一种微生物自修复混凝土裂缝修复情况观测方法
阅读：94发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种微生物自修复混凝土裂缝修复情况观测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种 微 生物 自修复 混凝土 裂缝修复情况观测方法，包括如下步骤：制备含有裂缝的微生物自修复混凝土试件；向试件的裂缝处滴加五 水 硫酸 铜 溶液，然后将试件在室温下静置两天以上， 真空 干燥；将干燥后的微生物自修复混凝土试件自裂缝处劈裂，裂缝劈裂处蓝绿色物质 位置 即为微生物经过矿化沉积作用产生 碳 酸 钙 的位置。该方法能够显著提升微生物沉积碳酸钙和混凝土基体的色彩区分度，清晰准确的显示微生物自修复混凝土裂缝区微生物矿化沉积产生碳酸钙的分布，从而可通过肉眼直接观测到微生物自修复混凝土裂缝中碳酸钙沉积位置，清晰显示微生物矿化沉积修复裂缝的效果。，下面是一种微生物自修复混凝土裂缝修复情况观测方法专利的具体信息内容。
1.一种微生物自修复混凝土裂缝修复情况观测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备含有裂缝的微生物自修复混凝土试件；
(2)向所述试件的裂缝处滴加五水硫酸铜溶液，然后将试件在室温下静置两天以上；
(3)将静置后的微生物自修复混凝土试件真空干燥；
(4)将干燥后的微生物自修复混凝土试件自裂缝处劈裂，裂缝劈裂处蓝绿色物质位置即为微生物经过矿化沉积作用产生碳酸钙的位置。
2.根据权利要求1所述的微生物自修复混凝土裂缝修复情况观测方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含有裂缝的微生物自修复混凝土试件的制备过程如下：
①成型微生物自修复混凝土试件，标准养护；
②在微生物自修复混凝土试件中利用力学方式制造裂缝，再次标准养护，即得。
3.根据权利要求2所述的微生物自修复混凝土裂缝修复情况观测方法，其特征在于，所述利用力学方式制造裂缝为采用力学试验机对微生物自修复混凝土试件加压，加载过程中，以0.02～0.05MPa/s的速度连续而均匀地加荷，直至试件中出现细微裂缝时，停止加载。
4.根据权利要求1所述的微生物自修复混凝土裂缝修复情况观测方法，其特征在于，步骤(2)中，所述五水硫酸铜溶液的滴加量与微生物自修复混凝土的摩尔体积比为3×10-4～
3.6×10-4mol/dm3。
5.根据权利要求1所述的微生物自修复混凝土裂缝修复情况观测方法，其特征在于，步骤(2)中，所述五水硫酸铜溶液采用多次滴加的方式加入试件裂缝区，滴加时，控制滴加次数和每次滴加量、使试件裂缝区保持润湿状态超过8h；最后一次滴加后在室温下静置两天以上。
6.根据权利要求1所述的微生物自修复混凝土裂缝修复情况观测方法，其特征在于，步骤(2)中，所述五水硫酸铜溶液的浓度为0.010～0.012mol/L。
一种微生物自修复混凝土裂缝修复情况观测方法
技术领域
背景技术
[0002] 现代社会中，混凝土已经成为土木工程领域最为重要的建筑材料，应用于建筑、交通、桥梁、水利、地下工程等多个领域。随着我国经济的快速发展，国家基础设施建设的规模逐渐扩大，混凝土的用量连年攀升。由于混凝土自身具有脆性大，抗拉强度低等特点，同时在混凝土应用中出现承重过载、内部膨胀等多重原因导致混凝土构件产生裂缝，使得混凝土完整性降低，整体结构的承载力和耐久性降低。混凝土裂缝过大会导致混凝土结构无法承担相应的载荷，产生建筑损坏和提前失效，甚至产生人员伤亡情况。
[0003] 相比于耗时耗力耗资的人工检查和修复，混凝土自修复技术的发展逐渐成为新型建筑材料领域中的热点。混凝土自修复包含三大类主要方法，分别是化学、物理和微生物自修复。微生物自修复混凝土主要指的是在混凝土中以不同方式加入可以发生诱导矿化沉积碳酸钙的矿化微生物，能够从裂缝内部进行修复，达到维护混凝土基础功能的目标。相比化学和物理自修复，微生物自修复具有适应性强、相容性好、不会给环境生态造成负担等优势，应用广泛。
