發(fā)布時間：2020-05-18 08:36

【摘要】：混凝土是目前使用最廣泛的建筑材料,但是它難以避免會產(chǎn)生裂縫,相對于開裂后再進(jìn)行人工修復(fù),微生物裂縫自修復(fù)技術(shù)無需人為干預(yù),當(dāng)裂縫產(chǎn)生時,微生物在裂縫處形成礦化產(chǎn)物最終實(shí)現(xiàn)裂縫修復(fù)。但是混凝土基體內(nèi)的高堿環(huán)境和逐漸縮小的孔徑可能導(dǎo)致直接摻入的微生物成活率顯著降低。為了使微生物更好地存活并保持活性,本課題組首先提出采用高孔隙率的膨脹珍珠巖固載礦化微生物,研制了一種具有裂縫自修復(fù)能力的混凝土。與普通混凝土相比,摻入大量膨脹珍珠巖會降低混凝土的力學(xué)性能,為保證該混凝土既具有良好的裂縫自修復(fù)效果,又有足夠的力學(xué)性能,本文進(jìn)一步對其自修復(fù)效果和基本力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究,主要工作如下:(1)本文首先對自修復(fù)顆粒的制備和性能進(jìn)行研究,對膨脹珍珠巖和陶粒載體的化學(xué)成分、顆粒級配以及堆積密度、筒壓強(qiáng)度、吸水率(分別在負(fù)壓狀態(tài)下和常壓狀態(tài)下測試)、體積漂浮率等基本性能進(jìn)行測試。用培養(yǎng)好氧微生物的常規(guī)方法培養(yǎng)好氧嗜堿芽孢桿菌(Bacteria.H1),在負(fù)壓狀態(tài)下吸附菌液或乳酸鈣溶液制作菌載體或乳酸鈣載體。研究包裹材料配比對噴涂效率、烘干時間以及膨脹珍珠巖的吸水率、堆積密度、筒壓強(qiáng)度的影響規(guī)律,進(jìn)行膨脹珍珠巖表面微觀形貌分析。研究結(jié)果表明:經(jīng)過偏高嶺土地聚合物或水泥漿包裹處理的膨脹珍珠巖的吸水率、體積漂浮率顯著下降,筒壓強(qiáng)度、堆積密度顯著提高。(2)研究菌體摻入方式、膨脹珍珠巖摻量、載體包裹材料、乳酸鈣摻入方式、膨脹珍珠巖粒徑對混凝土裂縫自修復(fù)效果的影響。采用裂縫修復(fù)寬度表征修復(fù)效果,研究結(jié)果表明:以膨脹珍珠巖固載礦化微生物的試件裂縫修復(fù)率最高,28d最大裂縫修復(fù)寬度為0.79mm;在裂縫修復(fù)后期,膨脹珍珠巖摻量為90%的混凝土試件相比摻量30%、50%、70%的裂縫修復(fù)效果更好,無包裹組相比包裹組試塊的裂縫修復(fù)效果更好。(3)研究菌體摻入方式、水膠比、硅灰摻量、膨脹珍珠巖摻量、載體包裹材料、載體粒徑、聚丙烯纖維摻量等影響因素對該混凝土物理力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:同直接摻菌相比,用膨脹珍珠巖載菌對混凝土抗壓強(qiáng)度的不利影響明顯減弱;混凝土立方體抗壓強(qiáng)度、表觀密度、劈裂抗拉強(qiáng)度隨著膨脹珍珠巖摻量的增加而降低;摻入包裹水泥漿膨脹珍珠巖的混凝土相比摻入無包裹的表觀密度、抗壓強(qiáng)度有一定程度的提升;隨著聚丙烯纖維摻量的增大,抗壓強(qiáng)度逐漸降低,劈裂抗拉強(qiáng)度、拉壓比逐漸增大,混凝土脆性逐漸降低。
【圖文】：

耐久性好、成本低，以至于它是目前使用快，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，在未最主要的工程材料[1]。多相非勻質(zhì)材料，存在抗拉強(qiáng)度低、脆性中容易受周圍復(fù)雜環(huán)境的影響，混凝土的生后，不僅混凝土的強(qiáng)度會降低，而且環(huán)通過裂縫侵入混凝土的內(nèi)部，引發(fā)滲漏、示），降低混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。例如隧道重后果[2]。這些微小裂縫如果在發(fā)展成宏結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

1.2.1 節(jié)中介紹的基于微生物礦化沉積的被動修復(fù)技術(shù)以及 1.1.2 節(jié)傳統(tǒng)裂縫修復(fù)方法由于需要人為操作，在某些特殊混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用會受到限制，如水下工程、地下工程、高空結(jié)構(gòu)等。與開裂后再進(jìn)行人工修復(fù)相比，微生物裂縫自修復(fù)技術(shù)無需人為控制，有減少結(jié)構(gòu)維護(hù)工作量、降低維修費(fèi)用、提升混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性等優(yōu)點(diǎn)，使混凝土材料在一定程度上實(shí)現(xiàn)了多功能化與智能化。2011 年 Jonkers[29]等首次提出利用礦化微生物制作自修復(fù)混凝土的想法，在混凝土制備過程中摻入好氧嗜堿芽孢桿菌及相應(yīng)的營養(yǎng)物質(zhì)，，該菌體的芽孢能耐受混凝土攪拌時的高速剪切沖擊以及混凝土的高堿環(huán)境，并且在混凝土硬化后能長期處于休眠狀態(tài)。當(dāng)混凝土產(chǎn)生裂縫并有外界的氧氣和水滲入后，處于休眠狀態(tài)的孢子被喚醒并恢復(fù)其新陳代謝的功能，在其生命活動過程中不斷誘導(dǎo)產(chǎn)生碳酸鈣沉積，從而修復(fù)混凝土裂縫（如圖 1-2 所示），甚至可以避免混凝土中鋼筋產(chǎn)生銹蝕[30]。此外，與其他混凝土自修復(fù)技術(shù)相比，微生物自修復(fù)技術(shù)是可持續(xù)的，即裂縫修復(fù)完成閉合后，微生物又將在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生新的休眠芽孢，以便為下一次修復(fù)做準(zhǔn)備。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU528

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本文編號：2669458