[发明专利]一种受硫酸根激发的水泥基材料自修复剂及其应用

说明书

本发明公开了一种受硫酸根激发的水泥基材料自修复剂及其应用。该水泥基材料自修复剂主要依靠其中的具有硫酸根响应开裂的微胶囊实现自修复，自修复微胶囊掺量为胶凝材料的1~4%，胶囊中包裹微生物自修复剂，自修复剂质量占微胶囊质量10%~40%。在水泥基材料成型过程中加入该微胶囊水泥基材料自修复剂，在混凝土开裂时，受到环境中的硫酸根离子激发而使得微胶囊开裂，从而释放微胶囊中的微生物自修复剂；微生物通过矿化作用产生碳酸根，与裂缝中的钙离子反应形成具有胶凝作用的碳酸盐矿物，填补水泥基材料在服役过程中产生的裂缝，降低了有害离子进入水泥基材料，有效提高了水泥基材料耐久性。

技术领域

本发明属于土木工程材料和微生物学交叉科学技术领域，具体涉及一种受硫酸根激发的水泥基材料自修复剂及其应用。

背景技术

水泥基材料作为一种重要的建筑材料，仍然是社会上使用量最大的材料。随着建筑行业对建筑寿命的高要求与水泥基行业自身的节能减排需求，水泥基材料的耐久性是如今重要的研究方向。然而，水泥基材料自身的脆性以及服役环境的影响，使水泥基材料的开裂不可避免；开裂后若未能及时得到修复，外界水和侵蚀介质便会不断从材料表面缺陷逐渐渗入，最终引起水泥基材料的劣化加速。因此，修复水泥基材料的裂缝，是延长水泥基材料寿命的重要手段之一，近十年来，采用微生物矿化技术进行水泥基材料的修补由于具有很好的前景而备受关注。在适当的条件下，大多数细菌都能够诱导碳酸盐的沉淀，因此，微生物诱发碳酸盐沉淀(MICP)正被广泛地用于土木工程应用。微生物自愈混凝土的原理是在搅拌过程中将碳酸盐沉淀菌、营养物质和沉淀前驱体加入混凝土中。开裂后，裂纹表面/周围的细菌将被激活，并沉淀CaCO₃以愈合裂纹，这种技术不但有利于提升水泥基材料的强度，耐久性，还可以填充裂缝，帮助水泥基材料实现自修复的作用。

在宏观混凝土中应用微生物自修复时，面临的诸多挑战，如混凝土中的pH高达12.5～13，这对细菌来说是一个苛刻的条件。此外，由于水化的不断进行，水泥基基体逐渐成为致密的结构。长龄期下，大部分孔径小于0.5μm，细菌大小在1～3μmm范围内。因此，基质内的细菌很有可能被挤压和粉碎。考虑到这些条件，为了保护细菌不受恶劣条件的影响，最好在加入前对细菌进行包封，对于载体的开发显得极为急迫。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种受硫酸根激发的水泥基材料自修复剂及其应用，该自修复剂包含具有硫酸根离子响应性的自修复微胶囊；该自修复微胶囊中包含微生物基的自修复剂，生态相容性好，且该水泥基材料自修复剂施用方法简单且后期不需要人工干预，能及时性修补水泥基材料裂缝。

为解决现有技术的不足，本发明采取的技术方案为：

一种受硫酸根激发的水泥基材料自修复剂，所述自修复剂为具有硫酸根响应开裂的微胶囊实现自修复，所述微胶囊掺量为胶凝材料质量的1-4％；所述微胶囊中包裹微生物自修复剂，其质量占微胶囊质量的10-40％；所述的微生物自修复剂由菌株和可溶性钙源组成，所述菌株具有矿化生成碳酸盐的能力。

作为改进的是，微胶囊为海藻酸钡基的水凝胶，微胶囊在受到环境中的硫酸根离子激发时，会发生破坏及开裂，从而释放其中的微生物自修复剂。

作为改进的是，所述的菌株为芽孢杆菌属的胶质芽孢杆菌、嗜碱芽孢杆菌或球形芽孢杆菌中一种或多种混合。

作为改进的是，所述的硫酸根离子激发浓度大于0.02mol/L。

作为改进的是，所述水泥基材料自修复剂在常温环境下使用。

作为改进的是，所述水泥基材料为以水泥为主的复合凝胶材料，所述复合凝胶材料中还包括粉煤灰、矿粉或偏高岭土。

作为改进的是，所述可溶性钙源为硝酸钙、乳酸钙、甲酸钙、乙酸钙或氯化钙中一种或多种的复合。

基于上述自修复水泥基材料在养护水泥基材料中的应用。