技术领域
[0001] 本
发明属于绿色
建筑材料领域，特别是一种再生细骨料为载体的自修复承重砌块及其制备方法。
背景技术
[0002] 随着经济社会的不断发展和我国城市化
进程的
加速进行，城市规模和新型建筑体系不断涌现，同时，已有的城市建筑群落也在不断地进行更新换代以容纳呈井喷爆发式增长的人口。综上所述都导致了大量的城市建筑垃圾产生，进而对环境造成了严重的危害。美国、日本等西方国家是最开始利用建筑垃圾进行废弃资源化的国家。他们将废弃建筑中的废弃
混凝土进行回收、
破碎、分拣，得到再生细骨料来加以利用制作中低强度C20-C50混凝土。而我国制定了《混凝土和
砂浆用建筑垃圾再生细骨料》(GB/T25176-2001)的国家标准，并且还制定了建筑工程行业标准《建筑垃圾再生骨料应用技术规程》来保证所应用的再生细骨料的
质量，使得再生细骨料在建筑中的应用得到进一步推广。再生细骨料是天然骨料与
水泥基水化
凝结后形成的产物，被定义为对于混凝土用建筑垃圾中的混凝土、砂浆、石、砖瓦等加工而成，用于配制再生
混凝土砌块的粒径范围为0mm至5mm。其中，再生细骨料在经历垃圾分级分拣后处于被老旧砂浆包裹呈现出疏松多孔的状态。因此再生细骨料的附着砂浆的固有多孔性质使其有作为
微生物自修复混凝土载体的可行性，同时其较好的修复效能能更好地解决混凝土制品开裂的问题。
[0003] 自然界中好
氧型芽孢杆菌微生物能通过某些
钙矿化反应机制在细菌的芽孢处沉淀
碳酸钙，从而填塞或黏结
接触水和氧气的有孔介质缝隙。这些沉淀过程完全由菌体控制沉积过程。当有适合的环境时，如混凝土开裂使得外界的氧气和水渗入，处于休眠状态的细菌就会进行钙矿化作用，而在不满足反应条件时进行休眠。这种微生物生成的碳酸盐物质颗粒尺寸小，
比表面积大，且含有有机黏性分泌物，从而能更好地与混凝土裂缝粘结和团聚。由于混凝土的主要成分本质上就是钙盐，因此利用芽孢杆菌微生物这种碳酸钙诱导沉积的能
力对混凝土裂缝进行自修复具备可行性，并且芽孢杆菌在
碱性环境有着更高效的修复效能使再生细骨料有着特定的载体优势。
[0004] 芽孢杆菌微生物主要通过有氧环境下芽孢处形成碳酸钙沉淀实现修复。伴随着碳酸盐平衡的转变(CO2到HCO3-和CO32-)，混凝土介质中的钙离子与碳酸根离子发生反应，从而向微生物芽孢处聚集形成不溶性的碳酸钙CaCO3
沉积物，使裂缝愈合而达到修复的目的。其矿化过程是有氧呼吸代谢底物产生CO2，与溶液中的OH-反应生成HCO3-，然后在碱性条件下2+
与
水泥浆中的Ca 继续反应生成CaCO3晶体，以达到修补混凝土裂缝的目的。
[0005] 当前，由于各种各样内外因素都可以使得墙体产生开裂，然而这种开裂后的修复方式大多为被动式、目的式的人为修复，这样的修复方式受技术、材料的局限作用只能将宏观裂缝修复，同时裂缝极易二次开裂并仍需人为修复，如此反复循环必定会造成不小的经济损失。另一方面，如何确保开裂后能够得到有效的修复，具体如耐久性、抗渗性能是否得到有效的修复，是一个十分关键的问题。以往的修复技术以灌浆法、密封法等人为的修复方法为主，其主要是以填补0.6mm至50mm的大型裂缝为主，而这样大的裂缝宽度已经超出了我国正常使用极限状态下最大裂缝宽度为0.2mm的规定,因而其耐久性甚至抗渗性能能否得到有效地修复及墙体不至于二次开裂仍是未知数。
[0006] 鉴于此，利用现有自修复混凝土技术来制作再生细骨料自修复承重砌块，可以使得由砌块构成的墙体在由于不同因素的作用下产生的微小裂缝能到得到自修复并满足正常使用极限状态。最大的意义在于使墙体能够做到自动愈合而不经过人为的干涉来循环修复，不但满足了经济性、便利性，同时广泛地利用再生细骨料也满足了环保性。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种再生细骨料自修复承重砌块，自修复效能高、经济环保性好、抗渗性能好、建筑垃圾资源化。
[0008] 本发明的另一目的在于提供一种再生细骨料自修复承重砌块的制备方法，以获得修复效能高、经济环保性好、抗渗性能好、易于操作的再生细骨料自修复承重砌块。