[0004] 现阶段，能够表征显示混凝土裂缝的方式主要有显微观测法、工业CT法和二值点法。显微观测法主要是通过超声法获取裂缝基础的二维信息，在表征混凝土裂缝形态时可以使用裂缝综合检测仪，依靠超声法获取裂缝信息；工业CT法主要是通过X射线计算机断层扫描仪进行混凝土试块扫描，区分裂缝区和基体区不同的分子量情况获取裂缝情况，存在试块尺寸大小限制；二值点法主要是通过高清拍摄混凝土表面情况，结合图像处理软件将图像二值化，根据图像灰度值的不同表征裂缝，无法较为直观观测。
[0005] 而微生物自修复混凝土裂缝实际的修复情况难以直接通过现有的裂缝表征方法显示，需要开发微生物混凝土裂缝区域新的标记表示方法。
发明内容
[0006] 发明目的：针对现有混凝土裂缝观测方法无法显示微生物自修复混凝土裂缝实际修复情况的问题，本发明提供一种微生物自修复混凝土裂缝修复情况观测方法。
[0007] 技术方案：本发明所述的一种微生物自修复混凝土裂缝修复情况观测方法，包括如下步骤：
[0008] (1)制备含有裂缝的微生物自修复混凝土试件；
[0010] (3)将静置后的微生物自修复混凝土试件真空干燥；
[0011] (4)将干燥后的微生物自修复混凝土试件自裂缝处劈裂，裂缝劈裂处蓝绿色物质位置即为微生物经过矿化沉积作用产生碳酸钙的位置。
[0012] 上述步骤(1)中，含有裂缝的微生物自修复混凝土试件的制备过程为：先成型微生物自修复混凝土试件，标准养护；然后在微生物自修复混凝土试件中利用力学方式制造裂缝，再次标准养护，即得。其中，利用力学方式制造裂缝可为采用力学试验机对微生物自修复混凝土试件加压，加载过程中，以0.02～0.05MPa/s的速度连续而均匀地加荷，直至试件中出现细微裂缝时，停止加载。
[0013] 优选的，步骤(2)中，五水硫酸铜溶液的用量与微生物自修复混凝土的摩尔体积比为3×10-4～3.6×10-4mol/dm3；少于此滴加量无法有效进行标记，蓝绿色碱式碳酸铜沉淀量较少，裂缝中碳酸钙的位置仍然泛白，呈现白色；高于此滴加量也无法有效进行裂缝标记，过量的铜离子会与裂缝中未水化的氢氧化钙反应，生成蓝色的絮状沉淀氢氧化铜，附着在蓝绿色碱式碳酸铜沉淀周围，影响蓝绿色碱式碳酸铜的标记效果，无法让碳酸钙部分与混凝土基体明显区分。
[0014] 进一步的，五水硫酸铜溶液采用多次滴加的方式加入试件裂缝区，滴加时，控制滴加次数和每次滴加量、使试件裂缝区保持润湿状态超过8h；最后一次滴加后在室温下静置两天以上。滴加次数和每次滴加量无明确要求，保证加入试件裂缝处的五水硫酸铜与试件的摩尔体积比处于3×10-4～3.6×10-4mol/dm3的范围即可。混凝土试块自身对液体存在一定吸收能力，多次滴加可保持在反应过程中混凝土裂缝中存在溶液，保持润湿状态超过8h，能够促进碳酸钙在溶液中达到溶解平衡，同时便于铜离子结合混凝土裂缝中氢氧根、碳酸根实现沉淀。
[0015] 优选的，五水硫酸铜溶液的浓度为0.010～0.012mol/L。
[0016] 发明原理：本发明通过铜离子、自修复混凝土裂缝中存在的碱性环境以及溶出的碳酸根离子，能够在自修复混凝土裂缝中产生的碳酸钙表面附着一层蓝绿色的碱式硫酸铜，明显区分混凝土试块基体和自修复产生碳酸钙部分之间相近的颜色，从而可以清晰的表征自修复混凝土试块裂缝自修复产物的位置。
[0017] 有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：(1)本发明的微生物自修复混凝土裂缝修复情况观测方法能够显著提升微生物沉积碳酸钙和混凝土基体的色彩区分度，清晰准确的显示微生物自修复混凝土裂缝区微生物矿化沉积产生碳酸钙的分布，从而可通过肉眼直接观测到微生物自修复混凝土裂缝中碳酸钙沉积位置，清晰显示微生物矿化沉积修复裂缝的效果；(2)修复过程中生成的蓝绿色碱式碳酸铜沉淀附着在微生物自修复混凝土裂缝区域中经过矿化沉积产生的碳酸钙上，可起到填充裂缝的效果。
具体实施方式
[0018] 下面对本发明的技术方案作进一步说明。
[0019] 本发明的一种微生物自修复混凝土裂缝修复情况观测方法，通过铜离子、自修复混凝土裂缝中存在的碱性环境以及溶出的碳酸根离子，能够在自修复混凝土裂缝中产生的碳酸钙表面附着一层蓝绿色的碱式硫酸铜，明显区分混凝土试块基体和自修复产生碳酸钙部分之间相近的颜色，从而可以清晰的表征自修复混凝土试块裂缝自修复产物的位置，实现裂缝修复情况的观测。
