[发明专利]修复混凝土裂缝的微胶囊及其制备方法

说明书

本发明提供了一种修复混凝土裂缝的微胶囊，该微胶囊包括壁材、夹层和芯材，所述壁材为水泥基材料，所述芯材为细菌修复剂，所述夹层为不溶性水泥缓凝剂；另一方面，还提供该修复混凝土裂缝的微胶囊制备方法。该微胶囊可以耐受搅拌水泥时的强剪切力，尤其微胶囊的水泥外壳能够随水泥结构中裂缝的形成而开裂，进而释放细菌修复剂，启动裂缝的修复。该水泥外壳随水泥结构裂缝形成而开裂的概率高达70％，同时，在水泥试块中，该微胶囊中细菌的存活率比无水泥外壳芯材中细菌的存活率提高了40％。

[技术领域]

本发明属于微生物混凝土自修复领域，具体涉及用于修复混凝土裂缝的微胶囊及其制备方法。

[背景技术]

混凝土因其耐久性强、结构牢固、价格低廉、原料丰富等特点被广泛应用于土木工程领域。然而，随着使用年限的增加及各种环境条件的影响和改变，混凝土会出现裂缝。如果不及时采取有效的处理措施，一旦裂缝扩大，各种不利因素将会腐蚀其内部钢筋结构，导致混凝土完整性破坏，耐久性能随之减弱。国内外专家基于好氧菌矿化机理研究提出了利用好氧微生物自修复混凝土的设想。在混凝土成型时掺入好氧型嗜碱菌的芽孢及所需的营养质，当混凝土开裂，外界的氧气和水分等物质渗入，处于休眠状态的芽孢被激活萌发并恢复其新陈代谢功能，通过利用事先掺入的营养物质，不断诱导产生碳酸钙沉积，从而修复混凝土裂缝，避免有害物质进入混凝土内部锈蚀钢筋。

为了更好的保护芽孢能够安全度过水化期和长时间存在于混凝土内部而不被压碎至死以及保证芽孢包埋入混凝土后的活性不受影响，许多国内外学者在保护微生物的载体选择上进行了相关的尝试，如聚亚安酯、硅胶、硅藻土、黏土陶粒、海藻酸钠、琼脂等。然而，携带微生物细胞的载体预埋入混凝土后，载体并不能够完全使得微生物细胞与混凝土隔绝，而且在混凝土搅拌和固化的过程中仍然会损害微生物细胞的矿化活性。

面对这些弱点，本专利通过制备生物微胶囊实现对微生物芽孢在混凝土裂缝产生前的封闭式保护，生物微胶囊在裂缝产生时又能快速破裂并释放出微生物芽孢实现对混凝土裂缝的快速修复。

[发明内容]

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种修复混凝土裂缝的微胶囊及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种修复混凝土裂缝的微胶囊，该微胶囊包括壁材、夹层和芯材。

上述方案中，所述壁材为水泥基材料，所述芯材为细菌修复剂，所述夹层为不溶性水泥缓凝剂。

上述方案中，所述水泥基材料为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、磷铝酸盐水泥中的一种或多种。

上述方案中，所述细菌修复剂包括细菌载体，细菌芽孢，营养物质，芽孢萌发剂。

进一步地，所述细菌载体为硅藻土、微晶纤维素、粉煤灰、黏土、淀粉中的任意一种或多种的混合物。

进一步地，所述细菌芽孢为嗜碱性芽孢杆菌的休眠孢子，具体为科氏芽孢杆菌，假坚强芽孢杆菌，巴氏芽孢杆菌中的任意一种或多种的混合物。

进一步地，所述营养物质为细菌可利用并将其转化为碳酸钙的各种有机或无机碳源，具体为酵母粉、蛋白胨、乳酸钙、柠檬酸钙、丙氨酸钙、乙酸钙、硝酸钠、氯化铵、淀粉中的一种或多种的混合物。

进一步地，所述芽孢萌发剂为肌苷、丙氨酸、葡萄糖、果糖、2,6-吡啶二羧酸中的一种或多种的混合物。

上述方案中，所述细菌修复剂各组分质量百分比：细菌载体70％-95％，孢子粉1％-10％，营养物质5％-30％，芽孢萌发剂0.1％-5％。

另一方面，提供一种上述修复混凝土裂缝的微胶囊制备方法，包括如下步骤：