混凝土裂縫微生物修復技術的研究現狀與進展

田曼麗

摘要：混凝土因為具有良好的抗壓能力和耐久性，被廣泛應用于各類建筑工程中。然而混凝土在凝結硬化的過程中會因溫濕度變化而引起不均勻收縮或膨脹，以及在服役期間由外荷載引起材料內應力，這些都容易使混凝土產生裂縫。裂縫形成后，有害的液體和氣體可以通過裂縫腐蝕水泥基體并造成損壞，所以裂縫會降低混凝土的使用壽命。本文對混凝土裂縫微生物修復技術的研究現狀與進展進行分析，以供參考。

關鍵詞：混凝土裂縫;微生物;修復;影響因素

引言

混凝土裂縫的滲透性是修復效果的視覺指標。對環境堿度對細菌生長和微生物礦化的影響進行了試驗研究，并通過注射和膠水的擴散修復了具有不同形態裂縫的混凝土，從而大大降低了修復后混凝土的滲透性。一種新型的自修復裂縫混凝土是利用低氧微生物——從膨脹的珍珠中加載堿——研制出來的，而從膨脹的珍珠中加載的微有機體在修復和保存后，能夠有效地提高混凝土中裂縫的自修復能力寬度、深度、裂紋中是否存在填充介質以及不同鈣源溶液等參數對修復后裂紋耐損性的影響。結果表明，不同接縫寬度條件下裂縫寬度越小，越有利于在裂縫內壁捕獲碳酸鈣晶體，修復混凝土裂縫的注射量越少;不同深度條件下碳酸鈣晶體穿過裂縫的距離和運輸時間越長，越有可能穿過混凝土裂縫并沉降，因此裂縫深度越大，堵塞速度越快。

1概述

由于混凝土具有良好的耐壓性和耐久性，它在建筑行業得到廣泛應用，但在生產和服務過程中不可避免地受到內部和外部因素的影響，從而使人們能夠接觸到濕度和腐蝕性離子，從而大大降低了耐久性和穩定性因此，快速修復裂縫可以有效地防止外部危險物質進入裂縫，延長混凝土的使用壽命。基于1836年發現的混凝土自修復現象，國內外學者提出了各種混凝土裂縫自修復方法，如氧化鎂內部膨脹劑、內固定膠劑中空玻璃管、內形狀記憶合金、浸潤結晶等與以前的自修復方法相比，基于微生物誘發礦化礦床的混凝土自修復技術由于其優點，如有效修復裂縫、缺乏人工檢測和修復、能耗低等，逐漸成為國內外研究熱點裂縫自修復作用的表征是自修復混凝土研究的一個非常重要的方面。常用的表征方法可分為宏觀尺度和微觀尺度。宏觀表征采用裂紋區修復率、防水修復率、氣體滲透性修復率、修復寬度修復率、超聲波速度變化等指標。;微表征主要是對礦化沉積層產物進行微觀組織分析和物理化學分析。通過測量不同修復年齡的試件表面修復率和耐水性，評價微生物礦化水泥基材料的自修復率;利用表面裂紋閉合率和氣體浸潤修復率表征鋼軌內碳瘢痕水泥材料的修復效果;描述修復混凝土微生物礦化的自修復效果，記錄混凝土裂縫寬度隨修復年限的變化。但是，現有的評估方法有時會根據一項指標的變化來描述修復的影響，而且沒有數學模型來調整不同的表達方法，以充分描述持續不斷的裂紋自我修復過程。說明混凝土自修復作用微型建立統一連續的數學模型有助于整合不同的表征方法，探索混凝土自修復規則，直至連續修復期。

2修復裂縫微生物

脲酶能催化降解尿素產生碳酸根離子，為碳酸鈣的沉積創造了條件。不少學者發現諸如巴氏芽孢八疊球菌、球形芽孢球菌以及枯草芽孢桿菌等微生物，能夠產生脲酶。不同的微生物所分泌的脲酶活性，發現巴氏芽孢桿菌的米氏常數Km值在40～130mmol/L范圍，催化降解尿素能力明顯高于其他微生物所分泌的脲酶。另外由于混凝土主要成分為氫氧化鈣，這使得內部環境不僅密閉且呈高堿性，所以采用的微生物生命力旺盛，且具有足夠的耐堿能力。研究發現，巴氏芽孢桿菌不僅可以在厭氧環境下產生脲酶，而且耐受堿性，這為高效修復裂縫提供了微生物選擇。然而，氨氣的溢出是該菌修復過程中的一個弊端，經過學者研究發現，在沒有脲酶的情況下，其他一些微生物也可修復裂縫。

