微生物灌浆锚固连接混凝土构件纵向钢筋的方法及结构与流程

本发明涉及一种装配式整体式混凝土构件纵向钢筋的连接方法及通过该方法得到的混凝土结构，具体是涉及一种微生物灌浆锚固连接装配式整体式混凝土构件纵向钢筋的方法及通过该方法得到的混凝土结构。

背景技术：

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

装配整体式混凝土结构具有工业化水平高、便于冬季施工、减少现场湿作业量、减少材料浪费、减少工地扬尘、噪音，从而达到提高建筑质量、提高生产效率、节能减排和保护环境的目的。为保证结构的整体性，竖向预制承重构件(墙体、柱)的纵向受力钢筋连接是装配整体混凝土结构中最为关键的技术。

目前，国内外比较成熟的纵向预制承重构件的钢筋连接技术主要有两种：

套筒灌浆连接和浆锚搭接连接。套筒灌浆连接是指在预制混凝土构件中预埋的金属套筒中插入钢筋并灌注水泥基灌浆料而实现的钢筋连接方式。

浆锚搭接连接是指在预制混凝土构件中采用特殊工艺制成的孔道中插入需搭接的钢筋，并灌注水泥基灌浆料而实现的钢筋搭接连接方式。但这两种方法施工工艺复杂，灌浆的密实性不易检验，容易成为质量隐患。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提出一种新的装配式整体式混凝土构件纵向钢筋连接方法及通过该方法得到的混凝土结构。

本发明采用的技术方案如下：

微生物灌浆锚固连接混凝土构件纵向钢筋的方法，包括如下：

步骤1制作混凝土构件；

在混凝土构件内设置钢筋，钢筋的顶部延伸到混凝土构件外；

在混凝土构件底部的钢筋与相邻混凝土构件顶部的钢筋的搭接区域内，制作孔洞；在混凝土构件侧面钻设与所述的孔洞相连通的灌浆孔和排气孔，灌浆孔位于孔洞下部，排气孔位于孔洞上部。

步骤2制作灌浆液；

所述灌浆液包括钙源溶液、营养盐溶液和菌液；钙源溶液、菌液与营养盐的混合溶液的体积比为1-3：1-4；

步骤4混凝土构件的拼装；

在下部混凝土构件安装完成且下部混凝土构件的竖向钢筋连接锚固后，在下部混凝土构件的钢筋顶部穿入密封垫，将上部混凝土构件放置至下部混凝土构件正上方，下部混凝土构件的钢筋顶部穿入到上部混凝土构件的孔洞内，且密封垫将上部混凝土构件的孔洞底部封闭；

防止灌浆液流出；

步骤5灌浆锚固

灌浆前，沿排气孔向孔洞内灌注细砂，细砂可以占据钢筋和孔壁间的一部分空间，减少灌浆液的用量，同时增大钢筋和孔道摩擦力。细沙尽量充满钢筋和孔洞内壁之间的空隙。细砂间的空隙再由碳酸钙生成物填充。

将掺入尿素的菌液从灌浆孔注入连接钢筋的孔道内，直至有液体从排气孔流出，用塞子暂时将灌浆孔封闭；

静置一段时间后，在灌浆孔处注入钙源溶液，至液体从排气孔流出；

间隔一段时间后，在灌浆孔处重复注入钙源溶液；钙源溶液共重复泵入三次后，第一轮灌浆完成；此时，菌液活性已明显下降，需要开展新一轮灌浆；当灌浆压力满足设定值时，停止灌浆。

作为进一步的技术方案，

所述的孔洞的长度为钢筋的搭接长度；所述孔洞的截面面积大于两个钢筋的截面面积之和，主要目的是方便下部预制柱连接钢筋的插入。

作为进一步的技术方案，

所述的灌浆孔靠近孔洞底部，且灌浆孔水平设置；所述的排气孔靠近孔洞顶部，从排气孔的孔道倾斜向上，即孔道的中心线与钢筋上部之间的夹角为锐角。

排气孔的孔道倾斜向上有利于气体的排出；灌浆孔水平设置也是防止灌浆中混入过多空气，造成生成物不密实。

作为进一步的技术方案，

所述的孔洞可通过预埋木模板的方法制作。

作为进一步的技术方案，

当混凝土构件内的钢筋设置有多根时，每根钢筋均对应的设有一个灌浆孔和一个排气孔。

作为进一步的技术方案，

所述钙源溶液选用硝酸钙(ca(no3)2)溶液或醋酸钙(ca(ch3coo)2)溶液。

作为进一步的技术方案，

所述营养盐溶液包括尿素(co(nh2)2)溶液，其主要作用是为微生物的生长和繁殖提供营养物质。

作为进一步的技术方案，

所述微生物包括巴氏芽孢杆菌；所述微生物采用发酵罐培养；培养基成分及含量为：酵母提取物20g/l、硫酸铵10g/l、氢氧化钠2g/l(调节ph＝9)和氯化镍10umol/l；培养时间设定为20h，温度设定为30℃，为保证供给细菌充足的氧气，振荡床转速为210r/min；培养结束后用电导率方法检测菌液的酶活性od600大于1。

