一种微生物固碳自修复混凝土及其制备方法和应用与流程

本发明涉及自修复混凝土，尤其涉及一种微生物固碳自修复混凝土及其制备方法和应用。

背景技术：

1、混凝土强度高、稳定性好，在土木工程领域应用广泛，由于混凝土自身的脆性和复杂的服役环境，开裂往往不可避免。裂缝一旦产生即会成为水和侵蚀性物质侵入的快速通道，加速混凝土的损伤和失效，降低混凝土的耐久性，甚至造成结构失效。

2、针对混凝土裂缝存在的问题，传统的混凝土裂缝修复技术属于事后的被动修复，需要耗费较大的人力物力，这种修复方式主要针对的是混凝土表面的宽裂缝，难以对微细裂缝进行修复(姜鲁.基于好氧-厌氧二元微生物矿化体系的自修复混凝土性能研究[d].太原理工大学,2020.doi:10.27352/d.cnki.gylgu.2020.002033.)。同时，受工程量较大的影响，事后的被动修复很难做到对裂缝及时有效地处理，并且传统的被动修复技术存在裂缝填充物(如有机类注浆封堵材料聚氨酯类浆材、环氧糠醛类浆材和甲基丙烯酸酯类浆材等)与混凝土基体兼容性差、耐久性低和裂缝容易二次开裂的缺点，此外，由于细微的混凝土裂缝并不能被及时检测到，传统修复方法存在一定的滞后性。因而，区别于传统的被动修复方式，如何及时修复混凝土的微小裂缝成为提升混凝土工程服役年限的关键，混凝土裂缝自修复方法(即主动修复)也成了混凝土微细裂缝修复的研究热点。

3、在混凝土裂缝自修复方法中，微生物固碳自修复技术作为一种绿色可持续的技术，其基本原理是利用微生物诱导沉积的碳酸盐(microbial induced carbonateprecipitation,micp)来封闭裂缝，其一般是将产芽孢的耐碱微生物以休眠体状态加入到混凝土中；待混凝土开裂后，水分、氧气及养分在裂缝中激活休眠的微生物，通过微生物矿化诱导作用，将底物转化成碳酸盐以填充裂缝，其具有绿色环保和可持续发展特性。

4、但是，当前研究大多采用单一种类微生物在适宜微生物生存的环境下进行试验，例如，文献号为cn111072326b、发明名称为裂缝自修复混凝土及其制备与修复方法的中国发明专利，其公开了一种自修复混凝土，由以下质量比的原料组成：927.4：103：309.1：371：31：0.1：16：5：2的水泥、粉煤灰、水、砂子、乳酸钙、三萜皂苷引气剂、108cfu/ml的atcc11859巴氏芽孢杆菌溶液、pva纤维及减水剂组成，该种自修复混凝土采用atcc11859巴氏芽孢杆菌作为单一菌种，由于混凝土的工作环境复杂多变，单一菌种往往活性不足，严重制约着该技术的推广应用。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种微生物固碳自修复混凝土及其制备方法和应用，所述微生物固碳自修复混凝土通过研究筛选多种固碳微生物组成微生物菌群，并将其填充于多孔颗粒材料内制备成自修复颗粒，以使得该自修复混凝土能够抵抗复杂的环境波动，显著提升混凝土自愈合效果，理论价值与应用价值巨大。

2、为达到上述技术效果，本发明采用了以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种微生物固碳自修复混凝土，该微生物固碳自修复混凝土至少包括自修复填料，所述自修复填料包括多孔载体、依次形成于所述多孔载体外表面的封闭层、糖衣层以及保护层，所述多孔载体内部通过真空吸入方式负载有复合菌剂，所述封闭层用于分隔所述糖衣层和多孔载体。

4、进一步地，所述多孔载体为陶粒、活性炭、膨胀沸石、膨胀黏土以及膨胀珍珠岩中的任意一种。

5、进一步地，所述复合菌剂包括至少两种微生物芽孢以及外加剂；优选地，所述微生物至少包括脲芽孢八叠球菌、科氏芽孢杆菌、假坚强芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌以及地衣芽孢杆菌中的至少两种微生物芽孢；

