CN114368951B - 一种混凝土补强材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种混凝土补强材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于混凝土材料技术领域，具体涉及一种混凝土补强材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种混凝土补强材料，包括以下质量份数的组分：水泥90～120份；粉煤灰10～30份；硅灰10～20份；沸石5～10份；砂150～200份；纤维0.1～1.0份；减水剂1.0～2.5份；引气剂0.5～1.0份；水40～50份；碳酸盐矿化菌菌液0.5～4.0份；细菌载体1.5～10份；氯化钠0.02～0.1份。本发明提供的混凝土补强材料在不增加用水量的同时具有较高的流动性，能够保持良好的粘聚性和保水性；同时具有优异的自修复性能。

Description

一种混凝土补强材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于混凝土材料技术领域，具体涉及一种混凝土补强材料及其制备方法和应用。
背景技术
混凝土是工程中使用最普遍、用量最广泛的一种混合料。由于混凝土施工和本身变形等一系列因素，使混凝土容易产生裂缝。尤其是那种深层裂缝的存在，对建筑物的安全是一个很大的隐患。深层裂缝能够破坏建筑物结构的整体性，影响其受力情况与稳定性，容易导致建筑物内部钢筋的锈蚀，降低建筑物结构的耐久性。
目前，混凝土补强加固的方法主要有灌浆法、开槽法、表面修补法、结构加固法和混凝土置换法。灌浆修复多采用微膨胀、高强度和流动性的水泥基补强材料进行填充。
但是传统的补强材料依然存在流动性差的缺陷，不能够对深层裂缝实现很好的填充，而如果通过增加水的用量去提高流动性，还会造成混凝土补强材料的粘聚性和保水性的降低，出现泌水现象；同时传统的补强材料再次产生裂缝时仍需人为被动修复，缺乏自修复性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混凝土补强材料，本发明提供的混凝土补强材料在不增加用水量的同时具有较高的流动性，能够保持良好的粘聚性和保水性；同时具有优异的自修复性能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种混凝土补强材料，包括以下质量份数的组分：水泥90～120份；粉煤灰10～30份；硅灰10～20份；沸石5～10份；砂150～200份；纤维0.1～1.0份；减水剂1.0～2.5份；引气剂0.5～1.0份；水40～50份；碳酸盐矿化菌菌液0.5～4.0份；细菌载体1.5～10份；氯化钠0.02～0.1份。
优选的，所述水泥为硅酸盐水泥；
所述引气剂包括皂苷类引气剂、松香树脂类引气剂、烷基芳烃磺酸类引气剂和脂肪醇磺酸盐类引气剂中的一种或几种；
所述砂为河砂，粒径为0.15～4.75mm。
优选的，所述粉煤灰的球度为0.6～1.0，粒径≤3μm，需水量比≤95％。
优选的，所述沸石的粒径为5.0～6.5μm，0.08mm孔筛的筛余量＜5％。
优选的，所述纤维包括玄武岩纤维、钢纤维、碳纤维和玻璃纤维中的一种或几种；
所述纤维的长度为6～12mm。
优选的，所述碳酸盐矿化菌菌液包括碳酸盐矿化菌和营养液；
所述碳酸盐矿化菌菌液中碳酸盐矿化菌的浓度以OD值计为0.347～0.417；
所述营养液包括15～25g/L的尿素，3～8g/L的蛋白胨，2～5g/L的牛肉浸膏和余量的水；所述水包括蒸馏水、去离子水或纯净水中的一种或几种。
优选的，所述细菌载体包括高分子水凝胶和/或多孔材料。
本发明还提供了上述技术方案所述的混凝土补强材料的制备方法，包括以下步骤：
将碳酸盐矿化菌菌液、细菌载体和氯化钠第一混合，得到固定化的碳酸盐矿化菌；
将所述固定化的碳酸盐矿化菌和水第二混合，得到混合菌液；
将所述混合菌液和纤维第三混合，通入CO2，过滤，得到含有改性纤维的混合液；
