本發(fā)明涉及混凝土修復技術領域，特別涉及一種包含微生物膠囊能夠持續(xù)自修復的地鐵工程混凝土。
背景技術：
現(xiàn)役混凝土結構開裂問題的處理，是整個土木工程領域普遍的技術難題。世界各國都有允許裂縫寬度的限值，例如美國和新西蘭的技術標準允許裂縫寬度為0.4mm(干燥環(huán)境下)，我國為0.2～0.3mm。裂縫的出現(xiàn)影響了結構的安全性和適用性。地下工程若出現(xiàn)裂縫，將會產(chǎn)生滲水，嚴重影響地下工程的使用；而辦公樓、住宅的梁、柱、墻等出現(xiàn)裂縫后，不僅影響建筑外觀和壽命，還會威脅到人們的生命和財產(chǎn)安全。因此，需要采取適合的工程技術手段，對帶裂縫混凝土進行修復處理。目前，常用的方法有表面封閉法、堵漏法和結構補強加固法等，但表面封閉法無法深入裂縫內部，不適合有明顯水壓的裂縫；堵漏法常用的灌漿、嵌縫材料為環(huán)氧樹脂、聚氨酯等有機材料，與水泥基材料的熱膨脹系數(shù)不同，相容性較差，另外，有機化學材料大多易揮發(fā)，釋放出的氣體對人體和環(huán)境有害；結構補強加固法操作復雜，成本較高。
微生物誘導的碳酸鈣沉積(MICP)技術作為一種嶄新的技術備用應用于混凝土修補中。微生物誘導黏合是指利用微生物誘導生成的碳酸鈣的膠凝性能，改善水泥基類材料的強度和耐久性能。主要有三種方案:1)裂縫修復，即將菌液、培養(yǎng)基、填充骨料(砂子、聚氨酯、硅凝膠等)填充裂縫，通過MICP作用，使填充材料與生成的碳酸鈣結晶將裂縫填充，部分恢復混凝土的強度并提高耐久性，此方案的缺陷是依然需要后期人工修補，耗時耗力；2)微生物混凝土，即拌制混凝土時加入菌液，以期在混凝土內部孔隙中產(chǎn)生MICP，在抗壓強度不降低的情況下提高抗拉強度和耐久性，此方案的缺陷是混凝土的堿性會影響菌種的活性，使其長期處于休眠狀態(tài)，孢子的生存和發(fā)育能力會隨著混凝土齡期變長空隙變小而逐漸降低，生存時間少于四個月，死后微生物會分解，對混凝土強度有影響；3)自修復或自愈合混凝土，先將細菌和培養(yǎng)基制成干燥的微生物膠囊，在混凝土拌和時摻入，細菌開始處于休眠狀態(tài)，一旦混凝土開裂，氧氣和水分進入，細菌即可恢復新陳代謝功能，呼吸產(chǎn)生二氧化碳，在濕潤環(huán)境中二氧化碳與水泥基材料中的鈣離子反應生成碳酸鈣，以此填補裂縫，此方法的缺陷是，由于膠囊是一次性使用，為保證有裂紋時，膠囊隨之開裂，因此膠囊壁薄，在開始拌入混凝土的時候即會出現(xiàn)大量微生物膠囊破裂，起不到修復作用；另外，即使微生物膠囊沒有破裂，微生物膠囊在拌入混凝土的時候已經(jīng)遇水激活，并且拌混凝土時大量的水會使微生物持續(xù)作用直到耗盡微生物膠囊內的培養(yǎng)基，喪失后續(xù)的修復作用，如申請?zhí)枮椤?01210580233份.4”的專利公開了“一種內置好氧型微生物的復合膠囊地下結構混凝土自修復系統(tǒng)，包括混凝土基體，所述混凝土基體內設有微生物復合膠囊，所述微生物復合膠囊內包覆有好氧型微生物及適合所述好氧型微生物生長的培養(yǎng)基?！笨梢圆挥猛饧优囵B(yǎng)基，混凝土即可以實現(xiàn)智能修復。其機理是裂紋穿透復合膠囊，釋放出微生物發(fā)生代謝作用生成二氧化碳與鈣離子反應成碳酸鈣以修復裂縫，此方法有以下缺陷：第一、復合膠囊中的培養(yǎng)基以及微生物釋放出之后會對混凝土的強度產(chǎn)生影響；第二、膠囊只能使用一次，不能對混凝土同一位置的裂紋進行持續(xù)修復；第三，膠囊外表面為圓滑結構，與混凝土的粘結性較差，且水流入之后易被沖走，而無法發(fā)揮修復作用。鑒于此，一種在開始攪拌時不激發(fā)微生物活性、可持續(xù)修復混凝土膠囊的研究迫切需要解決。
