[發明專利]一種骨仿生水泥基梯度彈道材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110403098.5
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113003990B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 馮君;孫溪晨;陳捷;劉陳心怡;伊米蘭;盧思怡;南毅飛;劉苗苗;陳思宇;陳柄丞
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張祥

本發明公開了一種骨仿生水泥基梯度彈道材料及其制備方法，包括以下步驟：步驟一：選用具有礦化沉淀功能的脲酶菌為菌體凍干粉，對菌體凍干粉進行活化并培養；步驟二：選用載體，對固載層材料進行制備；步驟三：將固載層材料與水泥砂漿分層混合得到所述水泥基梯度彈道材料。本發明綠色環保無污染，且基于微生物自發的裂縫修復技術，提高材料的耐久性能，并將功能梯度材料引入到用于防護工程的混凝土中，充分利用功能梯度材料的高強度、耐沖擊性和結構可靠性，來達到提高混凝土材料防護性能的目的，對于未來混凝土結構發展具有很大的研究價值及應用意義。

技術領域

本發明屬于自愈合混凝土材料技術領域，特別是一種骨仿生水泥基梯度彈道材料及其制備方法。

背景技術

水泥基材料到目前為止仍是世界上使用最廣泛的建筑材料。受到固有的低抗拉強度和多變的外界環境影響，水泥基材料極容易開裂。裂縫為水或者侵蝕性的液體提供了進入混凝土內部的途徑，造成C-S-H凝膠的降解和鋼筋的腐蝕，影響基體的力學性能和耐久性能。長此以往會破壞試件的結構造成斷裂或剝落。

對于混凝土的自修復方法，目前主要包括以下幾種方法：基于混凝土自身的礦物自修復、中空纖維、滲透結晶和預埋形狀記憶合金等方法，但這些方法明顯存在不足。相比較于現有的裂縫修復技術，微生物自修復技術顯得尤為重要。

微生物自修復技術在混凝土裂縫修復中的應用最早由美國南達科塔礦業理工大學的Bang等(Ramachandran S K,Ramakrishnan V,Bang S S.Remediation of concreteusing micro-organisms[J].ACI MaterialsJournal,2001,98(1):3-9)提出。他們將菌液與砂子混合后作為修補材料填充到混凝土裂縫中，結果表明細菌在裂縫中能夠誘導碳酸鈣沉積而封堵裂縫，使得混凝土的強度和剛度得到了較好恢復。該試驗采用一類能夠產生脲酶的細菌，脲酶能夠將尿素水解為和然后與周圍溶液中的反應生成碳酸鈣沉淀。這種雖然有較好的自愈合效果，但不足是會產生一定的氨氣，對環境和人體有一定的影響。

韓銘海等人(產脲酶細菌的固定化及轉化條件研究[J].安徽農業科學,36(33):14375-14377)提出一種固定化細胞的方法，他們利用海藻酸鈉固定一株高產脲酶的芽孢桿菌(Bacillus sp.)菌體來分解尿素。基本思路就是：將產脲酶的芽孢桿菌固定在海藻酸鈉上，用戊二醛進行固定化細胞交聯，并計算脲酶回收率、菌體包埋量。通過固定脲酶，當裂縫產生時，促進混凝土中預埋的底物代謝轉化為碳酸鈣沉淀，從而提高自修復的效率。該方法提出了一個新型的提高修復效果的途徑，即利用固載脲酶的方式，提高了碳酸鈣的沉積速率，這種途徑最大的好處就是一定程度上縮短了自修復周期，提高了自修復的效率，但是不足之處就是固載脲酶成本太高，操作過程復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種骨仿生水泥基梯度彈道材料及其制備方法，來實現實際工程中微小裂縫的自主修復，通過不同梯度層材料結合，從而保證結構的耐久性和抗侵徹防護性。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種骨仿生水泥基梯度彈道材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：選用具有礦化沉淀功能的脲酶菌為菌體凍干粉，對菌體凍干粉進行活化并培養；

步驟二：選用載體，對固載層材料進行制備；

步驟三：將固載層材料與水泥砂漿分層混合得到所述水泥基梯度彈道材料。

進一步地，所述步驟一具體包括：

(1.1)第一培養基配置：第一培養基中各成分含量如下：超純水、蛋白胨、牛肉膏、碳酸鈉、碳酸氫鈉、瓊脂粉、尿素；

(1.2)第一培養基滅菌：將第一培養基置于高壓鍋中高溫滅菌；