[0009] 实现本发明目的的技术解决方案为：
[0010] 一种再生细骨料为载体的自修复承重砌块，所述的自修复承重砌块的制备原料包括混凝土配料和自修复再生细骨料，按体积百分比计，自修复再生细骨料占自修复承重砌块制备原料的15％～30％；
[0011] 所述的自修复再生细骨料由再生细骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液制成；巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为1.25～1.40，以混凝土配料中的水泥为计算基准，巴氏芽孢杆菌菌液的体积掺量为35％。
[0012] 可选的，按体积百分比计，自修复再生细骨料占自修复承重砌块制备原料的20％。
[0013] 可选的，所述的再生细骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液的过程为：
真空负压0.5MPa条件下浸渍
吸附20～25min。
[0014] 可选的，所述的再生细骨料是混凝土建筑垃圾经破碎后形成的碎石料；
[0015] 所述的再生细骨料的粒径为0～5mm，表观
密度2489kg/m3，压碎指标为21.70％，含水率为1.54％，吸水率为8.91％。
[0016] 可选的，按质量比计，所述的混凝土的配料比为砂：石：水泥：水＝2.97～3.03:7.56～7.64:2.66～2.74:0.95～1.05。
[0017] 可选的，所述的水泥为PO 42.5级，密度为3100kg/m3；所述砂的表观密度为2724.8kg/m3，吸水率为1.02％，细度模数为2.18；所述天然碎石的表观密度为2801.8kg/m3，吸水率为0.47％，压碎指标为5.99。
[0018] 一种再生细骨料为载体的自修复承重砌块的制备方法，所述的自修复承重砌块的制备原料包括混凝土配料和自修复再生细骨料，按体积百分比计，自修复再生细骨料占自修复承重砌块制备原料的15％～30％；
[0019] 巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为1.25～1.40，以混凝土中的水泥为计算基准，巴氏芽孢杆菌菌液的体积掺量为35％；
[0020] 所述的自修复再生细骨料由再生细骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液制成，再生细骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液的过程为：真空负压0.5Mpa条件下浸渍吸附20～25min；
[0021] 将混凝土配料与自修复再生细骨料混合拌和浇筑即得再生细骨料为载体的自修复承重砌块。
[0022] 可选的，按体积百分比计，自修复再生细骨料占自修复承重砌块制备原料的20％。
[0023] 可选的，按质量比计，所述的混凝土的配料比为砂：石：水泥：水＝2.97～3.03:7.56～7.64:2.66～2.74:0.95～1.05；
[0024] 所述的水泥为PO 42.5级，密度为3100kg/m3；所述砂的表观密度为2724.8kg/m3，吸水率为1.02％，细度模数为2.18；所述天然碎石的表观密度为2801.8kg/m3，吸水率为0.47％，压碎指标为5.99。
[0025] 可选的，所述的再生细骨料是混凝土建筑垃圾经破碎后形成的碎石料
[0026] 所述的再生细骨料的粒径为1.35～4.75mm，表观密度2489kg/m3，压碎指标为21.70％，含水率为1.54％，吸水率为8.91％。
[0027] 本发明的特点为：
[0028] 本发明所用微生物对混凝土砌块高碱性环境有极强的适应性，在不利的环境条件下会休眠。当有裂缝开展后，裂缝处的微生物会接触外界渗入的空气和水，并随之开始修复裂缝。本发明所用再生细骨料，疏松多孔，与新拌混凝土相容性好，能够储存营养物质和微生物，为微生物的修复提供了理想的生存环境。本发明充分结合了我国当前建筑垃圾中废弃混凝土占大多数的情况，在