技術實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明提供一種能夠保持活性，與混凝土的粘結性優(yōu)越且可以多次持續(xù)修復混凝土裂紋的包含微生物膠囊能夠持續(xù)自修復的地鐵工程混凝土，主要針對容易滲水且人為修復困難的地下工程。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術方案：
一種包含微生物膠囊能夠持續(xù)自修復的地鐵工程混凝土，所述混凝土為C30混凝土，包含以下重量份的原料：水泥266份，粉煤灰114份，砂718份，細碎石592份，小碎石484份，水157份，HLC抗裂防滲劑33份，微生物膠囊15-20份。
本發(fā)明還具有以下附加技術特征：
優(yōu)選的，所述微生物膠囊在與混凝土攪拌之前經(jīng)90-100％wt的酒精中二次浸泡20-50min。
優(yōu)選的，所述微生物膠囊包括芯層，保護層，外層；所述芯層為吸附有好氧嗜堿芽孢桿菌及對應培養(yǎng)基干粉的大孔吸附樹脂，直徑為0.1-1mm，所述保護層材料為水泥，厚度為0.1-1mm，所述外層材料為水泥與氯化鈣混合層，厚度為0.1-1mm。
優(yōu)選的，所述微生物膠囊的制備方法包括以下步驟：
步驟一、培養(yǎng)好氧嗜堿芽孢桿菌，離心后得到菌泥；
步驟二、配置無水的好氧嗜堿芽孢桿菌培養(yǎng)基；
步驟三、將培養(yǎng)基與菌泥加入水中攪拌均勻得到混合液，所述水的質量為培養(yǎng)基和菌泥總質量的1-3倍，所述培養(yǎng)基的量為至少使菌泥正常代謝72小時；
步驟四、向步驟三得到的混合液中加入大孔吸附樹脂后，以250r/min的速度進行攪拌20-30min，過濾收集大孔吸附樹脂，于20-30℃烘至含水量低于5％，所述混合液的質量為所述大孔吸附樹脂的10-20倍；
步驟五、將烘干后的大孔吸附樹脂置于90-100％wt的酒精中一次浸泡20-50min后，在其表面均勻噴灑水泥液，于20-30℃烘干，再次噴涂水泥與氯化鈣混合液，于20-30℃烘干，即得到微生物膠囊，所述水泥液的質量分數(shù)為20-30％，所述水泥與氯化鈣混合液的質量分數(shù)為20-30％。
優(yōu)選的，所述水泥與氯化鈣混合層中水泥與氯化鈣的質量比為2-3：1。
優(yōu)選的，所述好氧嗜堿芽孢桿菌為賴氨酸芽孢桿菌或蠟狀芽孢桿菌。
優(yōu)選的，所述大孔吸附樹脂型號為漂萊特A510。
優(yōu)選的，所述細碎石粒徑為3mm，小碎石粒徑為5-16mm。
本發(fā)明和現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點在于：
本發(fā)明的混凝土主要針對地下工程滲水問題，在無滲水情況下，微生物膠囊為干態(tài)，培養(yǎng)基為干粉狀，菌種處于休眠狀態(tài)，當發(fā)生滲水后，微生物膠囊不會開裂，保護層及外層具有滲水，透氣作用，水分和氧氣滲入微生物膠囊中，激活菌種進行代謝生成二氧化碳，二氧化碳與混凝土中的鈣離子反應生成碳酸鈣沉淀填補裂縫，外層氯化鈣的加入可以加速及增加碳酸鈣的生成及沉淀，裂縫一旦添補，微生物膠囊中的菌種再次被隔絕氧氣及水進入休眠狀態(tài)，由此，微生物膠囊可以多次持續(xù)的進行混凝土修復；