[0020] 具体而言，本发明的方法包括如下步骤：
[0021] (1)制备含有裂缝的微生物自修复混凝土试件；
[0022] ①先成型微生物自修复混凝土试件，标准养护；
[0023] ②在微生物自修复混凝土试件中利用力学方式制造裂缝，再次标准养护，即得。
[0024] 可采用万能试验机等力学试验机对微生物自修复混凝土试件加压，加载过程中，以0.02～0.05MPa/s的速度连续而均匀地加荷，直至试件中出现细微裂缝时，停止加载。
[0025] (2)向试件的裂缝处滴加五水硫酸铜溶液，然后将试件在室温下静置两天以上；
[0026] 五水硫酸铜溶液的用量与微生物自修复混凝土的摩尔体积比为3×10-4～3.6×10-4mol/dm3；五水硫酸铜溶液的浓度一般为0.010～0.012mol/L。其可采用定期多次滴加的方式加入试件裂缝区，滴加时，控制滴加次数和每次滴加量、使试件裂缝区保持润湿状态超过8h；最后一次滴加后在室温下静置两天以上。
[0027] (3)将静置后的微生物自修复混凝土试件真空干燥；
[0028] (4)将干燥后的微生物自修复混凝土试件自裂缝处劈裂，裂缝劈裂处蓝绿色物质位置即为微生物经过矿化沉积作用产生碳酸钙的位置。
[0029] 实施例1
[0030] 试样：混凝土试件尺寸100mm×100mm×100mm，水灰比0.50，砂率为36％，以菌粉的方式加入碳酸酐酶取代砂子，取代率为5％，标准条件养护28d。
[0031] 设备与测试条件：将标准养护条件下养护28d的微生物自修复混凝土试块取出，用万能试验机以0.02MPa/s的速度连续而均匀地加荷，当上压板与试件接近时，调整球座使接触均衡，当微生物自修复混凝土出现细微裂缝时，停止加载。将已经制备好细微裂缝的微生物自修复混凝土试块放入标准养护室，养护28d。将试块从标准养护室中取出，在混凝土裂缝区域滴加浓度为2.5g/100ml(0.01mol/L)五水硫酸铜溶液，每次加入5ml五水硫酸铜溶液，滴加间隔为1h，共滴加6次。完成滴加溶液之后，将微生物自修复混凝土试块静置于室温条件2d，放置于真空烘干箱中60℃烘干3h。
[0032] 将微生物自修复混凝土试块通过万能试验机均匀加压的方式完全劈拉开裂，用肉眼即可明显发现试块中微生物矿化沉积的碳酸钙变成蓝绿色，用清水冲洗后，微生物自修复混凝土矿化沉积碳酸钙和混凝土基体明显区分。
[0033] 实施例2
[0034] 试样混凝土试件尺寸100mm×100mm×100mm，水灰比0.50，砂率为36％，以菌粉的方式加入碳酸酐酶取代砂子，取代率为5％，标准条件养护28d。
[0035] 设备与测试条件：将标准养护条件下养护28d的微生物自修复混凝土试块取出，用万能试验机以0.02MPa/s的速度连续而均匀地加荷，当上压板与试件接近时，调整球座使接触均衡，当微生物自修复混凝土出现细微裂缝时，停止加载。将已经制备好细微裂缝的微生物自修复混凝土试块放入标准养护室，养护28d。将试块从标准养护室中取出，在混凝土裂缝区域滴加浓度为3g/100ml(0.012mol/L)五水硫酸铜溶液，每次加入5ml五水硫酸铜溶液，滴加间隔为1h，共滴加6次。完成滴加溶液之后，将微生物自修复混凝土试块静置于室温条件2d，放置于真空烘干箱中60℃烘干3h。
[0036] 将微生物自修复混凝土试块通过万能试验机均匀加压的方式完全劈拉开裂，用肉眼即可明显发现试块中微生物矿化沉积的碳酸钙变成蓝绿色，用清水冲洗后，微生物自修复混凝土矿化沉积碳酸钙和混凝土基体明显区分。
[0037] 对比例1
[0038] 试样混凝土试件尺寸100mm×100mm×100mm，水灰比0.50，砂率为36％，以菌粉的方式加入碳酸酐酶取代砂子，取代率为5％，标准条件养护28d。
[0039] 设备与测试条件：将标准养护条件下养护28d的微生物自修复混凝土试块取出，用万能试验机以0.02MPa/s的速度连续而均匀地加荷，当上压板与试件接近时，调整球座使接触均衡，当微生物自修复混凝土出现细微裂缝时，停止加载。将已经制备好细微裂缝的微生物自修复混凝土试块放入标准养护室，养护28d。将试块从标准养护室中取出，在混凝土裂缝区域滴加浓度为2.5g/100ml(0.01mol/L)五水硫酸铜溶液，每次加入5ml五水硫酸铜溶液，滴加间隔为1h，共滴加3次。完成滴加溶液之后，将微生物自修复混凝土试块静置于室温条件2d，放置于真空烘干箱中60℃烘干3h。