回收利用再生细骨料制作混凝土砌块的
基础上，采用随处可见、价格低廉的再生细骨料作为载体掺入微生物来制备墙体所用的再生细骨料自修复承重砌块，从根本上满足了经济环保性。本发明开创性地解决了在正常使用极限荷载下承重墙体开裂而不能得到有效的修复的问题，具体如耐久性恢复、抗渗强度恢复及表观裂缝填补等问题，同时还减少了多次人工修复的巨额开销。
[0029] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
[0030] 图1为
实施例一中的再生细骨料自修复混凝土砌块裂缝(a)与28d后的修复裂缝对比图(b)；
[0031] 图2为对比例1中的不掺菌的再生细骨料自修复混凝土砌块裂缝(a)与28d后的修复裂缝对比图(b)；
[0032] 图3为对比例2中的砖-再生细骨料混合载体的自修复混凝土砌块裂缝(a)与28d后的修复裂缝对比图(b)；
[0033] 图4为实施例一(图a)、实施例二(图b)和实施例三(图c)的再生细骨料自修复混凝土砌块裂缝示意图；
[0034] 图5为实施例一中再生细骨料自修复混凝土砌块裂缝
电子显微镜修复产物示意图。
具体实施方式
[0035] 天然细骨料为普通河砂，取自一般河床，其基本性能也满足《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》，起填充骨架缝隙的作用。再生细骨料，是天然骨料与水泥基水化凝结后形成的产物，由废弃混凝土经过破碎分拣加工而成。比如，在本发明中再生细骨料为粒径为1.35～4.75mm颗粒，表观密度2489kg/m3，压碎指标为21.70％，含水率为1.54％，吸水率为8.91％；再生细骨料和天然细骨料相比，其表面特征有很大差异：再生细骨料表面包裹着20％～50％左右的旧砂浆和水泥素浆(水泥石)，其黏附的多少和程度取决于骨料破碎的工艺、设备和原生混凝土的强度等级，破碎出来的再生细骨料颗粒表面凸凹不平，疏松多孔，棱
角充斥，吸水率大。同时在破碎过程中，由于
破碎机的作用，使得再生细骨料受到
挤压、冲撞、
研磨等外力作用的影响，其内部存在大量的微裂纹，造成其表观密度下降，从而降低了耐久性和抗渗性能。与天然细骨料相比，再生细骨料中的成分也比较复杂，除原生的天然骨料外，还含有少量的砖骨料、砂浆骨料、水泥石骨料。由上述可知，再生细骨料在经历垃圾分级分拣后处于被旧砂浆包裹呈现出疏松多孔的状态。因此再生细骨料的附着砂浆的固有多孔性质使其有作为微生物自修复承重砌块混凝土载体的可行性,并且细骨料中的微生物生成的碳酸钙沉积颗粒能有效地填补再生细骨料中的裂纹以及修复承重砌块中0.2mm以下的裂缝，从而有效地修复了承重砌块的耐久性和抗渗性能。
[0036] 巴氏芽孢杆菌菌种利用液体培养基按照常规的培养方法进行接种、培养，将菌液稀释至OD值1.25～1.40，其中，有机
蛋白质及无机钠盐与水的质量比为4.8％到8.7％。液体培养基由有机蛋白质，与碳酸钠溶液及
碳酸氢钠溶液混合而成，其中碳酸钠溶液及碳酸氢钠溶液与有机蛋白质的质量比为12.4％到20.5％，碳酸钠溶液的波美度为20到45°Bé。本发明的重点是研究如何将再生细骨料与微生物菌液同时运用于再生细骨料承重砌块中，并且能够产生良好的自修复效果。对于再生细骨料的粒径级配等要求需满足《混凝土和砂浆用建筑垃圾再生细骨料》(GB/T25176-2001)，对于微生物菌液按照可按上述方案配制。
[0037] 如未特别说明，本发明采用的设备均为本领域常规设备，及采用的砌块模具为市面常见390mm×190mm×190mm空心砌块。
[0038] 本发明将传统或行业中常见的混凝土配料与自修复再生细骨料混合进行自修复混凝土的制备，传统或行业中常见的混凝土配料一般为水、水泥、砂和石子，通常情况下C30混凝土的配料质量比为0.36:1:1.01:2.78。
