一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊及其制备方法和自修复混凝土与流程

本发明涉及混凝土自修复材料，尤其涉及一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊及其制备方法和自修复混凝土。

背景技术：

1、由于混凝土具有抗压强度高、耐久性好、原料易得、价格低廉等优点，至今仍是建筑领域需求量最大的材料。但由于混凝土材料具有脆性高、抗拉强度低、收缩变形早的缺点，在使用过程中，混凝土内部或表面容易出现许多微裂缝和缺陷。如果这些微裂缝不及时修复，就会发展成宏观结构裂缝，导致保护功能失效，有害物质(cl-、so42-等)就很容易进入混凝土，造成混凝土内部钢筋的腐蚀、膨胀损伤或冻融循环损伤，这将大大降低混凝土结构的安全性和使用寿命。及时、高效地修复混凝土裂缝，不仅可以提高混凝土结构的使用寿命，还可以节约维护费用，减少经济损失。

2、微生物诱导碳酸钙沉淀(micp)技术具有生产能耗低、低碳环保等优势，逐渐引起国内学者的注意。混凝土裂缝微生物修复技术是基于micp技术原理，利用微生物沉积处碳酸钙以实现填充修复裂缝的目的。目前采用微生物修复裂缝主要方式是将修复菌与营养物质配置成溶液，再覆膜灌注修复，但是该方法存在人为被动修复的缺点，对于一些细小微裂缝，无法实现主动发现并修复，溶液的修复深度和宽度有限。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的裂缝修复不均匀的问题，本发明的第一个目的在于提供一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊，所述微生物微胶囊具有矿化能力强、能形成连续紧密的修复产物的优点。

2、本发明的第二个目的在于提供一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊的制备方法，所述制备方法能够诱导的修复产物能紧密堆积形成粘结性更好、尺寸更大的修复产物；提升了修复产物的稳定性，减少修复产物流失，进而提高混凝土的耐久性。

3、本发明的第三个目的在于提供一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊，应用在混凝土时，能显著提升修复产物的产生速率，进而提升修复效果。

4、为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊，所述微生物微胶囊由囊芯和囊壁组成，以重量份数计，所述囊芯组分包括磷酸盐营养物质1-4份、芽孢杆菌菌液3-7份、羟丙甲基纤维素0.1-0.5份；所述囊壁为磷酸镁水泥。

5、进一步地，所述囊壁组分包括氧化镁3-7份、磷酸二氢钾3-7份、磷酸氢二钠1-3份、水1-1.5份、硼砂0.1-0.3份。

6、进一步地，所述微生物微胶囊中囊芯和囊壁的质量比为1:(2-3)。

7、进一步地，所述微生物微胶囊中囊芯粒径为1-4mm。

8、进一步地，所述磷酸盐营养物质选自苯膦酸钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾中至少一种。

9、进一步地，所述芽孢杆菌菌液中菌体浓度为1.1-1.6×1010个/ml。

10、进一步地，所述芽孢杆菌菌液选自胶质芽孢杆菌、嗜碱芽孢杆菌或枯草芽孢杆菌中的至少一种。

11、为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊的制备方法，包括以下步骤：

12、s1：在真空环境下将营养物质与芽孢杆菌菌液均匀混合，然后加入羟丙甲基纤维素搅拌成团，得囊芯材料；

13、s2：对步骤s1所得囊芯材料进行干燥、研磨和过筛，得到囊芯微粒；

14、s3：以囊壁作为裹粉料，将步骤s2所得囊芯微粒采用边喷淋边加裹粉料的方式进行裹球、成球造粒，将囊璧材料包裹于囊心材料外部，成球后干燥即得微生物自修复胶囊。

15、进一步地，所述囊芯微粒的含水率为10-30wt％。

16、为实现上述第三个目的，本发明提供了如下技术方案：一种自修复混凝土，所述自修复混凝土中包含的微生物微胶囊，其中所述胶囊的掺加量为0.6％，掺加方式为外掺。

17、综上所述，本发明具有以下有益效果：

18、第一、微生物自修复胶囊由菌株、磷酸盐营养物质、磷酸镁水泥外壳组成，菌株具有矿化生成磷酸盐的能力，胶囊外壳为磷酸镁水泥基材料，由于使用磷酸镁水泥囊璧材料，磷酸镁水泥胶凝开裂后遇水后可释放大量k+与hpo42-离子，可为磷酸盐矿化微生物矿化生成鸟粪石结构矿化产物提供充足离子环境，可为微生物矿化提供矿化离子；自修复胶囊在开裂后，会释放其中的磷酸盐营养物质，磷酸盐营养物质可为磷酸盐矿化微生物矿化生成鸟粪石结构矿化产物提供充足离子环境与营养物质，因此，获得更好微生物矿化修复效果。

