[發(fā)明專利]一種海工混凝土強化材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010505233.2
• 申請日: 2020-06-05
• 公開（公告）號: CN111592258A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 詹其偉
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 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(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發(fā)明公開了一種海工混凝土強化材料及其制備方法和應(yīng)用，配制等物質(zhì)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(yǎng)基中，向培養(yǎng)液中加入芽孢高效轉(zhuǎn)化劑；將碳酸鈣微球放入賴氨酸芽孢桿菌芽孢培養(yǎng)液中，充分靜置，直至芽孢培養(yǎng)液濃度趨于穩(wěn)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(xiàn)碳酸鈣微球的表層包覆。結(jié)果表明，該材料可有實現(xiàn)混凝土表面孔隙填充封堵，改善密實性，阻止腐蝕物質(zhì)的侵入，提升工程耐久性和服役壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水泥材料改性領(lǐng)域，涉及一種海工混凝土強化材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

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(huán)境的調(diào)節(jié)也起至關(guān)重要的作用。隨著中國對外開放的持續(xù)深化和經(jīng)濟持續(xù)增長，對航運市場的需求越來越旺盛。為了適應(yīng)市場的強勁需求，推動國民經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展，我國沿海港口新建了大量碼頭泊位，同時建設(shè)了大量的跨海大橋和濱海建筑。水泥混凝土是現(xiàn)代海洋工程中最常見的構(gòu)筑材料。與普通混凝土相比，海工混凝土面臨更加嚴酷的環(huán)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成有害產(chǎn)物，嚴重影響耐久性。在水泥水化過程中產(chǎn)生氫氧化鈣，使混凝土 pH 值高于12.5，呈現(xiàn)強堿性。在這種強堿環(huán)境中，混凝土內(nèi)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(dāng)其通過孔隙和裂縫等缺陷進入混凝土內(nèi)部后，吸附于鋼筋表面，造成鋼筋局部堿性降低；當(dāng)pH值不足11.5時，鈍化膜開始不穩(wěn)定；當(dāng)pH 值小于 9.88時，已經(jīng)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(dāng)pH 值繼續(xù)下降到小于4時，該處鈍化膜產(chǎn)生破損，使鋼筋暴露于腐蝕環(huán)境中。

我國的海洋工程建筑絕大多數(shù)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在海洋腐蝕性條件下鋼筋混凝土耐久性問題十分突出。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)許多海港、橋梁、碼頭等沿海混凝土結(jié)構(gòu)在未達到設(shè)計年限之前就過早地出現(xiàn)了骨料剝蝕、鋼筋銹蝕等現(xiàn)象，不得不進行修復(fù)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(huán)境下的實際情況，通過強化海工混凝表面性能、降低孔隙結(jié)構(gòu)，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(xué)術(shù)價值和工程意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種海工混凝土強化材料及其制備方法和應(yīng)用，通過海工環(huán)境特有物質(zhì)激發(fā)載體，為載體內(nèi)物質(zhì)傳輸提供通道，磁性粒子富集基體內(nèi)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(yīng)的功能。

本發(fā)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(nèi)；所述多孔微球的孔隙內(nèi)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(yōu)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(zhì)。

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(zhì)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(zhì)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(yīng)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；