一种用于水泥基材料裂缝自修复的表面预涂覆方法与流程

本发明属于微生物学领域和土木工程材料领域的交叉科学技术，特别涉及一种微生物自修复剂的涂覆方法。

背景技术：

水泥基材料是目前最为广泛的建筑材料，早已成为了当今乃至以后很长一段时间内最为重要的建筑材料。然而，开裂问题堪称水泥基材料的“癌症”并始终困扰着众多水泥混凝土研究人员。在使用过程中和周围环境的影响下水泥基材料极易产生裂缝，从而使得腐蚀性介质容易侵入到材料内部，对混凝土本身及预埋的钢筋造成破坏，极大程度地缩短了混凝土结构的使用寿命，造成巨大的经济损失和安全隐患。

传统的修复方法如无机物修复、有机物修复等方法应用广泛，但是由于混凝土结构复杂及微小裂缝检测困难，修补裂缝变得耗时费力及费用庞大。应用在水泥基材料表面预涂覆微生物型自修复剂的方法，可以省去裂缝检测的环节，当裂缝发生时微生物在水和空气的作用下诱导矿化产生碳酸钙填充水泥基材料裂缝区域，实现混凝土裂缝的自愈合，具有重大的经济效益和社会效益。

技术实现要素：

为了提高水泥基材料的自愈合能力，提高结构耐久性，本发明的目的是提供一种用于水泥基材料裂缝自修复的表面预涂覆方法，一旦水泥基产生裂缝，微生物在水和空气的作用下诱导矿化产生碳酸钙填充裂缝区域，实现水泥基材料裂缝自愈合。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于水泥基材料裂缝自修复的表面预涂覆方法，包括以下步骤：

(1)将具有营养物固载的胶质芽孢杆菌菌粉配制成菌液；

(2)向菌液中添加亲水性增稠剂，得到修复液；

(3)配制弱酸预处理液，在喷涂修复液前首先喷涂弱酸预处理液至水泥基材料表面；

(4)在水泥基材料表面喷涂弱酸预处理液10min后喷涂修复液。

步骤(1)中，菌液的浓度为0.5～1.0g/mL。

步骤(1)中，添加了亲水性增稠剂后菌液中亲水性增稠剂的浓度为0.3～0.8g/mL。

步骤(2)中，亲水性增稠剂为海藻酸钠。

步骤(2)中，添加亲水性增稠剂后，修复液中的菌株浓度为10⁹～10¹⁰cell/mL。

步骤(3)中，弱酸预处理液为醋酸。

所述弱酸预处理液的pH＝5。

步骤(4)中，喷涂修复液两次，两遍喷涂时间间隔为5min。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、与传统的修复方法相比，表面涂覆自修复剂以后具有矿化能力的微生物能够自动感知裂缝的产生，及时在裂缝处诱导矿化产物填充裂缝，实现裂缝的自修复；

2、本发明可以节省庞大的裂缝检测和人力修补费用，提高结构耐久性；

3、与已有的微生物修复方法相比，采用该涂覆方法可以避免对外加钙源的依赖，降低成本的同时避免外加钙源对水泥基材料的不利影响；

本发明实现对水泥基材料裂缝的自修复，裂缝区域诱导矿化产生的无机矿物碳酸钙与基体的相容性好且环境友好。

附图说明

图1为按本发明的修复方法平均宽度0.20mm裂缝连续修复30d不同龄期的修复情况；

图2为按本发明的修复方法平均宽度0.40mm裂缝连续修复30d不同龄期的修复情况；

图3为按本发明的修复方法平均宽度0.60mm裂缝连续修复30d不同龄期的修复情况；

图4为的采用本发明的方法的不同宽度裂缝在不同龄期修复效率的对比情况。

具体实施方式

本发明所用的胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginous)来自于中国工业微生物菌种保藏中心，编号为21698。

本发明的用于水泥基材料裂缝自修复的表面预涂覆方法实现了水泥基材料裂缝的自修复，步骤如下：

(1)获取胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginous)冻干菌粉：将胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginous)接种于灭菌后的培养基溶液，每升培养基含有蔗糖10～12g、Na₂HPO₄·12H₂O2～3g、MgSO₄0.5～0.6g、CaCO₃0.8～1.5g。KCl0.2～0.3g、(NH₄)₂SO₄0.3～0.6g、酵母提取物0.2～0.4g，并控制pH为7～8，于30～37℃下振荡培养12h，得到含有胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginous)的菌液，在4℃下经6000～8000rpm高速离心10～15min后，除去上层培养基物质后加去离子水，然后置于冷冻干燥机中于-10℃干燥成菌粉备用。

(2)修复液配制：将具有营养物固载的胶质芽孢杆菌菌粉配制为浓度为0.5～1.0g/mL菌液，向菌液中添加亲水性增稠剂海藻酸钠，菌液中亲水性增稠剂的浓度为0.3～0.8g/mL，此时修复液中的菌株浓度约为10⁹～10¹⁰cell/mL；

(3)预弱酸化处理：配制pH＝5的醋酸预处理液，在喷涂修复液前首先喷涂弱酸预处理液；

(4)修复液喷涂：在水泥基材料表面喷涂一遍弱酸预处理液10min后喷涂修复液两遍，两次喷涂时间间隔5min；

(5)养护修复：将涂覆处理后的试件利用压力折断并镶嵌不同直径的钢丝预制出不同宽度的裂缝，然后将试件置于标准混凝土养护室中养护。记录并测试不同修复龄期的修复效果，修复试验结果表明，7d内即可在水泥基材料裂缝处沉淀出碳酸钙，连续修复30d后，平均裂宽度0.4mm以下的微裂缝可以完全修复。