将所述含有改性纤维的混合液、水泥、粉煤灰、硅灰、沸石、砂、引气剂和减水剂第四混合，得到所述混凝土补强材料。
优选的，所述第四混合的时间为270～420s。
本发明还提供了上述技术方案所述的混凝土补强材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的混凝土补强材料在修补混凝土裂缝中的应用。
本发明提供了一种混凝土补强材料，包括以下质量份数的组分：水泥90～120份；粉煤灰10～30份；硅灰10～20份；沸石5～10份；砂150～200份；纤维0.5份；减水剂1.0～2.5份；引气剂0.5～1.0份；水40～50份；碳酸盐矿化菌菌液0.5～4.0份；细菌载体1.5～10份；氯化钠0.02～0.1份。在本发明中，通过采用碳酸盐矿化菌对纤维进行亲水改性，将其添加到混凝土中，能够产生具有增加的纳米粗糙程度的特定表面结构，增强补强材料的可润湿性和亲水性；引气剂能够使混凝土补强材料中产生大量均匀分布的、稳定且封闭的气泡，在混凝土补强材料的拌和中起到滚珠的作用，增强混凝土补强材料的流动性，并且产生的气泡可包裹在水泥浆体中，不仅有利于碳酸盐矿化菌的矿化沉积，还增大了混凝土拌合物胶凝浆体的体积，减少新拌混合物的泌水和离析，在和粉煤灰、沸石以及其他组分的协同作用下，能够进一步提高补强材料的流动性，并且能够保持良好的粘聚性和保水性；同时在补强材料再次发生裂缝时，能够利用纤维的“桥联作用”和微生物诱导的碳酸盐沉淀生物矿化技术实现补强材料的自修复。
附图说明
图1为本发明提供的混凝土补强材料的流动性测试的装置示意图；
图2为本发明提供的混凝土补强材料修补混凝土裂缝前后的示意图，其中，a为混凝土裂缝的示意图，b为修补裂缝后的示意图。
图3为本发明提供的混凝土补强材料二次开裂时自修复示意图
具体实施方式
本发明提供了一种混凝土补强材料，包括以下质量份数的组分：水泥90～120份；粉煤灰10～30份；硅灰10～20份；沸石5～10份；砂150～200份；纤维0.1～1.0份；减水剂1.0～2.5份；引气剂0.5～1.0份；水40～50份；碳酸盐矿化菌菌液0.5～4.0份；细菌载体1.5～10份；氯化钠0.02～0.1份。
在本发明中，若无特殊说明，所有组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
以质量份数计，本发明提供的混凝土补强材料包括水泥90～120份，进一步优选为95～115份，更优选为100～112份。在本发明中，所述水泥优选为硅酸盐水泥，进一步优选为42.5号硅酸盐水泥。
以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的混凝土补强材料包括粉煤灰10～30份，进一步优选为15～25份，更优选为18～22份。在本发明中，所述粉煤灰的球度0.6～1.0，进一步优选为0.7～0.9，更优选为0.8。在本发明中，所述粉煤灰中球度大于0.7的颗粒优选占总量的94.1％；球度大于0.9的颗粒优选占总量的2.3％。在本发明中，所述粉煤灰的粒径优选为≤3μm，进一步优选为1.5～2.8μm，更优选为1.8～2.5μm。在本发明中，所述粉煤灰的需水量比≤95％，进一步优选为60％～93％，更优选为65％～90％。在本发明中，所述粉煤灰添加到混凝土中，具有优异的减水效应，需水量大大降低，同时和减水剂的双重减水偶合作用，能够进一步提高混凝土补强材料的后期强度；同时粉煤灰的颗粒形态呈球形，球形粒子的相互间的接触面积最小，减小了骨料之间的相互摩擦，从而提高其流动性。
以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的混凝土补强材料包括硅灰10～20份，进一步优选为12～18份，更优选为14～16份。在本发明中，所述硅灰具有保水、防止离析、泌水以及大幅度降低泵动阻力的作用，和粉煤灰和沸石的协同作用下，能够进一步提高拌合物的强度和耐久性。