本发明还提供一种混凝土结构，该混凝土结构通过前面所述的方法得到。

本发明的有益效果如下：

本发明中的微生物灌浆生成物是碳酸钙，其与混凝土成分相同，相容性好。这种材料固化前是液体粘性很低，借助负压可渗透到混凝土裂缝深处，生成物碳酸钙是固体，可以起到非常好的填充、粘结等效果，避免了水泥砂浆等灌浆材料体积收缩、不能进入孔道深处的缺点。与环氧类有机锚固材料相比，具有无毒、耐久性好、高温下不会软化。能够很好保证装配式整体式混凝土构件的力学性能。

本发明中通过事先在混凝土结构中钻设灌浆孔和排气孔，实现了灌浆液的灌注；排气孔的孔道倾斜向上有利于气体的排出；灌浆孔水平设置也是防止灌浆中混入过多空气，造成生成物不密实。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1——装配整体式钢筋混凝土柱标准节侧视图；

图2——装配整体式钢筋混凝土柱标准节剖面图；

图3——装配整体式钢筋混凝土柱装配完成时的剖面图。

图中：1——上节钢筋混凝土柱；2——纵向钢筋；3——孔洞；4——排气孔；5——灌浆孔；6——橡胶垫；7——细砂；8——纵向钢筋，9——下节钢筋混凝土柱。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术所介绍的，国内外比较成熟的纵向预制承重构件的钢筋连接技术主要有两种：

套筒灌浆连接和浆锚搭接连接。套筒灌浆连接是指在预制混凝土构件中预埋的金属套筒中插入钢筋并灌注水泥基灌浆料而实现的钢筋连接方式。

浆锚搭接连接是指在预制混凝土构件中采用特殊工艺制成的孔道中插入需搭接的钢筋，并灌注水泥基灌浆料而实现的钢筋搭接连接方式。但这两种方法施工工艺复杂，灌浆的密实性不易检验，容易成为质量隐患。

微生物诱导生成碳酸钙沉积技术近些年发展起来，应用于土木工程的新技术它是由一系列复杂的生物化学反应组成的：一些嗜碱性的微生物能够利用自身产生的尿素酶将尿素分解为nh3和co2，随着分解生成的氨数量的增加会引起周围环境中ph的升高，使co2在溶液中以co3^2-的形式存在。这时如果细菌的周围有ca²⁺，细菌细胞中带负电荷的有机单层膜就会不断地螯合ca²⁺，就会引起碳酸钙晶体沉积。这种新型材料固化前粘性很低，借助负压可渗透到混凝土裂缝深处，可以起到填充、粘结等效果，生成物是碳酸钙与混凝土成分相同，可以代替水泥砂浆和灌浆料，达到锚固钢筋的效果。

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种新的装配式整体式混凝土构件纵向钢筋连接方法及该方法得到的混凝土结构；由于钢筋与混凝土之间有一定黏结力，钢筋将承担的力通过黏结力传递到邻近混凝土中，并进一步依靠黏结力传递给邻近钢筋。为可靠传力，两根钢筋之间必须有足够的搭接长度。

基于混凝土构件钢筋搭接连接传力的机理，本发明提出一种基于微生物灌浆装配式整体式混凝土构件纵向钢筋的连接方法，下面以钢筋混凝土柱为例，结合附图进行详细说明，需要说明的是，该方法也可运用到其他墙体等竖向构件的连接中，并不限制在混凝土柱中，本实施例只是以混凝土柱为例，进行说明，其施工步骤为：

1.预制柱的制作

装配式整体式混凝土建筑物竖向由多个预制的钢筋混凝土柱依靠纵向钢筋连接为一个整体。每个预制钢筋混凝土柱的长度为一层楼层的层高。

钢筋混凝土柱预制时，在柱底部每根钢筋与其他的钢筋混凝土柱的搭接区域内，用预埋木模板的方法制作一孔洞，孔洞长度为钢筋的搭接长度，孔洞的截面尺寸除了能并排容纳2根钢筋之外，每边多出5mm，以便下部预制柱连接钢筋的插入。本段柱的钢筋从柱顶延伸至孔洞内，以便与下部预制柱钢筋搭接连接。

用电钻钻孔的方法，从预制柱的侧面向孔洞钻灌浆孔和排气孔。灌浆孔靠近孔洞下部，水平设置，直径约5mm；排气孔位于孔洞顶部，从孔道倾斜向上、向外布置；具体的形式可以参加图2。

