[发明专利]一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土工程领域，特别是涉及一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统。

背景技术

城市轨道交通隧道结构设计寿命为100年，其所处岩土赋存条件复杂，周边环境敏感，列车运行密度极高，使用条件苛刻，结构自身在多因素长期作用下性能不断劣化，一旦损坏不易或不可更换，并将会诱发地下工程灾害。水泥基材料的裂缝是导致结构提前失效的根本原因。微生物自修复系统为混凝土基体微裂缝的修复和有效延缓潜在的危害提供了一种新的方法,一个自修复系统将免去有效的监测和外部修复所需的高额费用,避免了人工修复带来的轨道交通线路停运等问题，可以节省结构运营费用,且大大提高其安全性和耐久性,地铁的使用寿命也将延长。

微生物裂缝自修复最早来源于微生物的成岩现象：微生物利用生物作用形成一些溶解度较低的有机和无机化合物填塞渗透性的多孔介质，达到降低渗透性和弥补裂缝的目的(袁雄洲，孙伟，陈慧苏.水泥基材料裂缝微生物修复技术的研究与进展[J].硅酸盐学报,2009,37(1):160-170)。用于自修复的微生物主要有厌氧型微生物和好氧型微生物两种。厌氧微生物在潮湿环境里新陈代谢生成了尿素酶，之后水解为氨气和二氧化碳，二氧化碳与混凝土中空隙里溶解的钙离子发生反应生成碳酸钙沉淀。好氧微生物在高碱缺氧环境下处于休眠状态，在有氧气和水分渗入的情况下将复苏，新陈代谢产生的二氧化碳与水泥基材料中的氢氧化钙发生反应产生碳酸钙沉淀以修复裂缝。微胶囊自修复系统在混凝土里的应用也有所研究(YangZX,Hollar J,He XD,Shi XM.A self-healing cementitious composite using oil core/silica gel shellmicrocapsules[J].Cement&Concrete Composites,2011，33:506-512)，自修复原理是当含有修复剂的微胶囊遇到裂缝破裂时修复剂流出，粘结混凝土内的微裂缝。

目前，进行微生物自修复实验时通常是将微生物，培养基直接加入到水泥基材料中(P.Ghosh,S.Mandal,B.D.Chattopadhyay，S.Pal.Use of microorganism to improve the strength ofcement mortar[J].Cement and Concrete Research,2005,35:1980-1983)（附图1，附图2），或者将微生物加入到水泥基材料中，并通过后期外界提供培养基(Jonkers H M.Self HealingMaterials,Approach to20Centuries of Materials Science,Springer series in Materials Science100[c],Springer Netherlands,2007,195-204)(Jonkers H M,SCHLANGEN E.Proceedings of theFirst International Conference on Self Healing Materials,Noordwijk,The Netherlands[C].Amsterdam:Springer,2007)。总结起来，现有的微生物自修复系统和内含修复剂的微胶囊自修复系统用于隧道结构时存在如下缺点及不足：

1．部分微生物自修复系统培养基是外界人工提供的，自修复需要人为干预；

2．在直接加入微生物的情况下微生物活性会受到混凝土高碱性的抑制，孢子的生存和发育能力会随着混凝土龄期变长空隙变小而逐渐降低，生存时间少于四个月(Application ofbacteria as self-healing agent for the development of sustainable concrete.Henk M.Jonkers,ArjanThijssen,Gerard Muyzer,Oguzhan Copuroglu,Erik Schlangen[J].Ecological Engineering,2010,36:230–235)。死后微生物会分解，对混凝土强度有影响(Ramachandran S K,Ramakrishnan V,Bang S S.Remediation of concrete using microorganisms[J].Am Concr Ins MaterJ,2001,98(1):3-9)；