以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的混凝土补强材料包括沸石5～10份，进一步优选为6～9份，更优选为7～8份。在本发明中，所述沸石的比表面积优选为400～800m2/g，进一步优选为450～750m2/g，更优选为500～700m2/g。在本发明中，所述沸石的粒径优选为5.0～6.5μm，进一步优选为5.2～6.2μm，更优选为5.5～6.0μm。在本发明中，所述沸石的0.08mm孔筛的筛余量优选为＜5％，进一步优选为2.5％～3.8％，更优选为2.8％～3.5％。在本发明中，所述沸石中的活性二氧化硅和三氧化硅能够与水泥的水化产物氢氧化钙反应生成胶凝物质，能够进一步改善拌合物的和易性；本发明提供的沸石能够在一定程度上充当微生物的载体，提高微生物的负载量，并且其优异的吸附作用能够去除95％的微生物矿化作用时产出的氨氮副产物，保证了补强材料的绿色环保，同时沸石能够填充水泥颗粒间的空隙，增大水泥基材料的密实性，砂浆的内部结构改变，用于填充内部空隙的需水量减少，用于提供砂浆流动性的水相对增多，从而提高其流动性。
以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的混凝土补强材料包括砂150～200份，进一步优选为160～190份，更优选为170～180份。在本发明中，所述砂优选为河砂。在本发明中，所述砂的粒径优选为0.15～4.75mm，进一步优选为0.2～4.7mm，更优选为0.25～4.65mm。
以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的混凝土补强材料包括纤维0.1～1.0份，进一步优选为0.2～0.9份，更优选为0.3～0.8份。在本发明中，所述纤维优选为玄武岩纤维、钢纤维、碳纤维和玻璃纤维中的一种或几种；当所述纤维为上述具体选择中的两种以上时，本发明对所述具体物质的添加比例没有特殊的限定，按照任意比例混合均可。在本发明中，所述纤维的长度优选为6～12mm，进一步优选为7～11mm，更优选为8～10mm。
以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的混凝土补强材料包括减水剂1.0～2.5份，进一步优选为1.2～2.3份，更优选为1.5～2.0份。在本发明中，所述减水剂优选包括聚羧酸减水剂。
以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的混凝土补强材料包括引气剂0.5～1.0份，进一步优选为0.6～0.9份，更优选为0.7～0.8份。在本发明中，所述引气剂包括皂苷类引气剂、松香树脂类引气剂、烷基芳烃磺酸类引气剂和脂肪醇磺酸盐类引气剂中的一种或几种；所述皂苷类引气剂进一步优选为三萜皂甙式引气剂。在本发明中，所述引气剂能够使混凝土补强材料中产生大量均匀分布的、稳定且封闭的气泡，在混凝土补强材料的拌和中起到滚珠的作用，增强混凝土补强材料的流动性；同时气泡可包裹在水泥浆体中，不仅有利于微生物的矿化沉积，还可以增大混凝土拌合物胶凝浆体的体积，减少拌和物的泌水和离析，提高混凝土补强材料的和易性。
以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的混凝土补强材料包括水40～50份，进一步优选为42～48份，更优选为44～46份。在本发明中，所述水包括蒸馏水、去离子水或纯净水中的一种或几种。
以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的混凝土补强材料包括碳酸盐矿化菌菌液0.5～4.0份，进一步优选为1.0～3.5份，更优选为1.5～3.0份。在本发明中，所述碳酸盐矿化菌菌液优选包括碳酸盐矿化菌和营养液。在本发明中，所述碳酸盐矿化菌优选为巴氏芽孢杆菌(编号为BNCC337394)。在本发明中，所述碳酸盐矿化菌菌液的浓度以OD值计优选为0.347～0.417，进一步优选为0.35～0.41，更优选为0.36～0.4。在本发明中，所述营养液优选包括15～25g/L的尿素，3～8g/L的蛋白胨，2～5g/L的牛肉浸膏和余量的水，进一步优选为20.0g/L的尿素，5.0g/L的蛋白胨，3.0g/L的牛肉浸膏和余量的水。在本发明中，所述水包括蒸馏水、去离子水或纯净水中的一种或几种。
