本发明属于道路路面材料领域，具体涉及一种基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土及其制备方法。
背景技术：
混凝土是水泥材料的重要组成，它具有适应性强、操作简单，强度好，稳定性好，耐久性优，造价低等优点，在建筑、桥梁、道路等领域具有广泛的应用。但是，混凝土在长时间使用过程中，经外界环境和压力的长时间作用难免会出现裂纹，甚至断裂等现象，混凝土一经损坏，会对人们的生命财产造成极大的安全隐患，因此提高混凝土的抗压抗变的耐久性问题显得十分重要。
目前，针对混凝土的耐久自愈性问题已经较多的研究。中国专利CN 101289300B公开的一种使用聚氨酯高分子微胶囊的自修复混凝土及其制造方法，该聚氨酯高分子微胶囊中含有固化剂、黏合剂和亲水表面活性剂，使聚氨酯高分子微胶囊能与混凝土很好的粘结，形成良好的界面，在混凝土的混合和养护过程中不会发生破水，在混凝土出现裂纹时，释放出黏合剂，对混凝土进行修复。中国专利CN 105036614A公开的一种在微波作用下可快速自愈合的沥青混凝土、制备方法及其修复方法，将粗细集料、矿粉、沥青、软磁铁氧体粉末和纤维作为原料，经拌合将软磁铁氧体粉末均匀地分散在沥青胶浆中，降低微波对混凝土的损耗。中国专利CN 104196131B公开的一种微生物沉淀碳酸钙封堵混凝土现胶板楼板或底板裂缝的方法，将钙源溶液、营养盐溶液和微生物菌液分别注入到裂纹中，在裂纹中形成碳酸钙，与混凝土成分相同，修复性能好。
由上述现有技术可知，可以通过对混凝土进行功能物质的添加、后整理，或者裂缝修复等手法提高混凝土的耐久性能，但修复后的混凝土的综合性能难以保证，修复后的混凝土的性能难以跟初始性能相比，耐久性能提高不大。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土及其制备方法，将微胶囊、含铁助剂、水泥、填料、减水剂和水作为原料固化形成形，再经淋水养护，微波加热、冷冻处理得到基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土。该方法制备的基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土防渗水性能优异，抗压强度高，而且有自愈修复功能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土，所述基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土包括微胶囊、含铁助剂、水泥、填料、减水剂和水，所述微胶囊为环氧树脂微胶囊，所述环氧树脂微胶囊中分别包覆巴氏芽孢杆菌、乳酸钙和尿素，所述含铁助剂为四氧化三铁和氧化铁，所述填料为二氧化硅、天然河沙和短纤维，所述水泥为硅酸盐水泥，所述减水剂为NF减水剂，所述基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土经微波加热和冻融处理。
作为上述技术方案的优选，基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土的组分，按重量份计，包括：水100份，水泥150-400份，填料700-900份，减水剂0.5-2份，含铁助剂20-40份，微胶囊50-80份。
本发明还提供一种基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将包覆巴氏芽孢杆菌的环氧树脂微胶囊与包覆乳酸钙和尿素的环氧树脂微胶囊按质量比为3-4:1加入水中，搅拌，至分散均匀形成微胶囊溶液；
(2)将四氧化三铁和氧化铁经分散、压制、煅烧、粉碎形成含铁助剂，将硅酸盐水泥加入水中，充分搅拌，再加入二氧化硅、天然河沙、短纤维、含铁助剂和NF减水剂，充分搅拌，再加入步骤(1)制备的微胶囊溶液，缓慢搅拌，经固化形成混凝土；
(3)将步骤(2)制备的混凝土经淋水养护7-15天后，先经微波加热，再经冷冻处理，反复处理10-20次，得到基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，微胶囊溶液中包覆巴氏芽孢杆菌的环氧树脂微胶囊与包覆乳酸钙和尿素的环氧树脂微胶囊的总质量分数为5-15％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，四氧化三铁和氧化铁的质量比为2:1-1.5，含铁助剂的粒径为150-200目。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，所述二氧化硅的粒径为50-100微米，所述短纤维为聚丙烯短纤维，所述天然河沙的粒径为0.25-0.35mm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，所述二氧化硅、天然河沙、短纤维的重量比为1:0.8-1.2:0.5-0.7。