另外，微生物膠囊將菌種與混凝土層隔開，可使菌種免受高堿性影響，提高菌種穩(wěn)定性，也防止了菌種死后分解對混凝土產(chǎn)生影響；
再次，微生物膠囊的芯層為大孔吸附樹脂，具有大孔網(wǎng)狀結構和比較大的比表面積，對菌種及培養(yǎng)基的吸附量大，可以保證菌種發(fā)揮修復作用的次數(shù)，并且，大孔樹脂具有較好的抗壓強度，不會影響混凝土的穩(wěn)定性，微生物膠囊的外層為水泥成分與混凝土結合穩(wěn)定，粘結性強，不會脫落，或被水沖下，以保證當混凝土開裂時，可以及時發(fā)揮作用；
最后，在與混凝土混合前對微生物膠囊進行酒精浸泡，使其處于休眠狀態(tài)，防止被水激活，影響后續(xù)修復作用的發(fā)揮，這一技術特點在現(xiàn)有技術中并未出現(xiàn)，具有開拓性意義。
具體實施方式
以下公開本發(fā)明的一些實施例，本領域技術人員可以根據(jù)本文內容，適當改進工藝參數(shù)實現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明。本發(fā)明的方法及應用已經(jīng)通過較佳實施例進行了描述，相關人員明顯能在不脫離本發(fā)明內容、精神和范圍內對本文所述的方法和應用進行改動或適當變更與組合，來實現(xiàn)和應用本發(fā)明技術。
實施例1
制備微生物膠囊：
步驟一、培養(yǎng)賴氨酸芽孢桿菌，離心后得到菌泥，菌泥濃度為6×109個/ml；
步驟二、配置無水的賴氨酸芽孢桿菌，胰蛋白胨510g，大豆蛋白胨90g，葡萄糖75，NaCl150g；磷酸氫二鉀25g；
步驟三、將步驟二配置的所有培養(yǎng)基與0.1ml菌泥加入1200ml水中攪拌均勻得到混合液；
步驟四、向步驟三得到的混合液中加入100g大孔吸附樹脂后，以250r/min的速度進行攪拌30min，過濾收集大孔吸附樹脂，于20℃烘至含水量低于5％；
步驟五、將烘干后的大孔吸附樹脂置于90％wt的酒精中進行第一次浸泡30min后，在其表面均勻噴灑質量分數(shù)為20％水泥液，使其厚度為0.3mm，于30℃烘干，再次噴涂水泥與氯化鈣按照質量比2.5：1配置的混合液，混合液的質量分數(shù)為20％，使其厚度為0.8mm，于30℃烘干，即得到微生物膠囊。
制備混凝土：水泥266份，粉煤灰114份，砂718份，細碎石592份，小碎石484份，水157份，HLC抗裂防滲劑33份，微生物膠囊(置于90％wt的酒精中第二次浸泡20min)15份，將微生物膠囊倒入水中充分分散均勻，然后采用常規(guī)混凝土配置方法制備。
對比例1與實施例1相比，無微生物膠囊，其它組份均相同。
實施例2
制備微生物膠囊：
步驟一、培養(yǎng)賴氨酸芽孢桿菌或蠟狀芽孢桿菌，離心后得到菌泥，菌泥濃度為6×109個/ml；
步驟二、配置無水的好氧嗜堿芽孢桿菌培養(yǎng)基，胰蛋白胨510g，大豆蛋白胨90g，葡萄糖75，NaCl150g；磷酸氫二鉀25g；
步驟三、將步驟二配置的所有培養(yǎng)基與0.1ml菌泥加入1500ml水中攪拌均勻得到混合液；
步驟四、向步驟三得到的混合液中加入100g大孔吸附樹脂后，以250r/min的速度進行攪拌20min，過濾收集大孔吸附樹脂，于30℃烘至含水量低于5％；