以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的混凝土补强材料包括细菌载体1.5～10份，进一步优选为2.0～9.0份，更优选为3.0～8.0份。在本发明中，所述细菌载体优选包括高分子水凝胶和/或多孔材料。在本发明中，所述多孔材料进一步优选为陶粒、再生骨料、聚氨酯泡沫和浮石中的一种或几种。在本发明中，所述高分子水凝胶进一步优选为硅溶胶。在本发明中，所述硅溶胶优选包括SiO2和Na2O。在本发明中，所述SiO2在所述硅溶胶中的质量含量优选为29～31％，进一步优选为29.5～30.5％，更优选为29.8～30.2％；所述Na2O在所述硅溶胶中的质量含量优选为≤0.4％。在本发明中，所述硅溶胶的粒径优选为8～20nm，进一步优选为10～18nm，更优选为12～16nm。在本发明中，所述硅溶胶的密度优选为1.19～1.21g/cm3，进一步优选为1.20g/cm3。
以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的混凝土补强材料包括氯化钠0.02～0.1份，进一步优选为0.04～0.08份，更优选为0.05～0.07份。
本发明还提供了上述技术方案所述的混凝土补强材料的制备方法，包括以下步骤：
将碳酸盐矿化菌菌液、细菌载体和氯化钠第一混合，得到固定化的碳酸盐矿化菌；
将所述固定化的碳酸盐矿化菌和水第二混合，得到混合菌液；
将所述混合菌液和纤维第三混合，通入CO2，过滤，得到含有改性纤维的混合液；
将所述含有改性纤维的混合液、水泥、粉煤灰、硅灰、沸石、砂、引气剂和减水剂第四混合，得到所述混凝土补强材料。
本发明将碳酸盐矿化菌菌液、细菌载体和氯化钠第一混合，得到固定化的碳酸盐矿化菌。
在本发明中，所述碳酸盐矿化菌菌液优选通过制备得到；所述制备方法优选包括以下步骤：
将碳酸盐矿化菌冻干粉进行活化，然后将活化成功的菌种利用培养液进行传代培养，得到所述碳酸盐矿化菌菌液。
在本发明中，所述培养液的组成和上述技术方案的一致，在此不再赘述。在本发明中，所述培养液的pH值优选为7.3。
在本发明中，在培养前为了保证培养基的无菌状态，还优选包括对所述培养基进行高温灭菌；所述高温灭菌的温度优选为121℃；时间优选为15min。
在本发明中，所述传代培养的温度优选为37℃，时间优选为1500min。本发明对所述活化和传代培养的过程没有特殊的限定，按照本领域技术人员熟知的进行即可。
在本发明中，所述第一混合优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速优选为50～70rpm，进一步优选为52～68rpm，更优选为55～65rpm；时间优选为30～60s，进一步优选为35～55s，更优选为40～50s。在本发明中，利用细菌载体对碳酸盐矿化菌菌液进行固化，在添加到混凝土补强材料中，能够保证碳酸盐矿化菌在混凝土中的活性，有助于使得补强材料在较长时间内保持优异的流动性，同时还能够避免混凝土凝固后发生开裂。
得到所述固定化的碳酸盐矿化菌后，本发明将所述固定化的碳酸盐矿化菌和水第二混合，得到混合菌液。
在本发明中，所述第二混合优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速优选为50～70rpm，进一步优选为52～68rpm，更优选为55～65rpm；时间优选为60～90s，进一步优选为65～85s，更优选为70～80s。
得到所述混合菌液后，本发明将所述混合菌液和纤维第三混合，通入CO2，过滤，得到含有改性纤维的混合液。
进行所述第三混合前，本发明还优选包括对所述纤维进行预处理；所述预处理优选包括清洗和干燥。
本发明对所述清洗的过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。本发明对所述干燥的过程没有特殊的限定，能够将清洗后的纤维干燥至恒重即可。