19、第二、在混凝土基质中加入磷酸镁水泥外壳作为微生物愈合材料的一部分，选择了具有磷酸盐矿化能力的芽孢杆菌，以磷酸镁水泥遇水后释放的离子为原材料，矿化产生的磷酸盐结晶物质填充于混凝土裂缝中，对混凝土裂缝系统进行矿化修复，添加磷酸盐矿化混凝土自修复微胶囊后混凝土面积修复率、吸水率、抗氯离子渗透率均提高显著提升。

20、第三、本申请的修复机理为利用了微生物菌体酶催化作用，在微生物矿化修复过程中不断吸附钙离子、镁离子、磷酸根离子，生成微生物磷酸盐修复产物，微生物的分泌产物是指真菌或细菌在生长和增殖过程中产生的胞外多糖、多肽这一类生物大分子物质；这些分子含有的羧基、羟基、氨基等活性基团，通过氢键、范德华力、离子键和静电吸引力的作用，捕获修复过程中的带正电离子，快速形成立体团聚的沉积物。与普通微生物自修复剂相比，本方法诱导的修复产物能紧密堆积形成粘结性更好、尺寸更大的修复产物；提升了修复产物的稳定性，减少修复产物流失，进而提高混凝土的耐久性。

技术特征：

1.一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊，所述微生物微胶囊由囊芯和囊壁组成，其特征在于，以重量份数计，所述囊芯组分包括磷酸盐营养物质1-4份、芽孢杆菌菌液3-7份、羟丙甲基纤维素0.1-0.5份；所述囊壁为磷酸镁水泥。

2.根据权利要求1所述的一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊，其特征在于，所述囊壁组分包括氧化镁3-7份、磷酸二氢钾3-7份、磷酸氢二钠1-3份、水1-1.5份、硼砂0.1-0.3份。

3.根据权利要求1所述的一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊，其特征在于，所述微生物微胶囊中囊芯和囊壁的质量比为1:(2-3)。

4.根据权利要求1所述的一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊，其特征在于，所述微生物微胶囊中囊芯粒径为1-4mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊，其特征在于，所述磷酸盐营养物质选自苯膦酸钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾中至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊，其特征在于，所述芽孢杆菌菌液中菌体浓度为1.1-1.6×1010个/ml。

7.根据权利要求1或6所述的一种用于混凝土裂缝自修复的胶囊，其特征在于，所述芽孢杆菌菌液选自胶质芽孢杆菌、嗜碱芽孢杆菌或枯草芽孢杆菌中的至少一种。

8.权利要求1-7任一项所述的一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，在成球造粒后干燥前，囊心材料的含水率为10-30wt％。

10.一种自修复混凝土，其特征在于，所述自修复混凝土中包含权利要求1-7任一项所述的用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊或权利要求8-9任一项制备所得的微生物微胶囊，其中所述微生物微胶囊的掺加量为0.6wt％，掺加方式为外掺。

技术总结
本发明公开了一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊及其制备方法和自修复混凝土。其中，一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊，所述微生物微胶囊由囊芯和囊壁组成，以重量份数计，所述囊芯组分包括磷酸盐营养物质1‑4份、芽孢杆菌菌液3‑7份、羟丙甲基纤维素0.1‑0.5份；所述囊壁为磷酸镁水泥。本发明公开的一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊，所述微生物微胶囊具有矿化能力强、能形成连续紧密的修复产物的优点。所述制备方法能够诱导的修复产物能紧密堆积形成粘结性更好、尺寸更大的修复产物；提升了修复产物的稳定性，减少修复产物流失，进而提高混凝土的耐久性，应用在混凝土时，能显著提升修复产物的产生速率，进而提升修复效果。

技术研发人员：李振方,刘颖,刘爱珠,王元涛,高东,刘书峰,黄媛媛,刘春光,刘欣,孔正,翟浩然
受保护的技术使用者：山东高速城乡发展集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12