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，所述淋水养护的温度为20-25℃，相对湿度为85-90％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，微波加热的功率为200-600W，频率为3-5KHz，时间为30-60min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，冷冻处理的温度为-20℃，时间为1-2h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土中含有微胶囊，微胶囊中分别包覆了巴氏芽孢杆菌、乳酸钙和尿素，当混凝土受到外界的压力的剧烈冲击或者环境因素的剧烈变化，微胶囊的外壁破裂，巴士芽孢杆菌与乳酸钙和尿素混合，生成碳酸钙，充填混凝土的内部缝隙，防止混凝土出现缝隙，提高混凝土的抗压和抗变能力。
(2)本发明制备的基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土中含有二氧化硅、天然河沙和短纤维作为填料，可以降低水泥的使用比例，增加混凝土的重量，而且二氧化硅颗粒含有孔隙，可以很好的吸附微胶囊等原料，天然河沙颗粒细滑，使体系的流动性好，防止混凝土中出现较大孔隙，短纤维可以增加混凝土的结合牢度，因此填料可以综合提高混凝土强力的均匀性，提高混凝土的抗压和抗变能力。
(3)本发明制备的基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土中含有四氧化三铁和氧化铁，四氧化三铁和氧化铁为软磁体，可以吸收微波，促进混凝土原料之间的凝固，增加原料之间的强度，提高混凝土的抗压和抗变能力。
(4)本发明制备的基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土经淋水养护、微波加热和冷冻处理，使混凝土中产生结晶，水中夹杂碎颗粒在一些部位的沉淀堵塞，微波冷冻处理使颗粒的脱落堵塞，而且使水化物变得疏松，一定程度上堵塞了裂缝空隙，使混凝土的拒水性能提高，间接提高混凝土的抗压和抗变能力。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将包覆巴氏芽孢杆菌的环氧树脂微胶囊与包覆乳酸钙和尿素的环氧树脂微胶囊按质量比为3:1加入水中，搅拌，至分散均匀形成微胶囊溶液，其中微胶囊溶液中包覆巴氏芽孢杆菌的环氧树脂微胶囊与包覆乳酸钙和尿素的环氧树脂微胶囊的总质量分数为5％。
(2)将质量比为2:1的四氧化三铁和氧化铁经分散、压制、煅烧、粉碎形成粒径为150目的含铁助剂，将粒径为50μm的二氧化硅、0.25mm天然河沙和聚丙烯短纤维以量比为1:0.8:0.5混合形成填料，将硅酸盐水泥加入水中，充分搅拌，再加入填料、含铁助剂和NF减水剂，充分搅拌，再加入步骤(1)制备的微胶囊溶液，缓慢搅拌，经固化形成混凝土，其中，混凝土中的组分，按重量份计，包括水100份，水泥150份，填料700份，减水剂0.5份，微胶囊50份。
(3)将步骤(2)制备的混凝土在20℃温度和85％湿度下淋水养护7天后，先经200W功率和3KHz频率下微波加热30min，再经-20℃冷冻处理1h，反复处理10次，得到基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土。
实施例2：
(1)将包覆巴氏芽孢杆菌的环氧树脂微胶囊与包覆乳酸钙和尿素的环氧树脂微胶囊按质量比为4:1加入水中，搅拌，至分散均匀形成微胶囊溶液，其中微胶囊溶液中包覆巴氏芽孢杆菌的环氧树脂微胶囊与包覆乳酸钙和尿素的环氧树脂微胶囊的总质量分数为15％。
(2)将质量比为2:1.5的四氧化三铁和氧化铁经分散、压制、煅烧、粉碎形成粒径为200目的含铁助剂，将粒径为100μm的二氧化硅、0.35mm天然河沙和聚丙烯短纤维以量比为1:1.2:0.7混合形成填料，将硅酸盐水泥加入水中，充分搅拌，再加入填料、含铁助剂和NF减水剂，充分搅拌，再加入步骤(1)制备的微胶囊溶液，缓慢搅拌，经固化形成混凝土，其中，混凝土中的组分，按重量份计，包括水100份，水泥400份，填料900份，减水剂2份，微胶囊80份。
(3)将步骤(2)制备的混凝土在25℃温度和90％湿度下淋水养护15天后，先经600W功率和5KHz频率下微波加热60min，再经-20℃冷冻处理2h，反复处理20次，得到基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土。
实施例3：
(1)将包覆巴氏芽孢杆菌的环氧树脂微胶囊与包覆乳酸钙和尿素的环氧树脂微胶囊按质量比为3.5:1加入水中，搅拌，至分散均匀形成微胶囊溶液，其中微胶囊溶液中包覆巴氏芽孢杆菌的环氧树脂微胶囊与包覆乳酸钙和尿素的环氧树脂微胶囊的总质量分数为10％。
