土裂缝修复问题。
附图说明
图1为本发明混凝土构件开裂后，注射修复剂的顺序示意图；
图2为本发明变形杆菌示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，本发明提供一种技术方案：一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，首先对多个混凝土构件进行制作，在混凝土拌和的过程中加入细菌芽孢、钙盐等修复剂，制成后将混凝土构件放入水中，通过压力作用试验致使混凝土在水中开裂，从而在混凝土裂缝处可进行试验，使用特殊的封闭构件对混凝土裂缝处进行封闭处理，以方便于注射各溶剂进入混凝土裂缝中，其次还需要对厌氧菌变形杆菌进行培养与提取并制成修复剂，相应的准备醋酸盐与氢氧化铁溶剂、钙离子溶剂、营养物质与酸碱调节剂，为对混凝土构件中的裂缝注射进行相应的准备，对于混凝土构件进行两种各三组不同的试验，观察其产生出的碳酸钙沉淀。
实施例一：
一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，包括以下重量份数配比的原料：
钙离子溶剂15份，变形杆菌5份，醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质10份和酸碱调节剂3份。
一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，包括以下步骤：
(1)将相应份数的钙离子溶剂、醋酸盐与氢氧化铁溶剂、营养物质和酸碱调节剂进行备用。
(2)在适温的条件下，将各组材料分别进行充分混合，从而得到第一种第一组的各材料的混合物料。
(3)将各材料的均匀混合物料进行溶剂处理，制成微生物修复剂。
(4)对水下混凝土试块的裂缝处使用特殊构件进行封闭处理。
(5)将微生物修复剂注射水下混凝土裂缝处进行修补，首先缓慢的注入变形杆菌溶剂和相应的营养物质增加活性，使特殊构件处产生大量的脲酶。
(6)然后注射醋酸盐与氢氧化铁溶剂和酸碱调节剂，构件内在发生铁盐还原过程中消耗了H+导致pH增大，在碱性环境中二氧化碳转化为碳酸根离子。
(7)最后注射钙离子溶剂并保证反应的不断进行，碳酸根离子通过与钙离子发生化学反应，析出碳酸钙沉淀。
(8)从而观察水下混凝土裂缝处析出碳酸钙情况，混凝土构件在水下也可得到修补。
实施例二：
一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，包括以下重量份数配比的原料：
钙离子溶剂20份，变形杆菌10份，醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质15份和酸碱调节剂6份。
一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，包括以下步骤：
(1)将相应份数的钙离子溶剂、醋酸盐与氢氧化铁溶剂、营养物质和酸碱调节剂进行备用。
(2)在适温的条件下，将各组材料分别进行充分混合，从而得到第一种第二组的各材料的混合物料。
(3)将各材料的均匀混合物料进行溶剂处理，制成微生物修复剂。
(4)对水下混凝土试块的裂缝处使用特殊构件进行封闭处理。
(5)将微生物修复剂注射水下混凝土裂缝处进行修补，首先缓慢的注入变形杆菌溶剂和相应的营养物质增加活性，使特殊构件处产生大量的脲酶。
(6)然后注射醋酸盐与氢氧化铁溶剂和酸碱调节剂，构件内在发生铁盐还原过程中消耗了H+导致pH增大，在碱性环境中二氧化碳转化为碳酸根离子。
(7)最后注射钙离子溶剂并保证反应的不断进行，碳酸根离子通过与钙离子发生化学反应，析出碳酸钙沉淀。
(8)从而观察水下混凝土裂缝处析出碳酸钙情况，混凝土构件在水下也可得到修补。
实施例三：
一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，包括以下重量份数配比的原料：
钙离子溶剂25份，变形杆菌15份，醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质20份和酸碱调节剂9份。
一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，包括以下步骤：
(1)将相应份数的钙离子溶剂、醋酸盐与氢氧化铁溶剂、营养物质和酸碱调节剂进行备用。
(2)在适温的条件下，将各组材料分别进行充分混合，从而得到第一种第三组的各材料的混合物料。
(3)将各材料的均匀混合物料进行溶剂处理，制成微生物修复剂。
(4)对水下混凝土试块的裂缝处使用特殊构件进行封闭处理。
(5)将微生物修复剂注射水下混凝土裂缝处进行修补，首先缓慢的注入变形杆菌溶剂和相应的营养物质增加活性，使特殊构件处产生大量的脲酶。
(6)然后注射醋酸盐与氢氧化铁溶剂和酸碱调节剂，构件内在发生铁盐还原过程中消耗了H+导致pH增大，在碱性环境中二氧化碳转化为碳酸根离子。