实施例1

(1)称取蔗糖10g、Na₂HPO₄·12H₂O 2g、MgSO₄0.5g、CaCO₃1.0g、KCl0.2g、(NH₄)₂SO₄0.5g、酵母提取物0.3g于去离子水中溶解，配置成所需培养基溶液，并调节pH为7，在125℃下高温灭菌25min，将胶质芽孢杆菌接种至冷却培养基溶液中，于35℃下振荡培养12h，振荡频率为170r/min，培养时间24h；

(2)将培养好的菌液高速离心10min，离心机转速为8000rpm，温度控制在4℃，除去上层培养基物质后加去离子水，然后置于冷冻干燥机中于-10℃干燥成菌粉备用；

(3)将胶质芽孢杆菌菌粉配制为0.5g/mL菌液，向菌液中添加亲水性增稠剂海藻酸钠，菌液中亲水性增稠剂的浓度为0.3g/mL；此时修复液中的菌株浓度约为10⁹cell/mL；

(4)配制pH＝5的醋酸预处理液，喷涂一遍处理液于标准水泥砂浆时间表面，10min后喷涂两遍修复液，间隔5min；

(5)将涂覆处理后的试件四周用胶带环绕并利用压力折断并分别镶嵌0.2mm、0.4mm、0.6mm直径的钢丝预制出相应宽度的裂缝，然后将试件置于标准混凝土养护室中养护。

记录并测试5d、10d、20d和30d修复龄期的修复效果，修复试验结果表明，5d内即可在水泥基材料裂缝处沉淀出大量碳酸钙，连续修复30d后，平均裂宽度0.4mm以下的微裂缝可以达到完全修复，如图1-3所示。

实施例2

(1)称取蔗糖12g、Na₂HPO₄·12H₂O 3g、MgSO₄ 0.6g、CaCO₃ 0.8g、KCl 0.3g、(NH₄)₂SO₄ 0.3g、酵母提取物0.2g于去离子水中溶解，配置成所需培养基溶液，并调节pH为8，在125℃下高温灭菌25min，将胶质芽孢杆菌接种至冷却培养基溶液中，于35℃下振荡培养12h，振荡频率为170r/min，培养时间24h；

(2)将培养好的菌液高速离心10min，离心机转速为8000rpm，温度控制在4℃，除去上层培养基物质后加去离子水，然后置于冷冻干燥机中于-10℃干燥成菌粉备用；

(3)将胶质芽孢杆菌菌粉配制为1.0g/mL菌液，向菌液中添加亲水性增稠剂海藻酸钠，菌液中亲水性增稠剂的浓度为0.5g/mL，此时修复液中的菌株浓度约为10¹⁰cell/mL；

(4)配制pH＝5的醋酸预处理液，喷涂一遍处理液于标准水泥砂浆时间表面，10min后喷涂两遍修复液，间隔5min；

(5)将涂覆处理后的试件四周用胶带环绕并利用压力折断并分别镶嵌0.2mm、0.4mm、0.6mm直径的钢丝预制出相应宽度的裂缝，然后将试件置于标准混凝土养护室中养护。

记录并测试5d、10d、20d和30d修复龄期的修复效果，修复试验结果表明，5d内即可在水泥基材料裂缝处沉淀出大量碳酸钙，连续修复30d后，平均裂宽度0.4mm以下的微裂缝可以达到完全修复。

实施例3

(1)称取蔗糖11g、Na₂HPO₄·12H₂O 2g、MgSO₄ 0.6g、CaCO₃ 1.5g、KCl 0.3g、(NH₄)₂SO₄ 0.6g、酵母提取物0.4g于去离子水中溶解，配置成所需培养基溶液，并调节pH为7，在125℃下高温灭菌25min，将胶质芽孢杆菌接种至冷却培养基溶液中，于35℃下振荡培养12h，振荡频率为170r/min，培养时间24h；

(2)将培养好的菌液高速离心10min，离心机转速为8000rpm，温度控制在4℃，除去上层培养基物质后加去离子水，然后置于冷冻干燥机中于-10℃干燥成菌粉备用；

(3)将胶质芽孢杆菌菌粉配制为0.8g/mL菌液，向菌液中添加亲水性增稠剂海藻酸钠，菌液中亲水性增稠剂的浓度为0.8g/mL，此时修复液中的菌株浓度约为10¹⁰cell/mL；

(4)配制pH＝5的醋酸预处理液，喷涂一遍处理液于标准水泥砂浆时间表面，10min后喷涂两遍修复液，间隔5min；

(5)将涂覆处理后的试件四周用胶带环绕并利用压力折断并分别镶嵌0.2mm、0.4mm、0.6mm直径的钢丝预制出相应宽度的裂缝，然后将试件置于标准混凝土养护室中养护。

记录并测试5d、10d、20d和30d修复龄期的修复效果，修复试验结果表明，5d内即可在水泥基材料裂缝处沉淀出大量碳酸钙，连续修复30d后，平均裂宽度0.4mm以下的微裂缝可以达到完全修复。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。