6、更优选地，所述微生物芽孢至少包括脲芽孢八叠球菌和科氏芽孢杆菌；

7、优选地，所述外加剂包括乳酸钙、氯化钠以及硫酸锰。

8、进一步地，所述封闭层为三聚氰胺甲醛树脂；优选地，所述封闭层厚度为0.01～0.1mm，优选为0.02～0.05mm。

9、进一步地，所述糖衣层由钙源、营养物质以及糖衣基材构成，优选地，所述营养物质包括酵母提取物、硝酸铵、尿素以及肌苷。

10、优选地，所述糖衣基材包括以下质量份数的原料：硅酸盐水泥10～21份；快硬硫铝酸盐水泥84～95份、活化钼尾矿15～30份、萘系减水剂0.1～1份、合成纤维1.3～2份以及uea膨胀剂2～3份；优选地，所述合成纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、玻璃纤维以及聚乙烯醇纤维中的任意一种。

11、进一步地，所述活化钼尾矿的制备方法为：

12、s11：配制酸性活化液，所述酸性活化液中包含：5wt％～8wt％hcl、5wt％～8wt％壳聚糖以及2wt％～3wt％peg-3500；

13、s12：将待活化的低活性钼尾矿按照料液比1：4～10与所述酸性活化液混合活化1～3h后，过滤，得初步活化钼尾矿；

14、s13：将所述初步活化钼尾矿于500～550℃下进行一次煅烧20～60min；

15、s14：待一次煅烧后，取出所述钼尾矿并按照1:2～3料液比喷洒所述酸性活化液，然后将其置于600～700℃下进行二次煅烧30～120min，待二次煅烧后冷却至室温，即得活化钼尾矿；

16、优选地，所述s12步骤还包括：将待活化的低活性钼尾矿进行球磨处理，所述球磨处理时间为20～50min。

17、优选地，该微生物固碳自修复混凝土还包括混凝土基质，所述自修复填料通过外掺方式均匀分布于所述混凝土基质中且所述自修复混凝土的掺量为混凝土基质质量的4％～7％。

18、第二方面，本发明还提供一种微生物固碳自修复混凝土的制备方法，包括以下步骤：

19、s1：配制复合菌剂，并通过真空吸入法将所述复合菌剂负载于多孔载体中；

20、s2：在所述多孔载体外表面包裹三聚氰胺甲醛树脂，待所述三聚氰胺甲醛树脂干燥后即形成封闭层，优选地，该封闭层厚度为0.01～0.1mm；

21、s3：配制糖衣基材，并向所述糖衣基材中加入钙源、营养物质，以制备营养液，将所述营养液均匀喷洒至包裹有封闭层的多孔载体上，固化养护12～24h，干燥后形成糖衣层；

22、s4：在糖衣层外部包裹三聚氰胺甲醛树脂以形成保护层，所述保护层厚度为0.5～2mm。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、本发明提供的一种微生物固碳自修复混凝土及其制备方法和应用，该微生物固碳自修复混凝土包括自修复填料和混凝土基质，该自修复填料包括多孔载体、依次形成于所述多孔载体外表面的封闭层、糖衣层以及保护层，该多孔载体内部通过真空吸入方式负载有复合菌剂，所述封闭层用于分隔该糖衣层和多孔载体。在该自修复填料中，该封闭层可有效对糖衣层中的营养物质、钙源与多孔载体中的微生物芽孢进行隔绝，从而提高该自修复填料以及该微生物固碳自修复混凝土的服役寿命，同时，本发明还进一步对糖衣层材料进行改进，使得该糖衣层可与该多孔载体中的微生物芽孢实现协同效果，提高该微生物固碳自修复混凝土的自修复效果，包括提高修复速度，且使得修复组织结构致密，有效提升了该微生物固碳自修复混凝土的自修复效果。