(7)最后注射钙离子溶剂并保证反应的不断进行，碳酸根离子通过与钙离子发生化学反应，析出碳酸钙沉淀。
(8)从而观察水下混凝土裂缝处析出碳酸钙情况，混凝土构件在水下也可得到修补。
实施例四：
一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，包括以下重量份数配比的原料：
醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质10份和酸碱调节剂3份。
一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，包括以下步骤：
(1)将相应份数的醋酸盐与氢氧化铁溶剂、营养物质和酸碱调节剂进行备用。
(2)在适温的条件下，将各组材料分别进行充分混合，从而得到第二种第一组的各材料的混合物料。
(3)将各材料的均匀混合物料进行溶剂处理，制成微生物修复剂。
(4)对水下混凝土试块的裂缝处使用特殊构件进行封闭处理。
(5)将微生物修复剂注射水下混凝土裂缝处进行修补，首先注入相应的营养物质增加活性，使特殊构件处已有的变形杆菌产生大量的脲酶。
(6)然后注射醋酸盐与氢氧化铁溶剂和酸碱调节剂，构件内在发生铁盐还原过程中消耗了H+导致pH增大，在碱性环境中二氧化碳转化为碳酸根离子。
(7)混凝土中已有的钙离子与碳酸根离子发生化学反应，析出碳酸钙沉淀。
(8)从而观察水下混凝土裂缝处析出碳酸钙情况，混凝土构件在水下也可得到修补。
实施例五：
一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，包括以下重量份数配比的原料：
醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质15份和酸碱调节剂6份。
一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，包括以下步骤：
(1)将相应份数的醋酸盐与氢氧化铁溶剂、营养物质和酸碱调节剂进行备用。
(2)在适温的条件下，将各组材料分别进行充分混合，从而得到第二种第二组的各材料的混合物料。
(3)将各材料的均匀混合物料进行溶剂处理，制成微生物修复剂。
(4)对水下混凝土试块的裂缝处使用特殊构件进行封闭处理。
(5)将微生物修复剂注射水下混凝土裂缝处进行修补，首先注入相应的营养物质增加活性，使特殊构件处已有的变形杆菌产生大量的脲酶。
(6)然后注射醋酸盐与氢氧化铁溶剂和酸碱调节剂，构件内在发生铁盐还原过程中消耗了H+导致pH增大，在碱性环境中二氧化碳转化为碳酸根离子。
(7)混凝土中已有的钙离子与碳酸根离子发生化学反应，析出碳酸钙沉淀。
(8)从而观察水下混凝土裂缝处析出碳酸钙情况，混凝土构件在水下也可得到修补。
实施例六：
一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，包括以下重量份数配比的原料：
醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质20份和酸碱调节剂9份。
一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，包括以下步骤：
(1)将相应份数的醋酸盐与氢氧化铁溶剂、营养物质和酸碱调节剂进行备用。
(2)在适温的条件下，将各组材料分别进行充分混合，从而得到第二种第一组的各材料的混合物料。
(3)将各材料的均匀混合物料进行溶剂处理，制成微生物修复剂。
(4)对水下混凝土试块的裂缝处使用特殊构件进行封闭处理。
(5)将微生物修复剂注射水下混凝土裂缝处进行修补，首先注入相应的营养物质增加活性，使特殊构件处已有的变形杆菌产生大量的脲酶。
(6)然后注射醋酸盐与氢氧化铁溶剂和酸碱调节剂，构件内在发生铁盐还原过程中消耗了H+导致pH增大，在碱性环境中二氧化碳转化为碳酸根离子。
(7)混凝土中已有的钙离子与碳酸根离子发生化学反应，析出碳酸钙沉淀。
(8)从而观察水下混凝土裂缝处析出碳酸钙情况，混凝土构件在水下也可得到修补。
在混凝土拌和的过程中加入细菌芽孢、钙盐等修复剂的情况下，通过实施例一、二、三试验得出在已有细菌和钙离子的情况下，添加醋酸盐与氢氧化铁溶剂、营养物质和酸碱调节剂外再次添加细菌和钙离子溶剂观察混凝土的修复裂缝情况。通过不同份数的钙离子溶剂和变形杆菌溶剂注射于混凝土裂缝里，观察不同份数所带来的影响。
通过实施例四、五、六试验在已有细菌和钙离子的情况下，添加醋酸盐与氢氧化铁溶剂、营养物质和酸碱调节剂来观察混凝土的修复裂缝情况。通过不同份数的营养物质和酸碱调节剂注射于混凝土裂缝里，观察不同份数所带来的影响。
从而得出基于厌氧菌变形杆菌对于水下混凝土裂缝的修复情况。
