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资讯 | 自修复混凝土—开裂的混凝土可以像皮肤一样自己愈合

日期: 2019-12-22
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混凝土材料一旦开裂,其耐久性会迅速衰减,人们一直在期待混凝土能像皮肤一样自感知、自愈合。如今,微生物的介入会给冰冷的混凝土赋予新的功能,实现了混凝土裂缝自修复、抗渗漏、防腐蚀等智能化效果的提升和发展。

为了迎合对建筑材料和结构提出的功能智能一体化要求,对存在潜在损坏危险的混凝土表面进行有效保护、对造成裂纹和损伤的混凝土结构进行自修复,使混凝土结构具备自防护功能,是具有很大经济、社会效益的事情。

自修复混凝土可以解决用传统方法难以解决和不能解决的技术关键,它对确保高层建筑、桥梁、核电站等重大土木基础设施的安全和长期的耐久性,以及减轻台风、地震冲击等诸多破坏因素方面有很大的应用潜力,对确保建筑物的安全和耐久性都极具重要性,也对传统的建筑材料研究、制造、缺陷预防和修复等都提出了强烈的挑战。

混凝土如何自修复?

本文将为您介绍太原理工大学李珠教授、张家广副教授的研究成果,微生物与膨胀珍珠岩相结合的自修复混凝土技术——这一技术为微生物制造建材技术的提出奠定了坚实基础。成果目前已经发表于Elsevier出版集团Construction and Building Materials杂志。

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好氧嗜碱微生物的裂缝自修复混凝土   


在外力或其他因素作用下混凝土难免会产生微裂缝,导致其力学性能和耐久性降低,有必要研制一种具有裂缝自诊断和自修复的混凝土材料。本技术涉及一种使用好氧嗜碱微生物的裂缝自修复混凝土及其制备方法,其组分为载有好氧嗜碱微生物修复剂的膨胀珍珠岩、水泥、石子、砂、硅灰、水、乳酸钙及减水剂。

该裂缝自修复混凝土不仅具有裂缝自修复功能,也具备保温隔热功能,它以好氧嗜碱微生物为裂缝修复剂,以乳酸钙作为营养物质,膨胀珍珠岩作为裂缝修复剂的载体,膨胀珍珠岩可以对好氧嗜碱微生物的生存和代谢提供有效保护。

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当混凝土产生裂缝,水和空气的进入使处于休眠中的微生物恢复新陈代谢功能,将乳酸钙转化为碳酸钙沉淀,而好氧微生物在新陈代谢过程中产生二氧化碳,二氧化碳在湿润环境下与水泥基材料中的氢氧化钙反应生成碳酸钙,从而达到自行诊断和修复混凝土裂缝,提高混凝土抗渗性能的目的。

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所采用的好氧嗜碱微生物在代谢过程中不产生氨气等有害物质,所产生的修复介质具有良好的耐久性和体积稳定性,且与水泥石相容性较好。

基于产脲酶微生物矿化沉积的裂缝自修复再生混凝土

再生混凝土力学性能和耐久性能随着再生粗骨料取代率的增大出现明显递减趋势,主要是由于再生骨料与水泥基材料之间过渡界面存在孔洞和微裂缝等。本技术公开一种基于产脲酶微生物矿化沉积的裂缝自修复再生混凝土及其制备方法,其组分为载有产脲酶微生物的膨胀珍珠岩、水泥、石子、砂、硅灰、水、尿素、氯化钙、产脲酶微生物悬浮液及减水剂。

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它以产脲酶微生物作为混凝土裂缝修复剂,通过产脲酶微生物的新陈代谢产生尿素酶,脲酶将将尿素分解为NH4+和CO32+ ,进而矿化沉积出修复介质(碳酸钙),该介质具有良好的耐久性和体积稳定性,与水泥石相容性较好,并且该菌为碳酸钙沉积提供了成核位点。


在制备过程中,通过将一部分裂缝修复剂直接掺入混凝土中,实现对再生粗骨料自身上的裂缝、孔洞、以及再生骨料和新水泥石基体之间的粘结薄弱区进行裂缝自修复,从而提高再生混凝土的力学性能;同时,将另一部分裂缝修复剂首先真空吸附到膨胀珍珠岩载体内,然后再掺入混凝土中,用以提高再生混凝土在服役期间的裂缝自修复能力,从而提高再生混凝土的抗渗性能和耐久性。
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A:普通混凝土 B~C:其他学者研发成果 D:本发明研发成果

随着时代的发展,智能材料已经成为当今世界高度关注的热点和焦点。自修复混凝土的研究和应用可以对于存在潜在危险因素的混凝土进行有效的监测和保护,可以节省定期检查及事后修补所需的人力物力财力。

裂缝自修复再生混凝土作为一种兼具裂缝自诊断和自修复、轻质、保温隔热、绿色节能的混凝土材料,具有很大的研究价值和应用潜力。

与传统的修复技术相比,自修复混凝土具有提升材料使用寿命的独特性,在未来,这项技术将会越来越成熟,在房屋改造,桥梁道路、水库隧道加固等各项工程中进一步加强建筑结构的耐久性与安全性,为智能建筑行业发展做出贡献。

来源:建材情报所陕西办,如涉及作品内容、版权和其它问题,请及时联系,我们将尽快处理。

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