[發明專利]一種海工混凝土強化材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010505233.2
• 申請日: 2020-06-05
• 公開（公告）號: CN111592258A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 詹其偉
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: C04B20/02
• 分類號: C04B20/02;C04B20/10;C04B14/28;C01F11/18;C04B28/00;C04B111/24
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發明公開了一種海工混凝土強化材料及其制備方法和應用，配制等物質量氯化鈣溶液和碳酸氫鈉溶液，制作多孔碳酸鈣微球；將賴氨酸芽孢桿菌接種至培養基中，向培養液中加入芽孢高效轉化劑；將碳酸鈣微球放入賴氨酸芽孢桿菌芽孢培養液中，充分靜置，直至芽孢培養液濃度趨于穩定，獲得負載微生物芽孢的碳酸鈣微球；將負載微生物芽孢的碳酸鈣微球溶于海藻酸鈉、鋇銀混合溶液中，攪拌均勻，通過噴霧干燥實現碳酸鈣微球的表層包覆。結果表明，該材料可有實現混凝土表面孔隙填充封堵，改善密實性，阻止腐蝕物質的侵入，提升工程耐久性和服役壽命。

技術領域

本發明屬于水泥材料改性領域，涉及一種海工混凝土強化材料及其制備方法和應用。

背景技術

海洋是人類賴以生存的寶庫，為人類提供豐富的資源，對地球環境的調節也起至關重要的作用。隨著中國對外開放的持續深化和經濟持續增長，對航運市場的需求越來越旺盛。為了適應市場的強勁需求，推動國民經濟的穩定發展，我國沿海港口新建了大量碼頭泊位，同時建設了大量的跨海大橋和濱海建筑。水泥混凝土是現代海洋工程中最常見的構筑材料。與普通混凝土相比，海工混凝土面臨更加嚴酷的環境，海水中含有更高濃度的可溶性鹽的有害離子，如Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-、Mg²⁺和Ca²⁺等，這些腐蝕離子通過混凝土的孔隙進入基體，可與水泥石中某些組分發生化學反應，生成有害產物，嚴重影響耐久性。在水泥水化過程中產生氫氧化鈣，使混凝土 pH 值高于12.5，呈現強堿性。在這種強堿環境中，混凝土內部的鋼筋會在表面生成一層致密的鈍化膜，這種鈍化膜可以提供保護作用，防止鋼筋銹蝕；對于鈍化后的鋼筋來說，氯離子是一種極強的去鈍化劑，當其通過孔隙和裂縫等缺陷進入混凝土內部后，吸附于鋼筋表面，造成鋼筋局部堿性降低；當pH值不足11.5時，鈍化膜開始不穩定；當pH 值小于 9.88時，已經生成的鈍化膜逐漸被破壞，且此時難以再生成新的鈍化膜；當pH 值繼續下降到小于4時，該處鈍化膜產生破損，使鋼筋暴露于腐蝕環境中。

我國的海洋工程建筑絕大多數采用鋼筋混凝土結構，在海洋腐蝕性條件下鋼筋混凝土耐久性問題十分突出。現已發現許多海港、橋梁、碼頭等沿海混凝土結構在未達到設計年限之前就過早地出現了骨料剝蝕、鋼筋銹蝕等現象，不得不進行修復甚至拆除重建。因此，針對海港工程、跨海大橋、沿岸建筑等長期暴露在海洋侵蝕環境下的實際情況，通過強化海工混凝表面性能、降低孔隙結構，阻止海工中腐蝕離子的侵入，顯著提升工程耐久性，具有重要的學術價值和工程意義。

發明內容

本發明提供一種海工混凝土強化材料及其制備方法和應用，通過海工環境特有物質激發載體，為載體內物質傳輸提供通道，磁性粒子富集基體內離子、在微生物作用下形成礦物，有效填充、封堵孔隙，阻止腐蝕離子的侵入。該方法成本低、速度快、效果好，且具有智能響應的功能。

本發明提供一種海工混凝土強化材料，包括多孔微球、賴氨酸芽孢桿菌、海藻酸鈉、可溶行鋇銀鹽，所述多孔微球由碳酸鈣、有機模板和磁性粒子組成，碳酸鈣作為多孔微球的主體，有機模板和磁性粒子均勻分布在碳酸鈣多孔微球內；所述多孔微球的孔隙內及其表面上負載有賴氨酸芽孢桿菌；在多孔微球的表面包裹有由海藻酸鈉及可溶性鋇銀鹽組成的外殼。

優選的，有機模板為十二烷基磺酸鈉。

磁性粒子為四氧化三鐵，也可以是二氧化鉻等帶有磁性的物質。

一種海工混凝土強化材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）配制等物質量氯化鈣溶液和碳酸氫鈉溶液，分別向氯化鈣溶液和碳酸氫鈉溶液中加入等質量的有機模板、磁性粒子，將氯化鈣溶液緩慢滴加至碳酸氫鈉溶液中，反應溫度15~50℃，靜置1~2小時后采用離心分離、乙醇溶液洗滌沉積物，烘干后即獲得多孔碳酸鈣微球；