实施例中，通过脲酶细菌为微生物诱导碳酸钙沉淀的代谢过程，采用厌氧环境下的铁盐还原过程。
此反应过程消耗了H+导致pH值增大，在碱性的溶液环境下二氧化碳转化为碳酸根离子，当溶液中存在游离的钙离子时，碳酸根离子和钙离子结合产生碳酸钙沉淀。在碳酸钙沉淀形成的过程中，细菌除了提供脲酶外，还会充当成核位点的作用。
采用一种在厌氧环境中可产生脲酶细菌微生物例如变形杆菌，变形杆菌广泛分布在自然界中，如土壤、水、垃圾、腐败有机物及人或动物的肠道内。其在固体培养基上呈扩散生长，形成迁徙生长现象。对于厌氧菌的培养基均应营养丰富，可适当的加入生长刺激因子(血清、维生素K、氯化血红素、聚山梨酯-80等)，保证该细菌能正常生长繁殖。
当周围的环境不适于生存时，细菌芽孢会一直处在休眠状态，没有明显的代谢活动，只保持潜在的萌发力，一旦环境条件适合，细菌就会进行新陈代谢活动。厌氧环境下的铁盐还原过程使溶液变为碱性环境，为了解决混凝土内部高碱性环境对细菌产生影响，可将细菌芽孢置于特殊的保护载体中，为细菌的萌发生长提供一个适宜的小环境。
采用多孔膨胀黏土颗粒作为保护细菌的载体，固载方法是将芽孢以真空浸渍的方式掺入多孔膨胀黏土颗粒，优势是细菌保持活性的时间延长。通过加入载体的方式会使裂缝修复效果增加强，其方式是在传统混凝土拌和的过程中加入细菌芽孢、钙盐等修复剂。
通过采用注射法的方式注射菌液和营养液，注射法的优势有可以有效地控制注射速率、注射压力等优点。通过细菌与溶液的化学反应来诱导碳酸钙沉淀。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，其特征在于：首先对多个混凝土构件进行制作，在混凝土拌和的过程中加入细菌芽孢、钙盐等修复剂，制成后将混凝土构件放入水中，通过压力作用试验致使混凝土在水中开裂，从而在混凝土裂缝处可进行试验，使用特殊的封闭构件对混凝土裂缝处进行封闭处理，以方便于注射各溶剂进入混凝土裂缝中，其次还需要对厌氧菌变形杆菌进行培养与提取并制成修复剂，相应的准备醋酸盐与氢氧化铁溶剂、钙离子溶剂、营养物质与酸碱调节剂，为对混凝土构件中的裂缝注射进行相应的准备，对于混凝土构件进行两种各三组不同的试验，观察其产生出的碳酸钙沉淀。
2.根据权利要求1所述的一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，其特征在于：所述混凝土裂缝修复方法中，设置两种各三组不同的材料份数配比进行实验对比：
第一种：
第一组为钙离子溶剂15份，变形杆菌5份，醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质10份和酸碱调节剂3份；
第二组为钙离子溶剂20份，变形杆菌10份，醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质15份和酸碱调节剂6份；
第三组为钙离子溶剂25份，变形杆菌15份，醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质20份和酸碱调节剂9份；
本实验的步骤为：
(1)对相应份数的钙离子溶剂、变形杆菌、醋酸盐与氢氧化铁溶剂、营养物质和酸碱调节剂进行备用；
(2)把各组材料分别进行充分混合，得到各材料的混合物料；
(3)将各材料的均匀混合物料进行溶剂处理，制成修复剂；
(4)首先将变形杆菌溶剂、营养物质注射于水下混凝土裂缝处，从而产生大量的脲酶；
(5)接着将醋酸盐与氢氧化铁溶液修复剂、酸碱调节剂注射于水下混凝土裂缝处，使其pH值增大，形成一个碱性环境，使二氧化碳转化为碳酸根离子；
(6)最后将钙离子溶剂注射于水下混凝土裂缝处，从而与碳酸根离子结合，析出碳酸钙沉淀。
3.根据权利要求1所述的一种基于厌氧微生物的混凝土裂缝修复方法，其特征在于：所述混凝土裂缝修复方法中，设置两种各三组不同的材料份数配比进行实验对比：
第二种：
第一组为醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质10份和酸碱调节剂3份；
第二组为醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质15份和酸碱调节剂6份；
第三组为醋酸盐与氢氧化铁溶剂20份，营养物质20份和酸碱调节剂9份；
本实验的步骤为：
(1)对相应份数的醋酸盐与氢氧化铁溶剂、营养物质和酸碱调节剂进行备用；
(2)把各组材料分别进行充分混合，得到各材料的混合物料；
(3)将各材料的均匀混合物料进行溶剂处理，制成修复剂；
(4)首先将营养物质注射于水下混凝土裂缝处，增强细菌活性；
(5)接着将醋酸盐与氢氧化铁溶液修复剂、酸碱调节剂注射于水下混凝土裂缝处，使其pH值增大，形成一个碱性环境，使二氧化碳转化为碳酸根离子。
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