3礦化沉積試驗

比較硝酸鈣溶液和固體硝酸鈣當量作為鈣源的沉積過程。先制備0.5mol/l硝酸鈣溶液，取100mL硝酸鈣溶液和100mL細菌溶液在錐形瓶中，調節pH為9.5;對比試驗為200mL細菌液和圓錐瓶中11 8075g固體硝酸鈣，pH值調整為9.5。進行恒溫礦化試驗，取0、6、18、24小時圓錐瓶內較高清洗液，離心，用稀釋硝酸稀釋5 ～ 10倍，用原子吸收光譜儀測試較高清洗液中二氧化碳+濃度。當高于檢測時間的清液中的Ca2+濃度下降時，對離心管的質量進行稱重，將溶液和沉淀完全轉移到離心管的錐形瓶中，離心器，沉淀，置于60 c干燥器中，對24小時進行烘干，對沉淀質量進行稱重（均在杯子壁的沉淀用過量鹽酸沖洗，NaOH溶液返回HCl溶液，得到杯子壁碳酸鈣的質量。確定碳酸鈣沉積所需的時間取決于Ca2+濃度的變化。并利用XRD和SEM測定結晶形態和降水形態，研究當鈣源固體或溶液時的礦化過程。

4微生物修復方式

若將微生物芽孢負載在特定材料上，不僅可以很好地包覆細菌芽孢和營養物質，抵抗堿度，還可在裂縫產生后，激活微生物自動開始修復裂縫。將巴氏芽孢桿菌固定在廢棄汽車輪胎的細小顆粒上，經實驗發現，除了能愈合裂縫外，還使試塊的抗裂性得到了提升。嘗試采用膨脹珍珠巖，用來固定細菌芽孢，比較了分別采用偏高嶺土、水泥漿和未包裹膨脹珍珠巖的裂縫修復效果，發現用水泥包裹的膨脹珍珠巖作為載體，不僅裂縫修復效果好，而且與混凝土相容性好。采用乙基纖維素微膠囊作為載體，當裂縫穿過微膠囊，微膠囊破裂，在萌發劑的作用下，巴氏芽孢菌被激活并開始修復裂縫，經過30d修復，裂縫幾乎被完全修復。采用再生骨料作為載體，并將載體置于菌液中，在真空的條件下，菌液能被緊緊吸附在載體上，最后將載體恒溫烘干。研究發現，經過28d的修復，采用再生骨料作為載體的微生物可將0.27mm以下的裂縫修復成功。

結束語

總之，隨著裂紋寬度的增大，強度增加百分比的平均值減小，修復效果減小，強度增加百分比與0.75mm和1 mm裂紋寬度相比更接近平均值;對于1毫米和1.25毫米的裂紋寬度來說，平均強度增加百分比差別很大，原因是裂紋中沉積的碳酸鈣在裂紋存續期間可以更緊密地填充，從而增加強度;裂紋尺寸大時，沉積碳酸鈣不易形成橋梁或堵塞的碳酸鈣，導致強度小增、修復效果差。試驗強度約為1 ～ 3 MPa。2）通過對強度增加百分比的分析，裂縫深度對混凝土的修復強度影響較大，在相同的裂縫寬度下，修復效果往往先升高后降低;（3）對平均深度高程值的分析，30 mm和45 mm深度的修復效果比較好;分析平均寬度增加值，修復效果隨裂縫寬度的增加而減小。其中，當裂縫寬度為0.75mm，深度為45 mm時，強度增加的百分比最高，達到13.64%.

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基金項目：重慶交通職業學院校級科研項目，項目名稱：微生物對裂隙材料滲透性能的影響，項目編號CJKJ202005。