【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于裂縫外加劑及其制法，具體為一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑及其制備方法。
技術介紹
1、混凝土材料裂縫病害治理是基礎設施運維的重要方面。裂縫存在極大程度降低混凝土材料的服役壽命。服役環境中的水分滲入裂縫中，為腐蝕介質向混凝土內部傳輸提供了快捷通道。腐蝕介質直達混凝土內部，引起內部的水化產物相轉變、鋼筋銹蝕，從而使得混凝土產生不均勻的局部體積變形，最終促使裂縫進一步擴展或誘導形成新裂縫。裂縫網絡的形成破壞了混凝土材料的完整性，也極大程度降低了其結構承載功能。最終，隨著裂縫的發展，混凝土結構功能逐漸喪失，并失去服役能力。因此，及時有效治理裂縫病害已經成為混凝土結構健康監測和運維的主要內容。
2、為了提高混凝土裂縫治理的時效性和智能化水平，具有裂縫自愈合能力的自修復劑被開發。當混凝土產生裂縫時，水分進入裂縫空間激發了自修復劑活性，使其能夠產生一系列的生物/化學反應，產生固相產物封堵裂縫空間。微生物自修復方法是通過在裂縫中引入礦化微生物，借助微生物的誘導礦化能力實現裂縫的封堵。但混凝土裂縫溶液呈高堿性，極大程度限制了微生物的活性，使得微生物礦化范圍僅存在于裂縫表層范圍。多種改善微生物活性的方法被開發，如采用多孔介質負載微生物，使其存在相對溫和的理化環境中；如采用水凝膠負載微生物，將其包埋在水凝膠中，避免與外界高堿性環境接觸；如采用馴化強化手段提升微生物的堿耐受性，提高適應能力。實際上，裂縫溶液的ph通常高達13.0及以上，使用馴化策略很難使微生物能適應如此嚴酷的條件。而水凝膠雖然具有較好的吸水能力
3、普通硅酸鹽水泥中鎂離子泄露會產生新的腐蝕作用，鎂源一旦泄露會與基體主要水化產物c-s-h反應形成沒有膠凝能力的m-s-h，混凝土耐久性被破壞。因此，亟需開發有效的裂縫溶液理化環境改善方法，提高微生物礦化活動范圍，提升裂縫全斷面的自修復效果，才能實現裂縫對水分的阻礙能力，尤其是壓力水的封堵。
技術實現思路
1、專利技術目的：為了克服現有技術中存在的不足，本專利技術目的是提供一種裂縫自修復范圍廣的用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，本專利技術另一目的是提供一種簡單方便的用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑的制備方法。
2、技術方案：本專利技術所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，包括a組分微球和b組分微球；a組分微球包括以下重量份數的物質：鈣源17.74～51.9份，微生物8～9份，增粘劑0.5～1份；b組分微球包括以下重量份數的物質：鋁源28.1～49.51份，增粘劑0.5～1份；a組分微球、b組分微球的表面均包裹硫鋁酸鹽水泥-鐵礦石粉混合膠凝層。
3、進一步地，b組分微球還包括4～5份硅源。
4、進一步地，硅源為硅酸鈉，鈣源為乳酸鈣，鋁源為偏鋁酸鈉。
5、進一步地，鈣源、鋁源、硅源中的鈣、鋁、硅的原子摩爾比為1:0～1:2
6、進一步地，微生物包括丙酸桿菌、互營丙酸氧化菌、互營乙酸氧化菌，丙酸桿菌、互營丙酸氧化菌和互營乙酸氧化菌的數量比例為1:1:3～4。
7、進一步地，a組分微球和b組分微球的粒徑為3.5～5.0mm。
8、進一步地，增粘劑為聚丙烯酸鈉、海藻酸鈉、聚氧乙烯中的任意一種。
9、進一步地，外加劑的顆粒密度為1900～2100kg/m3。
10、進一步地，鐵礦石粉細度為200目以上。
11、本專利技術所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑的制備方法，包括以下步驟：
12、步驟一，制備直徑為3.5～5.0mm的a組分微球和b組分微球；
13、步驟二，將步驟一所得物進行常溫灑水養護；
14、步驟三，將步驟二所得物浸漬在丙烯酸乳液中，40～50℃干燥；
15、步驟四，將步驟三所得物浸水24～30h后，取出干燥，得到用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑。
16、進一步地，
17、修復原理：首先通過誘導無機礦物凝膠在裂縫中形成改善裂縫溶液環境，為微生物活動營造有力條件。其次，微生物礦化活動啟動，通過利用三類微生物的互營關系，梯度代謝底物，逐漸將碳源底物轉化為碳酸鈣沉淀。最終，無機礦物凝膠反應與微生物礦化反應相互補充，實現裂縫斷面的有效修復。
18、基于混凝土裂縫的高堿性原生環境特征，通過引入鈣源、鋁源和硅源，使其在裂縫原位中相互反應形成以水化鋁酸鈣和水化硅鋁酸鈣為主的無機礦物凝膠，鈣鋁礦物凝膠分子通常包含大量的化合水、結合水、配位水，具有極佳的體積膨脹能力，可以有效實現裂縫內部的封堵。增粘劑的作用在于及時絮凝生成的凝膠顆粒，避免其在流動水條件下隨水分流失，增加其在裂縫空間中的附著能力。生成的水化鋁酸鈣凝膠還能夠捕捉溶液中的自由氯離子、硫酸根離子等腐蝕介質，從而降低其危害。
