混凝土裂缝微生物修复技术的研究现状与进展

田曼丽

摘要：混凝土因为具有良好的抗压能力和耐久性，被广泛应用于各类建筑工程中。然而混凝土在凝结硬化的过程中会因温湿度变化而引起不均匀收缩或膨胀，以及在服役期间由外荷载引起材料内应力，这些都容易使混凝土产生裂缝。裂缝形成后，有害的液体和气体可以通过裂缝腐蚀水泥基体并造成损坏，所以裂缝会降低混凝土的使用寿命。本文对混凝土裂缝微生物修复技术的研究现状与进展进行分析，以供参考。

关键词：混凝土裂缝;微生物;修复;影响因素

引言

混凝土裂缝的渗透性是修复效果的视觉指标。对环境碱度对细菌生长和微生物矿化的影响进行了试验研究，并通过注射和胶水的扩散修复了具有不同形态裂缝的混凝土，从而大大降低了修复后混凝土的渗透性。一种新型的自修复裂缝混凝土是利用低氧微生物——从膨胀的珍珠中加载碱——研制出来的，而从膨胀的珍珠中加载的微有机体在修复和保存后，能够有效地提高混凝土中裂缝的自修复能力宽度、深度、裂纹中是否存在填充介质以及不同钙源溶液等参数对修复后裂纹耐损性的影响。结果表明，不同接缝宽度条件下裂缝宽度越小，越有利于在裂缝内壁捕获碳酸钙晶体，修复混凝土裂缝的注射量越少;不同深度条件下碳酸钙晶体穿过裂缝的距离和运输时间越长，越有可能穿过混凝土裂缝并沉降，因此裂缝深度越大，堵塞速度越快。

1概述

由于混凝土具有良好的耐压性和耐久性，它在建筑行业得到广泛应用，但在生产和服务过程中不可避免地受到内部和外部因素的影响，从而使人们能够接触到湿度和腐蚀性离子，从而大大降低了耐久性和稳定性因此，快速修复裂缝可以有效地防止外部危险物质进入裂缝，延长混凝土的使用寿命。基于1836年发现的混凝土自修复现象，国内外学者提出了各种混凝土裂缝自修复方法，如氧化镁内部膨胀剂、内固定胶剂中空玻璃管、内形状记忆合金、浸润结晶等与以前的自修复方法相比，基于微生物诱发矿化矿床的混凝土自修复技术由于其优点，如有效修复裂缝、缺乏人工检测和修复、能耗低等，逐渐成为国内外研究热点裂缝自修复作用的表征是自修復混凝土研究的一个非常重要的方面。常用的表征方法可分为宏观尺度和微观尺度。宏观表征采用裂纹区修复率、防水修复率、气体渗透性修复率、修复宽度修复率、超声波速度变化等指标。;微表征主要是对矿化沉积层产物进行微观组织分析和物理化学分析。通过测量不同修复年龄的试件表面修复率和耐水性，评价微生物矿化水泥基材料的自修复率;利用表面裂纹闭合率和气体浸润修复率表征钢轨内碳瘢痕水泥材料的修复效果;描述修复混凝土微生物矿化的自修复效果，记录混凝土裂缝宽度随修复年限的变化。但是，现有的评估方法有时会根据一项指标的变化来描述修复的影响，而且没有数学模型来调整不同的表达方法，以充分描述持续不断的裂纹自我修复过程。说明混凝土自修复作用微型建立统一连续的数学模型有助于整合不同的表征方法，探索混凝土自修复规则，直至连续修复期。

2修复裂缝微生物

脲酶能催化降解尿素产生碳酸根离子，为碳酸钙的沉积创造了条件。不少学者发现诸如巴氏芽孢八叠球菌、球形芽孢球菌以及枯草芽孢杆菌等微生物，能够产生脲酶。不同的微生物所分泌的脲酶活性，发现巴氏芽孢杆菌的米氏常数Km值在40～130mmol/L范围，催化降解尿素能力明显高于其他微生物所分泌的脲酶。另外由于混凝土主要成分为氢氧化钙，这使得内部环境不仅密闭且呈高碱性，所以采用的微生物生命力旺盛，且具有足够的耐碱能力。研究发现，巴氏芽孢杆菌不仅可以在厌氧环境下产生脲酶，而且耐受碱性，这为高效修复裂缝提供了微生物选择。然而，氨气的溢出是该菌修复过程中的一个弊端，经过学者研究发现，在没有脲酶的情况下，其他一些微生物也可修复裂缝。