步驟五、將烘干后的大孔吸附樹脂置于100％wt的酒精中一次浸泡50min后，在其表面均勻噴灑質量分數(shù)為25％水泥液，使其厚度為0.8mm，于25℃烘干，再次噴涂水泥與氯化鈣按照質量比3：1配置的混合液，使其厚度為0.7mm，混合液的質量分數(shù)為30％，于25℃烘干，即得到微生物膠囊。
制備混凝土：水泥266份，粉煤灰114份，砂718份，細碎石592份，小碎石484份，水157份，HLC抗裂防滲劑33份，微生物膠囊(置于90％wt的酒精中第二次浸泡30min)18份，將微生物膠囊倒入水中充分分散均勻，然后采用常規(guī)混凝土配置方法制備。
實施例3
制備微生物膠囊：
步驟一、培養(yǎng)蠟狀芽孢桿菌，離心后得到菌泥，菌泥濃度為4×109個/ml；
步驟二、配置無水M.S.P培養(yǎng)基，NaNO39g，K2HPO43g，KCI1.5g，MgSO41.5g，F(xiàn)eSO4，0.03g，蔗糖90g；
步驟三、將步驟二配置的所有培養(yǎng)基與0.1ml菌泥加入180ml水中攪拌均勻得到混合液；
步驟四、向步驟三得到的混合液中加入15g大孔吸附樹脂后，以250r/min的速度進行攪拌30min，過濾收集大孔吸附樹脂，于30℃烘至含水量低于5％；
步驟五、將烘干后的大孔吸附樹脂置于100％wt的酒精中一次浸泡40min后，在其表面均勻噴灑質量分數(shù)為25％水泥液，使其厚度為0.5mm，于30℃烘干箱中烘干，再次噴涂水泥與氯化鈣質量比為2：1的混合液，混合液的質量分數(shù)為25％，使其厚度為0.5mm，于30℃烘干，即得到微生物膠囊。
制備混凝土：水泥266份，粉煤灰114份，砂718份，細碎石592份，小碎石484份，水157份，HLC抗裂防滲劑33份，微生物膠囊(置于90％wt的酒精中第二次浸泡40min)20份，將微生物膠囊倒入水中充分分散均勻，然后采用常規(guī)混凝土配置方法制備。
實施例4效果檢測
制備試塊：將實施例1-3以及對比例的混凝土分別制成4×10cm的長方形試塊，并進行以下項目的檢測；
微生物膠囊損壞率檢測：在剛壓入試塊之后，取部分試塊，查看微生物膠囊損壞率；
抗壓強度檢測：試塊自然養(yǎng)護一個月之后，測每組的抗壓強度；
混凝土修復情況觀察：對試塊進行壓力破壞，使之產(chǎn)生裂紋，置于濕度為95％，溫度為15℃環(huán)境中24小時，之后切割分解，SEM查看其修復情況；
混凝土修復次數(shù)觀察：對試塊進行多次壓力破壞，使之產(chǎn)生裂紋，置于濕度為95％，溫度為15℃環(huán)境中24小時，之后切割分解，SEM查看其修復情況，直至裂紋修復體積低于50％；
微生物膠囊修復次數(shù)檢測：將微生物膠囊置于濕度為95％，溫度為15℃環(huán)境中24小時，
取出30℃烘干，觀察是否表面有晶體產(chǎn)生，重復多次，直至無晶體產(chǎn)生。
檢測結果見表1：
表1微生物膠囊作用檢測
以上檢測的實驗條件，溫度及濕度均為模仿地下環(huán)境，以期真實反映本發(fā)明的微生物膠囊的修復效果，由表1可見，本發(fā)明的微生物膠囊加入并不影響混凝凝土本身的抗壓強度，且混凝土50％修復率達4次，在實際應用中，本發(fā)明的混凝土可以在較長時間內代替人工解決地下工程滲水問題，且其修復力較佳，可達99％，因此，本發(fā)明的混凝土具有較大經(jīng)濟效益及市場潛力。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。