19、同時，兼顧利用無機礦物凝膠反應堆對氫氧根離子的捕捉作用，降低液相中自由氫氧根離子濃度，從而改善裂縫化學環境特征，為微生物的萌發和生長提供溫和條件。鈣源(乳酸鈣)進入裂縫溶液中后，釋放的乳酸根離子提供了丙酸桿菌生長的營養條件。丙酸桿菌將乳酸根離子轉化為丙酸和二氧化碳。釋放的二氧化碳在堿性環境中將反應形成碳酸根離子，并最終結合鈣離子形成碳酸鈣沉淀。丙酸則會與氫氧根離子反應形成丙酸根離子，進而維持裂縫的低堿性條件。丙酸根離子的形成為互營丙酸氧化菌的生長提供了有利條件。丙酸根離子被氧化為乙酸分子和二氧化碳。同理，二氧化碳將會最終轉化為碳酸鈣沉積在裂縫空間中。而乙酸分子則會持續用于維持裂縫的低堿性環境條件。乙酸根離子是互營乙酸氧化菌的營養物，其將會進一步被分解為二氧化碳，并最終轉化為碳酸鈣沉淀。
20、有益效果：本專利技術和現有技術相比，具有如下顯著性特點：
21、1、能夠顯著提高微生物礦化活動范圍，無機礦物凝膠與微生物的協同作用能夠極大程度提高裂縫中修復產物的分布范圍，突破微生物自修復深度淺的限制，真正實現面向裂縫全區域范圍的自修復，提升裂縫全斷面的自修復效果，能夠實現裂縫對水分的阻礙能力，尤其是壓力水的封堵；
22、2、基于三類互營微生物關系，遷移擴散能力好，實現底物乳酸鹽的梯度分解和利用，可以極大程度避免快速分解造成的二氧化碳氣體逸出或后期修復能力不足的問題；
23、3、在混凝土開裂初期，水化鋁酸鈣和水化鋁硅酸鈣凝膠快速形成，首先在裂縫內部形成一定的封堵能力，鋁酸鹽與硅鋁酸鹽凝膠自身為混凝土水化產物種類之一，具有極佳的相容性，鈣鋁礦物凝膠的形成會捕捉沉積大量的氫氧根離子，顯著降低裂縫溶液的ph，為微生物礦化提供了適宜的化學條件；
24、4、逐級分解的底物不僅能借助中間產物維持裂縫的低堿性環境，還能夠充分反應形成碳酸鈣礦物。真正實現微生物礦化本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，其特征在于：包括A組分微球和B組分微球；所述A組分微球包括以下重量份數的物質：鈣源17.74～51.9份，微生物8～9份，增粘劑0.5～1份；所述B組分微球包括以下重量份數的物質：鋁源28.1～49.51份，增粘劑0.5～1份；所述A組分微球、B組分微球的表面均包裹硫鋁酸鹽水泥-鐵礦石粉混合膠凝層。
2.根據權利要求1所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，其特征在于：所述B組分微球還包括4～5份硅源。
3.根據權利要求2所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，其特征在于：所述硅源為硅酸鈉，所述鈣源為乳酸鈣，所述鋁源為偏鋁酸鈉。
4.根據權利要求1所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，其特征在于：所述鈣源、鋁源、硅源中的鈣、鋁、硅的原子摩爾比為1:0～1:2。
5.根據權利要求1所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，其特征在于：所述微生物包括丙酸桿菌、互營丙酸氧化菌、互營乙酸氧化菌，所述丙酸桿菌、互營丙酸氧化菌和互營乙酸氧
6.根據權利要求1所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，其特征在于：所述A組分微球和B組分微球的粒徑為3.5～5.0mm。
7.根據權利要求1所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，其特征在于：所述增粘劑為聚丙烯酸鈉、海藻酸鈉、聚氧乙烯中的任意一種。
8.根據權利要求1所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，其特征在于：所述外加劑的顆粒密度為1900～2100kg/m3。
9.根據權利要求1所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，其特征在于：所述鐵礦石粉細度為200目以上。
10.根據權利要求1所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，其特征在于：包括a組分微球和b組分微球；所述a組分微球包括以下重量份數的物質：鈣源17.74～51.9份，微生物8～9份，增粘劑0.5～1份；所述b組分微球包括以下重量份數的物質：鋁源28.1～49.51份，增粘劑0.5～1份；所述a組分微球、b組分微球的表面均包裹硫鋁酸鹽水泥-鐵礦石粉混合膠凝層。
2.根據權利要求1所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，其特征在于：所述b組分微球還包括4～5份硅源。
3.根據權利要求2所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，其特征在于：所述硅源為硅酸鈉，所述鈣源為乳酸鈣，所述鋁源為偏鋁酸鈉。
4.根據權利要求1所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂縫自修復的外加劑，其特征在于：所述鈣源、鋁源、硅源中的鈣、鋁、硅的原子摩爾比為1:0～1:2。
5.根據權利要求1所述的一種用于腐蝕性環境服役混凝土裂...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張旋，龐本強，詹其偉，宋晨鵬，趙海濤，劉勇，芮雅峰，楊果，左少杰，
申請(專利權)人：江蘇科技大學，
類型：發明
國別省市：
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