[發明專利]基于人造功能載體負載微生物的自修復水泥基材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011565117.6
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112624655B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 羅勉;白鏡泉;荊康;李旭;劉野;馮家亮
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C04B24/28
• 分類號: C04B24/28;C04B28/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅;劉海霞

本發明公開了一種基于人造功能載體負載微生物的自修復水泥基材料及其制備方法。所述的自修復水泥基材料包含以下重量份數的原料：水泥360～500份，權利要求7所述的負載微生物的人造功能載體95～380份，尿素3～15份，乳酸鈣3～15份，砂800～1500份，水180～300份。本發明的基于人造功能載體負載微生物的自修復水泥基材料具有良好的裂縫自修復能力，當水泥基材料開裂時，預埋的負載微生物的人造功能載體能夠觸發一系列生物化學反應，生成更多的碳酸鈣和C?S?H凝膠等修復產物，同時，所添加的負載微生物的人造功能載體對水泥基材料本身強度影響較小，有效提高水泥基材料的耐久性。

技術領域

本發明屬于建筑材料領域，涉及一種自修復水泥基材料，特別涉及一種基于人造功能載體負載微生物的自修復水泥基材料及其制備方法。

背景技術

混凝土以其抗壓強度高、耐久性好、取材方便、價格低廉等優異的性能成為應用最廣泛的土木工程材料。但是由于混凝土的抗拉強度低，受到荷載、收縮、溫度變形、不均勻沉降等因素作用易發生開裂，影響混凝土的結構強度和耐久性。

針對混凝土裂縫修復問題，傳統的修復方法主要包括表面修補法、壓力灌漿法、結構補強法和混凝土置換法。這些傳統的維修方法往往需要定期檢查和維修。由于微裂縫很難被及時檢測出來，常規的維修手段只能修復裂縫表面，無法對結構內部進行修復，且維修成本較高、工作耗時費力，修復效果不理想，無法滿足當代建筑材料對環境友好型的發展要求。

因此，近年來裂縫自修復技術受到了廣泛關注。其中，基于微生物礦化技術的混凝土裂縫自修復技術作為一種環境友好的方式，具有很大的應用潛能。微生物礦化技術用于混凝土裂縫自修復的一個核心問題就是要保證微生物在混凝土中的長期活性。目前，研究人員已經使用輕骨料、粉煤灰陶粒、膨脹珍珠巖、聚氨酯、微膠囊等多種載體來保護微生物。但這些載體在保護微生物的同時，對混凝土強度等性能帶來了負面影響，限制了混凝土的使用范圍。此外，現有微生物自修復水泥基材料所采用的微生物載體功能單一，多數載體僅具備保護微生物的功能，而載體本身對裂縫自修復的貢獻沒有被充分利用。

礦渣作為冶金工業的主要廢棄物，對土壤、水資源、大氣都有毒害作用，嚴重影響生態環境。目前礦渣在水泥工業中主要作為水泥混合材料進行使用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于人造功能載體負載微生物的自修復水泥基材料及其制備方法，通過人造功能載體的多功能性顯著提高水泥基材料裂縫自修復能力，同時對水泥基材料本身強度影響較小，從而有效提高水泥基材料的耐久性。

實現本發明目的的技術方案如下：

負載微生物的人造功能載體的制備方法，包括以下步驟：

(1)將活化后的微生物接種至液體培養基中恒溫振蕩培養獲得菌液，離心后收集菌泥，用蒸餾水洗出菌泥，制得菌體懸浮液，將菌體懸浮液均勻噴灑到碳酸鈣粉末上，干燥、粉磨后獲得載菌的碳酸鈣粉末；

(2)將礦渣、載菌的碳酸鈣粉末、碳酸根緩釋組分及營養組分置于水泥砂漿機內慢速攪拌至拌合均勻，然后加入質量分數為20％的硅酸鈉溶液作為粘結劑，先慢速攪拌后快速攪拌，形成小顆粒，再將上述處理后的原材料造粒，待顆粒粒徑達到所需粒徑后取出，烘干，獲得負載微生物的人造功能載體內核；

(3)將負載微生物的人造功能載體內核涂覆一層環氧樹脂AB膠溶液，自然晾干固化后，在涂覆樹脂的負載微生物的人造功能載體內核采用噴灑水霧的方式，在涂覆樹脂的負載微生物的人造功能載體內核表面包裹一層硫鋁酸鹽水泥外殼，篩分出1.18～4.75mm粒徑的顆粒，置于20℃、95％相對濕度條件下養護3d，獲得負載微生物的人造功能載體。

具體地，步驟(1)中，所述的微生物為產脲酶細菌，所述的碳酸根緩釋組分為碳酸鈉、碳酸鉀等中的一種或幾種，所述的營養組分為酵母提取物、蛋白胨、牛肉膏等中的一種或幾種。

優選地，步驟(2)中，攪拌時間均為20s。