[0040] 将微生物自修复混凝土试块通过万能试验机均匀加压的方式完全劈拉开裂，用肉眼即可发现试块中微生物矿化沉积的碳酸钙区域并未附着蓝绿色碱式碳酸铜，仍呈现白色，用清水冲洗后，微生物自修复混凝土矿化沉积碳酸钙和混凝土基体无法实现明显区分。
[0041] 对比例2
[0042] 试样混凝土试件尺寸100mm×100mm×100mm，水灰比0.50，砂率为36％，以菌粉的方式加入碳酸酐酶取代砂子，取代率为5％，标准条件养护28d。
[0043] 设备与测试条件：将标准养护条件下养护28d的微生物自修复混凝土试块取出，用万能试验机以0.02MPa/s的速度连续而均匀地加荷，当上压板与试件接近时，调整球座使接触均衡，当微生物自修复混凝土出现细微裂缝时，停止加载。将已经制备好细微裂缝的微生物自修复混凝土试块放入标准养护室，养护28d。将试块从标准养护室中取出，在混凝土裂缝区域滴加浓度为2.5g/100ml(0.010mol/L)五水硫酸铜溶液，每次加入5ml五水硫酸铜溶液，滴加间隔为1h，共滴加8次。完成滴加溶液之后，将微生物自修复混凝土试块静置于室温条件2d，放置于真空烘干箱中60℃烘干3h。
[0044] 将微生物自修复混凝土试块通过万能试验机均匀加压的方式完全劈拉开裂，用肉眼即可发现微生物自修复混凝土试块裂缝区域变蓝，用清水冲洗后，微生物自修复混凝土矿化沉积碳酸钙和混凝土基体无法实现明显区分。
[0045] 对比例3
[0046] 试样混凝土试件尺寸100mm×100mm×100mm，水灰比0.50，砂率为36％，以菌粉的方式加入碳酸酐酶取代砂子，取代率为5％，标准条件养护28d。
[0047] 设备与测试条件：将标准养护条件下养护28d的微生物自修复混凝土试块取出，用万能试验机以0.02MPa/s的速度连续而均匀地加荷，当上压板与试件接近时，调整球座使接触均衡，当微生物自修复混凝土出现细微裂缝时，停止加载。将已经制备好细微裂缝的微生物自修复混凝土试块放入标准养护室，养护28d。将试块从标准养护室中取出，在混凝土裂缝区域滴加浓度为5g/100ml(0.020mol/L)五水硫酸铜溶液，每次加入5ml五水硫酸铜溶液，滴加间隔为1h，共滴加6次。完成滴加溶液之后，将微生物自修复混凝土试块静置于室温条件2d，放置于真空烘干箱中60℃烘干3h。
[0048] 将微生物自修复混凝土试块通过万能试验机均匀加压的方式完全劈拉开裂，用肉眼即可发现微生物自修复混凝土试块裂缝区域变蓝，用清水冲洗后，微生物自修复混凝土矿化沉积碳酸钙和混凝土基体无法实现明显区分。
[0049] 对比例4
[0050] 试样混凝土试件尺寸100mm×100mm×100mm，水灰比0.50，砂率为36％，以菌粉的方式加入碳酸酐酶取代砂子，取代率为5％，标准条件养护28d。
[0051] 设备与测试条件：将标准养护条件下养护28d的微生物自修复混凝土试块取出，用万能试验机以0.02MPa/s的速度连续而均匀地加荷，当上压板与试件接近时，调整球座使接触均衡，当微生物自修复混凝土出现细微裂缝时，停止加载。将已经制备好细微裂缝的微生物自修复混凝土试块放入标准养护室，养护28d。将试块从标准养护室中取出，在混凝土裂缝区域滴加浓度为1.25g/100ml(0.005mol/L)五水硫酸铜溶液，每次加入5ml五水硫酸铜溶液，滴加间隔为1h，共滴加6次。完成滴加溶液之后，将微生物自修复混凝土试块静置于室温条件2d，放置于真空烘干箱中60℃烘干3h。
[0052] 将微生物自修复混凝土试块通过万能试验机均匀加压的方式完全劈拉开裂，用肉眼即可发现试块中微生物矿化沉积的碳酸钙区域并未附着蓝绿色碱式碳酸铜，仍呈现白色，用清水冲洗后，微生物自修复混凝土矿化沉积碳酸钙和混凝土基体无法实现明显区分。
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