在本发明中，所述第三混合优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速优选为20～40rpm，进一步优选为22～38rpm，更优选为25～35rpm；时间优选为60～90s，进一步优选为65～85s，更优选为70～80s。在本发明中，所述CO2的体积和所述混合菌液的体积比优选为1：1。本发明对所述CO2通入的过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。本发明对所述过滤的过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。在本发明中，所述CO2能够产生CO3 2-，能够进一步促进微生物矿化沉积作用的发生。
得到所述含有改性纤维的混合液后，本发明将所述含有改性纤维的混合液、水泥、粉煤灰、硅灰、沸石、砂、引气剂和减水剂第四混合，得到所述混凝土补强材料。
在本发明中，所述第四混合优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速优选为20～40rpm，进一步优选为22～38rpm，更优选为25～35rpm；时间优选为270～420s，进一步优选为300～400s，更优选为320～380s。
在本发明中，通过采用微生物对纤维进行改性，得到覆盖有细菌生物膜的亲水性改性纤维，将其添加到混凝土中，能够产生具有增加的微观和纳米粗糙程度的特定表面结构，增强材料的可润湿性和亲水性；同时能够改善混凝土补强材料的孔隙度，进一步提高补强材料的流动性、抗压强度、抗渗性能和抗氯离子侵蚀性能。
在本发明中，所述第四混合优选包括以下步骤：
将所述含有改性纤维的混合液分离，得到改性纤维和混合液；
将部分混合液、水泥、粉煤灰、硅灰、沸石、砂、引气剂和所述改性纤维一级混合，得到一级混合物；
将所述一级混合物和剩余混合液二级混合，得到二级混合物；
将所述二级混合物和减水剂三级混合，得到所述混凝土补强材料。
本发明对所述分离的过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。
在本发明中，所述一级混合优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速优选为50～70rpm，进一步优选为52～68rpm，更优选为55～65rpm；时间优选为90～120s，进一步优选为95～115s，更优选为100～110s。
在本发明中，所述二级混合优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速优选为20～40rpm，进一步优选为22～38rpm，更优选为25～35rpm；时间优选为60～90s，进一步优选为65～85s，更优选为70～80s。
在本发明中，所述三级混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速优选为20～40rpm，进一步优选为22～38rpm，更优选为25～35rpm；时间优选为120～180s，进一步优选为130～170s，更优选为140～160s。
在本发明中，所述部分混合液和剩余混合液的体积比优选为3：1。在本发明中，将所述混合液分步加入，能够进一步提高混合液在混凝土中的分散性。
本发明还提供了上述技术方案所述的混凝土补强材料在修补混凝土裂缝中的应用。本发明对所述应用的具体实施方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。在本发明中，所述混凝土裂缝的示意图如图2a所示，所述混凝土补强材料修补混凝土裂缝后的示意图如图2b所示，从图2a和图2b可以看出，本发明提供的混凝土补强材料具有优异的流动性，能够对混凝土裂缝进行更充分的填充。
为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的一种混凝土补强材料及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