(2)将质量比为2:1.2的四氧化三铁和氧化铁经分散、压制、煅烧、粉碎形成粒径为180目的含铁助剂，将粒径为80μm的二氧化硅、0.30mm天然河沙和聚丙烯短纤维以量比为1:1:0.6混合形成填料，将硅酸盐水泥加入水中，充分搅拌，再加入填料、含铁助剂和NF减水剂，充分搅拌，再加入步骤(1)制备的微胶囊溶液，缓慢搅拌，经固化形成混凝土，其中，混凝土中的组分，按重量份计，包括水100份，水泥200份，填料800份，减水剂1份，微胶囊60份。
(3)将步骤(2)制备的混凝土在23℃温度和88％湿度下淋水养护10天后，先经400W功率和4KHz频率下微波加热40min，再经-20℃冷冻处理1.5h，反复处理15次，得到基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土。
实施例4：
(1)将包覆巴氏芽孢杆菌的环氧树脂微胶囊与包覆乳酸钙和尿素的环氧树脂微胶囊按质量比为3:1加入水中，搅拌，至分散均匀形成微胶囊溶液，其中微胶囊溶液中包覆巴氏芽孢杆菌的环氧树脂微胶囊与包覆乳酸钙和尿素的环氧树脂微胶囊的总质量分数为12％。
(2)将质量比为2:1.2的四氧化三铁和氧化铁经分散、压制、煅烧、粉碎形成粒径为150目的含铁助剂，将粒径为100μm的二氧化硅、0.25mm天然河沙和聚丙烯短纤维以量比为1:0.9:0.5混合形成填料，将硅酸盐水泥加入水中，充分搅拌，再加入填料、含铁助剂和NF减水剂，充分搅拌，再加入步骤(1)制备的微胶囊溶液，缓慢搅拌，经固化形成混凝土，其中，混凝土中的组分，按重量份计，包括水100份，水泥200份，填料800份，减水剂1.5份，微胶囊60份。
(3)将步骤(2)制备的混凝土在25℃温度和85％湿度下淋水养护15天后，先经600W功率和3KHz频率下微波加热45min，再经-20℃冷冻处理2h，反复处理20次，得到基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土。
实施例5：
(1)将包覆巴氏芽孢杆菌的环氧树脂微胶囊与包覆乳酸钙和尿素的环氧树脂微胶囊按质量比为4:1加入水中，搅拌，至分散均匀形成微胶囊溶液，其中微胶囊溶液中包覆巴氏芽孢杆菌的环氧树脂微胶囊与包覆乳酸钙和尿素的环氧树脂微胶囊的总质量分数为12％。
(2)将质量比为2:1.3的四氧化三铁和氧化铁经分散、压制、煅烧、粉碎形成粒径为200目的含铁助剂，将粒径为100μm的二氧化硅、0.25mm天然河沙和聚丙烯短纤维以量比为1:1:0.5混合形成填料，将硅酸盐水泥加入水中，充分搅拌，再加入填料、含铁助剂和NF减水剂，充分搅拌，再加入步骤(1)制备的微胶囊溶液，缓慢搅拌，经固化形成混凝土，其中，混凝土中的组分，按重量份计，包括水100份，水泥300份，填料750份，减水剂1份，微胶囊55份。
(3)将步骤(2)制备的混凝土在25℃温度和85％湿度下淋水养护12天后，先经300W功率和3KHz频率下微波加热30min，再经-20℃冷冻处理1h，反复处理10次，得到基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土。
实施例6：
(1)将包覆巴氏芽孢杆菌的环氧树脂微胶囊与包覆乳酸钙和尿素的环氧树脂微胶囊按质量比为3:1加入水中，搅拌，至分散均匀形成微胶囊溶液，其中微胶囊溶液中包覆巴氏芽孢杆菌的环氧树脂微胶囊与包覆乳酸钙和尿素的环氧树脂微胶囊的总质量分数为15％。
(2)将质量比为2:1.5的四氧化三铁和氧化铁经分散、压制、煅烧、粉碎形成粒径为150目的含铁助剂，将粒径为100μm的二氧化硅、0.25mm天然河沙和聚丙烯短纤维以量比为1:0.8:0.7混合形成填料，将硅酸盐水泥加入水中，充分搅拌，再加入填料、含铁助剂和NF减水剂，充分搅拌，再加入步骤(1)制备的微胶囊溶液，缓慢搅拌，经固化形成混凝土，其中，混凝土中的组分，按重量份计，包括水100份，水泥250份，填料700份，减水剂1份，微胶囊50份。
(3)将步骤(2)制备的混凝土在25℃温度和85％湿度下淋水养护12天后，先经300W功率和5KHz频率下微波加热50min，再经-20℃冷冻处理2h，反复处理20次，得到基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土。
经检测，实施例1-6制备的基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土以及现有技术的混凝土的孔径体积、抗压强度、耐久测试的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的基于微波和冻融养护的微胶囊混凝土的孔隙率好，抗压强度好，且耐用性好。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。