【摘要】：混凝土具有抗壓強度高、價格相對低廉等優(yōu)勢,使其廣泛應用于建筑行業(yè)。然而混凝土固有的抗拉強度低,易開裂等缺點,會使混凝土結構產生細微損傷,損傷部位裂縫的進一步發(fā)展延伸可能會發(fā)展成為宏觀裂縫,進而為侵蝕性物質提供傳遞通道,對混凝土內部結構進行侵蝕、破壞,影響混凝土結構的耐久性。鑒于傳統(tǒng)混凝土裂縫自修復技術存在的弊端,新型裂縫自修復技術的發(fā)展顯得尤為重要�；谏鲜銮闆r,有關混凝土裂縫自修復技術的研究逐漸引起了學者的關注�；谖⑸锏V化沉積的混凝土裂縫自修復技術是在混凝土內部加入由礦化微生物與營養(yǎng)物質組成的裂縫自修復機制,當裂縫產生時,裂縫自修復機制啟動,實現(xiàn)對混凝土裂縫的自診斷與自修復,提高混凝土結構的耐久性。而受混凝土內部高堿環(huán)境以及養(yǎng)護過程中混凝土內部孔隙減小等原因影響,微生物直接摻入混凝土后,其活性將明顯降低。因此,將微生物固載于多孔材料中,然后摻入混凝土是一種有效的微生物摻入方式。而受載體材質、性能等因素影響,已有研究中選用的載體存在一定的缺點。本文以課題組前期對膨脹珍珠巖的研究為基礎,首次采用膨脹珍珠巖作為微生物載體固載微生物,制備出一種具有裂縫自修復性能的混凝土并對其裂縫抗?jié)B水性能及裂縫自修復機理進行了試驗分析,主要工作及結論如下:(1)對所采用的微生物進行礦化沉積性能試驗,驗證了利用試驗所述微生物制備微生物裂縫自修復混凝土的可行性,然后以多孔材料膨脹珍珠巖為載體,固載具有礦化沉積功能的Bacteria.H1與自行從土壤、污泥中篩選的不同種類耐堿菌群,并對載菌膨脹珍珠巖進行外包裹處理,制備出裂縫自修復劑顆粒,并對顆粒的筒壓強度、吸水率等物理性能進行研究。試驗分析表明,經(jīng)外包處理的裂縫自修復劑顆粒筒壓強度提高至452.2KPa,是普通珍珠巖筒壓強度2.96倍,1h吸水率可降低至40%,可為微生物生存、避免自修復劑流失提供更好的保障。(2)考慮不同因素對裂縫自修復混凝土裂縫修復性能的影響,以微生物摻入方式、微生物類型以及營養(yǎng)物質(乳酸鈣)摻量3個因素為變量,采用裂縫寬度持續(xù)觀測的方式,研究了上述3因素對裂縫自修復混凝土裂縫修復性能的影響。試驗結果表明:營養(yǎng)物質是微生物裂縫自修復混凝土中的必要組成部分,而膨脹珍珠巖的高孔隙率使得其在真空吸附作用下能夠攜帶更多的微生物,并為微生物提供較好的保護,因而表現(xiàn)出更優(yōu)的裂縫修復效果。當采用不同微生物作為礦化微生物時,裂縫自修復混凝土試件均表現(xiàn)出優(yōu)異的裂縫修復能力,但相比之下以Bacteria.H1與好氧混菌為礦化微生物時,裂縫修復效率更高。(3)在裂縫自修復混凝土裂縫修復性能表觀分析的基礎上,采用自行設計的滲水裝置對開裂的混凝土試件裂縫處的滲水性能進行試驗分析,進一步驗證了裂縫自修復混凝土的裂縫修復能力。試驗結果表明,摻有裂縫自修復劑顆粒的微生物裂縫自修復混凝土試件裂縫處滲水系數(shù)隨著修復養(yǎng)護時間的增加而降低,當修復養(yǎng)護28d后,其裂縫抗?jié)B性能得到有效提升,試件滲水系數(shù)可達到零。(4)在宏觀分析的基礎上,為了進一步了解微生物礦化沉積過程,采用掃描電鏡對試驗過程中的多階段進行微觀分析,并結合X射線衍射分析試驗方法對裂縫自修復混凝土裂縫處經(jīng)修復養(yǎng)護形成的礦物沉淀進行物相分析。試驗結果進一步驗證了膨脹珍珠巖作為微生物載體的可行性,且經(jīng)微生物作用產生的礦物沉淀雖形態(tài)不同,但均含性質穩(wěn)定的方解石形碳酸鈣晶體。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU528
【圖文】：

混凝土內部或表面難以避免產生微裂縫或局部缺陷，如圖1-1 所示，圖中的滲水處即為混凝土的開裂區(qū)域。研究表明[1-3]，混凝土的破壞是其內部微裂縫逐漸形成和發(fā)展的結果，裂縫的產生為水分及侵蝕性離子在混凝土內部的擴散提供了通道，侵蝕性離子不僅會降低混凝土的耐久性能，而且會破壞混凝土內部的堿性環(huán)境，導致鋼筋發(fā)生腐蝕，從而降低鋼筋混凝土構件的承載能力，甚至造成災難性事故和人員傷亡，鋼筋的侵蝕過程如圖 1-2 所示。圖 1-1 混凝土結構開裂示意圖 圖 1-2 混凝土內部侵蝕示意圖Fig.1-1 Cracking of concrete structure Fig.1-2 Internal erosion of concrete1.1.2 傳統(tǒng)的混凝土裂縫修復方式在混凝土結構的設計使用年限內，為滿足結構的使用功能以及保證結構具備足夠的力學性能和耐久性能，需及時對結構進行檢測和修復。此外，膠凝材料生產過程中產生的二氧化碳大概占到全球二氧化碳排放量的7%[4]，因此，延長混凝土結構的耐久性，對于環(huán)境保護同樣有積極作用。目前，對于服役工程中混凝土裂縫的修復仍是一個困擾建

1.1 選題背景1.1.1 混凝土結構裂縫的產生與危害混凝土因其具有抗壓強度高、耐久性好、成本低等優(yōu)點，被廣泛應用于建筑工程領域。在我國，隨著城鎮(zhèn)化建設的進一步推進，混凝土材料仍將被廣泛使用。然而在混凝土結構的施工和服役過程中，受溫濕度變化、塑性變形、干縮、外部荷載、鋼筋銹蝕、多因素耦合等因素的影響，混凝土內部或表面難以避免產生微裂縫或局部缺陷，如圖1-1 所示，圖中的滲水處即為混凝土的開裂區(qū)域。研究表明[1-3]，混凝土的破壞是其內部微裂縫逐漸形成和發(fā)展的結果，裂縫的產生為水分及侵蝕性離子在混凝土內部的擴散提供了通道，侵蝕性離子不僅會降低混凝土的耐久性能，而且會破壞混凝土內部的堿性環(huán)境，導致鋼筋發(fā)生腐蝕，從而降低鋼筋混凝土構件的承載能力，甚至造成災難性事故和人員傷亡，鋼筋的侵蝕過程如圖 1-2 所示。

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