备料：42.5号硅酸盐水泥100份；硅灰18份；聚羧酸减水剂1.8份；三萜皂甙式引气剂0.5份；水47份；
粉煤灰15份(球度范围为0.6～1.0，其中球度大于0.7的颗粒占总量的94.1％，球度大于0.9的颗粒占总量的2.3％；粒径为3μm，需水量比为95％；
沸石10份(粒径为5.0～6.5μm；0.08mm筛孔筛余量为4.5％)；
河砂171份(粒径为0.15～4.75mm，其中2.36～4.75mm粒径砂占比为14.87％，1.18～2.36mm粒径砂占比为21.98％，0.6～1.18mm粒径砂占比为18.48％，0.3～0.6mm粒径砂占比为32.68％，0.15～0.3mm粒径砂占比为11.99％)；
玄武岩纤维0.5份(长度为6mm)；
巴氏芽孢杆菌菌液0.5份(OD值为0.358)；
硅溶胶2.5份(其中，SiO2在硅溶胶中的质量含量为30.0±1％，所述Na2O在硅溶胶中的质量含量为≤0.4％；粒径为10～20nm，密度为1.19～1.21g/cm3)；
氯化钠0.02份；
制备方法：
将巴氏芽孢杆菌(编号为BNCC337394)冻干粉进行活化，然后将活化成功的菌种利用培养液(20.0g/L的尿素，5.0g/L的蛋白胨，3.0g/L的牛肉浸膏和余量的水)在37℃下进行传代培养，得到巴氏芽孢杆菌菌液。
取巴氏芽孢杆菌菌液、硅溶胶和氯化钠在搅拌速度为60rpm下搅拌30s，得到固定化的巴氏芽孢杆菌，然后和水在搅拌速度为60rpm下搅拌60s进行混合，得到混合菌液；
将玄武岩纤维清洗后，干燥至恒重，然后和混合菌液在搅拌速度为30rpm下搅拌60s进行混合，通入CO2进行反应后，经含有改性纤维的混合液；
将含有改性纤维的混合液分离，得到改性纤维和混合液；将3/4体积的混合液、水泥、粉煤灰、硅灰、沸石、砂、引气剂和改性纤维，在搅拌速度为50rpm下搅拌90s进行一级混合后，和剩余的混合液在搅拌速度为24rpm下搅拌60s进行二级混合；将得到的二级混合物和减水剂，在搅拌速度为24rpm下搅拌120s进行三级混合，得到所述混凝土补强材料。
实施例2
备料：42.5号硅酸盐水泥100份；硅灰18份；聚羧酸减水剂1.8份；三萜皂甙式引气剂0.8份；水43份；
粉煤灰18份(球度为0.6～1.0，其中球度大于0.7的颗粒占总量的94.1％，球度大于0.9的颗粒占总量的2.3％；粒径为3μm，需水量比为95％)；
沸石7份(粒径为5.0～6.5μm；0.08mm筛孔筛余量为4.5％)；
河砂171份(粒径为0.15～4.75mm，其中2.36～4.75mm粒径砂占比为14.87％，1.18～2.36mm粒径砂占比为21.98％，0.6～1.18mm粒径砂占比为18.48％，0.3～0.6mm粒径砂占比为32.68％，0.15～0.3mm粒径砂占比为11.99％)；
玄武岩纤维0.5份(长度为9mm)；
巴氏芽孢杆菌菌液2.0份(OD值为0.372)；
硅溶胶5份(其中，SiO2在硅溶胶中的质量含量为30.0±1％，所述Na2O在硅溶胶中的质量含量为≤0.4％；粒径为10～20nm，密度为1.19～1.21g/cm3)；
氯化钠0.03份；
制备方法：
将巴氏芽孢杆菌(编号为BNCC337394)冻干粉进行活化，然后将活化成功的菌种利用培养液(20.0g/L的尿素，5.0g/L的蛋白胨，3.0g/L的牛肉浸膏和余量的水)在37℃下进行传代培养，得到巴氏芽孢杆菌菌液；
取巴氏芽孢杆菌菌液、硅溶胶和氯化钠在搅拌速度为60rpm下搅拌30s，得到固定化的巴氏芽孢杆菌，然后和水在搅拌速度为60rpm下搅拌60s进行混合，得到混合菌液；
将玄武岩纤维清洗后，干燥至恒重，然后和混合菌液在搅拌速度为30rpm下搅拌60s进行混合，通入CO2进行反应后，经含有改性纤维的混合液；
将含有改性纤维的混合液分离，得到改性纤维和混合液；将3/4体积的混合液、水泥、粉煤灰、硅灰、沸石、砂、引气剂和改性纤维，在搅拌速度为50rpm下搅拌90s进行一级混合后，和剩余的混合液在搅拌速度为24rpm下搅拌60s进行二级混合；将得到的二级混合物和减水剂，在搅拌速度为24rpm下搅拌120s进行三级混合，得到所述混凝土补强材料。