排气孔的孔道倾斜向上有利于气体的排出；灌浆孔水平设置也是防止灌浆中混入过多空气，造成生成物不密实。

需要进一步说明的是：当混凝土构件内的钢筋设置有多根时，每根钢筋均对应的设有一个灌浆孔和一个排气孔；例如在图1中给出的实施例中，在装配整体式钢筋混凝土柱1设置了4根钢筋，4根钢筋中每根钢筋的下部所在的搭接区域内均设有一个灌浆孔5和一个排气孔4；即设置有4个灌浆孔和4个排气孔。

2.灌浆液的制备

本实施例中，采用专利201510113200.2中的试验结果确定钙源溶液、营养盐溶液和菌液的种类和浓度，因为该专利提供的源溶液、营养盐溶液和菌液的种类和浓度不仅有效提高碳酸钙沉积物总产量，而且可有效提高沉积物的早期产量，这对于利用灌浆方法封堵混凝土裂缝具有重要意义，只有在较短时间产生大量碳酸钙沉淀才能在较短时间内封堵混凝土裂缝，因此可减少灌浆量和次数。

具体的，本实施例中所述钙源溶液选用硝酸钙(ca(no3)2)溶液或醋酸钙(ca(ch3coo)2)溶液，其主要作用是为碳酸钙沉积提供钙离子；其中所述钙源溶液的浓度为1-4mol/l，优选为2mol/l；

本实施例中所述营养盐溶液包括尿素(co(nh2)2)溶液，其主要作用是为微生物的生长和繁殖提供营养物质。所述营养盐溶液的浓度为2-4mol/l，优选为3mol/l。

本实施例中，所述微生物包括巴氏芽孢杆菌。具体的，所述微生物采用发酵罐培养，培养基成分及含量为：酵母提取物20g/l、硫酸铵10g/l、氢氧化钠2g/l(调节ph＝9)和氯化镍10umol/l。培养时间设定为20h，温度设定为30℃，为保证供给细菌充足的氧气，振荡床转速为210r/min。培养结束后用电导率方法检测菌液的酶活性od600大于1。

所述注入的钙源溶液、菌液与营养盐的混合溶液的体积比为1-3：1-4，优选为1：1。

将尿素提前1小时掺入菌液，尿素浓度为4.5mol/l。在菌液中提前加入尿素可以提高碳酸钙的早期产量。这是因为菌液在与钙源溶液混合前可使尿素分解出大量的co3^-2离子，另外菌体还提供碳酸钙沉淀的成核地点，反应完后扰动小更有利于碳酸钙的形成。

3.预制柱的拼装

在下一节钢筋混凝土柱9安装完成并将下一节柱竖向钢筋8连接锚固后，在下一节钢筋混凝土柱9的柱顶钢筋内穿入橡胶垫6，当上一节钢筋混凝土柱1吊装至下一下一节钢筋混凝土柱9的正上方，下一节钢筋混凝土柱9的钢筋顶部穿入上一节钢筋混凝土柱1相应的孔洞3内后，橡胶垫6将上节柱的孔洞封闭，防止灌浆液流出，具体参见图3；

在本实施例中，密封垫采用了橡胶垫的形式，当然也可以采用别的密封结构，并不限于本实施例中的密封垫。

需要特别说明的是：当混凝土构件内的钢筋设置有多根时，每根钢筋的顶部均设置一个橡胶垫，例如本实施例中，设置有4根钢筋，因此需要设置4个橡胶垫。

4.灌浆锚固

灌浆前，沿排气孔向孔洞内灌注细砂7，充满钢筋和孔洞内壁之间的空隙。

用灌浆泵将掺入尿素的菌液从灌浆孔泵入连接钢筋的孔道内，直至有液体从排气孔流出，用塞子暂时将灌浆孔封闭。

静置24h后，在灌浆孔处泵入钙源溶液，至液体从排气孔流出；间隔48h后，在灌浆孔处重复泵入钙源溶液；钙源溶液共重复泵入三次后，第一轮灌浆完成。此时，菌液活性已明显下降，需要开展新一轮灌浆。

停歇24h后，开始新一轮灌浆，方法与第一轮灌浆相同。

随着灌浆轮数增加，孔洞内碳酸钙大量增加，灌浆压力随之上升。共开展3～4轮后，灌浆压力超过50kpa，停止灌浆。

上述的步骤1和步骤2可以进行调换，不影响该发明的施工方法的效果。

实施例2

本发明还提供一种混凝土结构，该混凝土结构通过实施例1中所述的方法得到，这里的混凝土结构包括各种混凝土建筑物。

本发明中的微生物灌浆生成物是碳酸钙，其与混凝土成分相同，相容性好。这种材料固化前是液体粘性很低，借助负压可渗透到混凝土裂缝深处，生成物碳酸钙是固体，可以起到非常好的填充、粘结等效果，避免了水泥砂浆等灌浆材料体积收缩、不能进入孔道深处的缺点。与环氧类有机锚固材料相比，具有无毒、耐久性好、高温下不会软化。能够很好保证装配式整体式混凝土构件的力学性能。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。