[發明專利]一種混凝土抗裂與自修復的組合物及制備與使用方法

在審

• 申請號: 202010529015.2
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111606596A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 金長宇;李晨佳;王昕彤;譚翔宇
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C04B24/12
• 分類號: C04B24/12
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 王燦

本發明屬于建筑材料技術領域。本發明公開了一種混凝土抗裂與自修復的組合物，通過將將氧化石墨烯、科氏芽孢桿菌菌液、乳酸鈣/甲酸鈣、硅酸鈉與營養液混合均勻，得到該組合物漿液。將該組合物漿液與混凝土按照1：2.8～4的重量比充分混合均勻來制備有自修復能力的混凝土。本發明中的氧化石墨烯可在水泥基質中形成范圍寬廣的阻擋層，增大傳輸阻力與滲透路徑的曲折度，使水泥基材料的孔結構孔隙變窄，提升混凝土的抗裂能力，同時可為科氏芽孢桿菌提供粘性位點，降低強堿環境下細菌的死亡率。

技術領域

本發明涉及建筑材料技術領域，更具體的說是涉及一種混凝土抗裂與自修復的組合物及制備與使用方法。

背景技術

混凝土是目前世界上使用量最大、應用范圍最廣的工程材料，但因其具有較低的彈性模量與抗拉強度，常常會在表面產生一些肉眼可見的微裂縫，而這些會對混凝土的耐久性產生不利影響，尤其是會極大降低混凝土的抗滲性、抗氯離子侵蝕以及抗碳化能力。因此，加強混凝土的抗裂能力并及時修復混凝土表面裂縫可以有效阻止有害物質侵入混凝土內部，提高混凝土結構的使用壽命。

目前，常用的方法有表面封閉法、堵漏法和結構補強加固法等，但表面封閉法無法深入裂縫內部，不適合有明顯水壓的裂縫；堵漏法常用的灌漿、嵌縫材料為環氧樹脂、聚氨酯等有機材料，與水泥基材料的熱膨脹系數不同，相容性較差，另外，有機化學材料大多易揮發，釋放出的氣體對人體和環境有害；結構補強加固法操作復雜，成本較高。

微生物誘導的碳酸鈣沉積(MICP)技術作為一種嶄新的技術備用應用于混凝土修補中。微生物誘導黏合是指利用微生物誘導生成的碳酸鈣的膠凝性能，改善水泥基類材料的強度和耐久性能。主要有三種方案:1)裂縫修復，即將菌液、培養基、填充骨料(砂子、聚氨酯、硅凝膠等)填充裂縫，通過MICP作用，使填充材料與生成的碳酸鈣結晶將裂縫填充，部分恢復混凝土的強度并提高耐久性，此方案的缺陷是依然需要后期人工修補，耗時耗力；2)微生物混凝土，即拌制混凝土時加入菌液，以期在混凝土內部孔隙中產生MICP，在抗壓強度不降低的情況下提高抗拉強度和耐久性，此方案的缺陷是混凝土的堿性會影響菌種的活性，使其長期處于休眠狀態，孢子的生存和發育能力會隨著混凝土齡期變長空隙變小而逐漸降低，生存時間少于四個月，死后微生物會分解，對混凝土強度有影響，例如專利201810076569.4公開的技術方案就存在上述技術缺陷；3)自修復或自愈合混凝土，先將細菌和培養基制成干燥的微生物膠囊，在混凝土拌和時摻入，細菌開始處于休眠狀態，一旦混凝土開裂，氧氣和水分進入，細菌即可恢復新陳代謝功能，呼吸產生二氧化碳，在濕潤環境中二氧化碳與水泥基材料中的鈣離子反應生成碳酸鈣，以此填補裂縫，此方法的缺陷是，由于膠囊是一次性使用，為保證有裂紋時，膠囊隨之開裂，因此膠囊壁薄，在開始拌入混凝土的時候即會出現大量微生物膠囊破裂，起不到修復作用；另外，即使微生物膠囊沒有破裂，微生物膠囊在拌入混凝土的時候已經遇水激活，并且拌混凝土時大量的水會使微生物持續作用直到耗盡微生物膠囊內的培養基，喪失后續的修復作用，如申請號為“201210580233.4”的專利公開了“一種內置好氧型微生物的復合膠囊地下結構混凝土自修復系統，包括混凝土基體，所述混凝土基體內設有微生物復合膠囊，所述微生物復合膠囊內包覆有好氧型微生物及適合所述好氧型微生物生長的培養基。”可以不用外加培養基，混凝土即可以實現智能修復。其機理是裂紋穿透復合膠囊，釋放出微生物發生代謝作用生成二氧化碳與鈣離子反應成碳酸鈣以修復裂縫，此方法有以下缺陷：第一、復合膠囊中的培養基以及微生物釋放出之后會對混凝土的強度產生影響；第二、膠囊只能使用一次，不能對混凝土同一位置的裂紋進行持續修復；第三，膠囊外表面為圓滑結構，與混凝土的粘結性較差，且水流入之后易被沖走，而無法發揮修復作用。

因此，如何提高混凝土的抗裂能力以及微生物在混凝土內部生存能力，是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容