实施例3
备料：42.5号硅酸盐水泥100份；硅灰18份；聚羧酸减水剂1.8份；三萜皂甙式引气剂0.5份；水41份；
粉煤灰20份(球度为0.6～1.0，其中球度大于0.7的颗粒占总量的94.1％，球度大于0.9的颗粒占总量的2.3％；粒径为3μm，需水量比为95％)；
沸石5份(粒径为5.0～6.5μm；0.08mm筛孔筛余量为4.5％)；
河砂171份(粒径为0.15～4.75mm，其中2.36～4.75mm粒径砂占比为14.87％，1.18～2.36mm粒径砂占比为21.98％，0.6～1.18mm粒径砂占比为18.48％，0.3～0.6mm粒径砂占比为32.68％，0.15～0.3mm粒径砂占比为11.99％)；
玄武岩纤维0.5份(长度为12mm)；
巴氏芽孢杆菌菌液1.5份(OD值为0.393)；
硅溶胶7.5份(其中，SiO2在硅溶胶中的质量含量为30.0±1％，所述Na2O在硅溶胶中的质量含量为≤0.4％；粒径为8～15nm，密度为1.19～1.21g/cm3)；
氯化钠0.06份；
制备方法：
将巴氏芽孢杆菌(编号为BNCC337394)冻干粉进行活化，然后将活化成功的菌种利用培养液(20.0g/L的尿素，5.0g/L的蛋白胨，3.0g/L的牛肉浸膏和余量的水)在37℃下进行传代培养，得到巴氏芽孢杆菌菌液；
取巴氏芽孢杆菌菌液、硅溶胶和氯化钠在搅拌速度为60rpm下搅拌30s，得到固定化的巴氏芽孢杆菌，然后和水在搅拌速度为60rpm下搅拌60s进行混合，得到混合菌液；
将玄武岩纤维清洗后，干燥至恒重，然后和混合菌液在搅拌速度为30rpm下搅拌60s进行混合，通入CO2进行反应后，经含有改性纤维的混合液；
将含有改性纤维的混合液分离，得到改性纤维和混合液；将3/4体积的混合液、水泥、粉煤灰、硅灰、沸石、砂、引气剂和改性纤维，在搅拌速度为50rpm下搅拌90s进行一级混合后，和剩余的混合液在搅拌速度为24rpm下搅拌60s进行二级混合；将得到的二级混合物和减水剂，在搅拌速度为24rpm下搅拌120s进行三级混合，得到所述混凝土补强材料。
对比例1
按照实施例1的方式制备混凝土补强材料，区别在于，不添加沸石、硅溶胶、巴氏芽孢杆菌菌液和氯化钠。
性能测试
对实施例1～3和对比例1得到的混凝土补强材料进行性能测试，其中抗渗性和抗氯离子侵蚀性按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)进行；
抗压强度按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T 70-2009)进行；
抗压强度恢复率测试主要通过不同龄期预开裂混凝土的恢复强度与同龄期未开裂混凝土的强度比较，其中预开裂荷载取混凝土极限强度的60％～80％，抗压强度恢复率计算公式如公式(1)所示：
Figure BDA0003496305710000131
其中，ηstatic为混凝土的抗压强度恢复率；fhealed为混凝土试样受损并修复28d后测定的抗压强度值，单位(MPa)；fdamaged为混凝土试样受损后，未经修复直接试验得到抗压强度值，单位(MPa)。
流动性测试装置如图1所示，采用跳桌法进行测试，测试方法为：
1.首先用湿布抹擦跳桌台面、试模、捣棒等与混凝土接触的工具并用潮湿棉布覆盖；
2.将拌合好的混凝土分两层迅速装入加模套的试模，第一层装至约2/3模高处，并用小刀在两垂直方向各划5次，扶住试模用捣棒由边缘至中心压捣15次；捣压深度为1/2胶砂高度；
3.第二层装至约高出截锥圆模顶20mm处，并用小刀在两垂直方向各划5次，再手扶试模用捣棒由边缘至中心捣压10次。捣后混凝土应略高于试模，捣压深度不超过已捣实低层表面；
4.压捣完毕，取下模套，将小刀倾斜，由中间向两侧分两次近水平角度抹平顶面，擦去落在桌面上的混凝土。垂直轻轻提起截锥圆模；