3矿化沉积试验

比较硝酸钙溶液和固体硝酸钙当量作为钙源的沉积过程。先制备0.5mol/l硝酸钙溶液，取100mL硝酸钙溶液和100mL细菌溶液在锥形瓶中，调节pH为9.5;对比试验为200mL细菌液和圆锥瓶中11 8075g固体硝酸钙，pH值调整为9.5。进行恒温矿化试验，取0、6、18、24小时圆锥瓶内较高清洗液，离心，用稀释硝酸稀释5 ～ 10倍，用原子吸收光谱仪测试较高清洗液中二氧化碳+浓度。当高于检测时间的清液中的Ca2+浓度下降时，对离心管的质量进行称重，将溶液和沉淀完全转移到离心管的锥形瓶中，离心器，沉淀，置于60 c干燥器中，对24小时进行烘干，对沉淀质量进行称重（均在杯子壁的沉淀用过量盐酸冲洗，NaOH溶液返回HCl溶液，得到杯子壁碳酸钙的质量。确定碳酸钙沉积所需的时间取决于Ca2+浓度的变化。并利用XRD和SEM测定结晶形态和降水形态，研究当钙源固体或溶液时的矿化过程。

4微生物修复方式

若将微生物芽孢负载在特定材料上，不仅可以很好地包覆细菌芽孢和营养物质，抵抗碱度，还可在裂缝产生后，激活微生物自动开始修复裂缝。将巴氏芽孢杆菌固定在废弃汽车轮胎的细小颗粒上，经实验发现，除了能愈合裂缝外，还使试块的抗裂性得到了提升。尝试采用膨胀珍珠岩，用来固定细菌芽孢，比较了分别采用偏高岭土、水泥浆和未包裹膨胀珍珠岩的裂缝修复效果，发现用水泥包裹的膨胀珍珠岩作为载体，不仅裂缝修复效果好，而且与混凝土相容性好。采用乙基纤维素微胶囊作为载体，当裂缝穿过微胶囊，微胶囊破裂，在萌发剂的作用下，巴氏芽孢菌被激活并开始修复裂缝，经过30d修复，裂缝几乎被完全修复。采用再生骨料作为载体，并将载体置于菌液中，在真空的条件下，菌液能被紧紧吸附在载体上，最后将载体恒温烘干。研究发现，经过28d的修复，采用再生骨料作为载体的微生物可将0.27mm以下的裂缝修复成功。

结束语

总之，随着裂纹宽度的增大，强度增加百分比的平均值减小，修复效果减小，强度增加百分比与0.75mm和1 mm裂纹宽度相比更接近平均值;对于1毫米和1.25毫米的裂纹宽度来说，平均强度增加百分比差别很大，原因是裂纹中沉积的碳酸钙在裂纹存续期间可以更紧密地填充，从而增加强度;裂纹尺寸大时，沉积碳酸钙不易形成桥梁或堵塞的碳酸钙，导致强度小增、修复效果差。试验强度约为1 ～ 3 MPa。2）通过对强度增加百分比的分析，裂缝深度对混凝土的修复强度影响较大，在相同的裂缝宽度下，修复效果往往先升高后降低;（3）对平均深度高程值的分析，30 mm和45 mm深度的修复效果比较好;分析平均宽度增加值，修复效果随裂缝宽度的增加而减小。其中，当裂缝宽度为0.75mm，深度为45 mm时，强度增加的百分比最高，达到13.64%.

参考文献

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基金项目：重庆交通职业学院校级科研项目，项目名称：微生物对裂隙材料渗透性能的影响，项目编号CJKJ202005。