5.开动跳桌，每秒1次的频率完成25次跳动，记录拌合物底面的扩展直径值，扩展直径值平均值的大小即为流动度。
其中，抗氯离子侵蚀性能的测试结果以电通量表示；
保水性的测试结果以分层度表示；保水性的测试方法为：将待测样装入规定的容器中，测出沉入度；静置30min后，再取容器下部1/3部分的待测样。前后两次沉入度之差为分层度；
测试结果如表1所示；
表1实施例1～3和对比例1得到的混凝土补强材料性能测试结果
Figure BDA0003496305710000132
Figure BDA0003496305710000141
从表1的测试结果可以看出，本发明提供的混凝土补强材料具有优异的流动性；抗压强度高，且28d的抗渗性能优异，能够抵抗2.6MPa的水压；同时，其电通量小于1200C，具有优异的抗氯离子侵蚀性能。
本发明提供的混凝土补强材料的分层度为12～15mm，表明本发明提供的混凝土补强材料具有优异的保水性能。
本发明提供的混凝土补强材料的抗压强度恢复率为86.3～94.8％，具有优异的自修复性能。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (8)

1.一种混凝土补强材料，其特征在于，包括以下质量份数的组分：水泥90~120份；粉煤灰10~30份；硅灰10~20份；沸石5~10份；砂150~200份；纤维0.1~1.0份；减水剂1.0~2.5份；引气剂0.5~1.0份；水40~50份；碳酸盐矿化菌菌液0.5~4.0份；细菌载体1.5~10份；氯化钠0.02~0.1份；
所述纤维包括玄武岩纤维、钢纤维、碳纤维和玻璃纤维中的一种或几种；所述纤维的长度为6~12mm；
所述细菌载体为硅溶胶；
所述的混凝土补强材料的制备方法，包括以下步骤：
将碳酸盐矿化菌菌液、细菌载体和氯化钠第一混合，得到固定化的碳酸盐矿化菌；
将所述固定化的碳酸盐矿化菌和水第二混合，得到混合菌液；
将所述混合菌液和纤维第三混合，通入CO2，过滤，得到含有改性纤维的混合液；
将所述含有改性纤维的混合液、水泥、粉煤灰、硅灰、沸石、砂、引气剂和减水剂第四混合，得到所述混凝土补强材料。
2.根据权利要求1所述的混凝土补强材料，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥；
所述引气剂包括皂苷类引气剂、松香树脂类引气剂、烷基芳烃磺酸类引气剂和脂肪醇磺酸盐类引气剂中的一种或几种；
所述砂为河砂，粒径为0.15~4.75mm。
3.根据权利要求1所述的混凝土补强材料，其特征在于，所述粉煤灰的球度为0.6~1.0，粒径≤3μm，需水量比≤95%。
4.根据权利要求1所述的混凝土补强材料，其特征在于，所述沸石的粒径为5.0~6.5μm，0.08mm孔筛的筛余量＜5%。
5.根据权利要求1所述的混凝土补强材料，其特征在于，所述碳酸盐矿化菌菌液包括碳酸盐矿化菌和营养液；
所述碳酸盐矿化菌菌液中碳酸盐矿化菌的浓度以OD值计为0.347~0.417；
所述营养液包括15~25g/L的尿素，3~8g/L的蛋白胨，2~5g/L的牛肉浸膏和余量的水；所述水包括蒸馏水、去离子水或纯净水中的一种或几种。
6.权利要求1~5任一项所述的混凝土补强材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将碳酸盐矿化菌菌液、细菌载体和氯化钠第一混合，得到固定化的碳酸盐矿化菌；
将所述固定化的碳酸盐矿化菌和水第二混合，得到混合菌液；
将所述混合菌液和纤维第三混合，通入CO2，过滤，得到含有改性纤维的混合液；
将所述含有改性纤维的混合液、水泥、粉煤灰、硅灰、沸石、砂、引气剂和减水剂第四混合，得到所述混凝土补强材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第四混合的时间为270~420s。
8.权利要求1~5任一项所述的混凝土补强材料或权利要求6或7所述制备方法制备得到的混凝土补强材料在修补混凝土裂缝中的应用。
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