[0039] 本发明中提到的以混凝土中的水泥为计算基准，巴氏芽孢杆菌菌液的体积掺量为35％。水灰比为影响混凝土性能的主要因素，以水泥用量为准能够准确的较好的减小混凝土性能的制备误差；菌液体积掺量为35％基于大量实验数据分析得出其为兼顾经济性和修复效能的最佳体积比。
[0040] 如未特别说明，本发明其他采用的材料均为市售。
[0041] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的产品及方法，下面以详细的实施例说明制备过程。
[0042] 实施例1：
[0043] 一种微生物的再生细骨料自修复混凝土承重砌块，包括由
自密实混凝土为材料的混凝土构件，混凝土砌块内均匀分布有若干附着巴氏芽孢杆菌(拉丁学名Bacillus pasteurii)的再生细骨料。
[0044] 再生细骨料为载体的自修复承重砌块的制作方法，包括步骤：
[0045] 步骤1、依据
申请号CN201510981076制备出颗粒粒径为0～5mm的再生细骨料，再生3
细骨料为粒径为1.35～4.75mm颗粒，表观密度2489kg/m ，压碎指标为21.70％，含水率为
1.54％，吸水率为8.91％。水泥为PO 42.5级，密度为3100kg/m3；砂的表观密度为2724.8kg/m3，吸水率为1.02％，细度模数为2.18；天然碎石的表观密度为2801.8kg/m3，吸水率为
0.47％，压碎指标为5.99。
[0046] 步骤2、制作砌块所用的混凝土质量配合比为3.00：7.60：2.70：1.00的砂、石、水泥和水，按体积百分比计，再生细骨料占混凝土总体积掺量的20％，以混凝土中的水泥为计算基准，巴氏芽孢杆菌菌液的体积掺量为35％；按照《再生混凝土结构设计规程》考虑了再生混凝土的附加用水量。
[0047] 步骤3、取购自陕西省微生物研究所的巴氏芽孢杆菌菌液(巴氏芽孢杆菌液(拉丁学名Bacillus pasteurii)的OD值1.25，液体培养基由有机蛋白质，与碳酸钠溶液及碳酸氢钠溶液混合而成，其中碳酸钠溶液及碳酸氢钠溶液与有机蛋白质的质量比为12.4％到20.5％，碳酸钠溶液的波美度为20到45°Bé。)低温0～-4℃放置12小时后，先将菌液加入负压真空
泵，后取再生细骨料载体置于负压
真空泵，并振捣摇匀使之较均匀分布在再生细骨料表面，在真空负压为0.5MPa条件下吸附20min，转移再生细骨料于烘箱内恒温40℃烘干12小时得到自修复再生细骨料；
[0048] 步骤4、将自修复再生细骨料与混凝土配料混合，并充分搅拌直至均匀无明显分层。
[0049] 步骤5、将各组分浇筑至承重砌块模具上的混凝土，并等待28d后养护成型。随后，在试件成型后静置24h脱模后85±5％RH和22±2℃条件下养护7d后预置裂缝；试件经电液伺服压力试验机采用四点弯曲法加载预置裂缝，具体方法为调试压力机以0.1mm/min的速率加载，当试件的受拉侧面最下端出现0.2～0.3mm裂缝即停止加载并于持荷90s后卸载；
[0050] 试件洒水养护并通过150X裂缝观测仪和电子扫描显微镜测定修复性能。
[0051] 如图1所示，实施例1中的再生细骨料自修复混凝土砌块裂缝与28d的修复裂缝对比图。图1结果表示为经过28d修复后，再生细骨料自修复承重砌块的裂缝已完全修复。
[0052] 如图4a所示裂缝形态为竖向裂缝。
[0053] 如图5所示，电子显微镜下修复产物晶体多呈现小粒径晶体及部分零散大粒径晶体，小粒径多分布聚集，而大粒径处存在有少量的砂浆孔隙，这表明砌块中原有孔隙较小对早期开裂修复起到的效果较为有限，而且越靠近裂缝外沿处晶体历经越大也说明裂缝外的空气和水分较难延伸至砌块内部深处。
[0054] 实施例2：
[0055] 一种再生细骨料自修复承重砌块的制作方法(再生细骨料体积掺量为15％)，其设计制作砌块所用的混凝土质量配合比为3.20:7.60:2.70：0.90：1.70的砂、石、水泥、水和自修复再生细骨料。制备方法同实施例1。
[0056] 如图4b所示裂缝形态为斜向裂缝。
[0057] 实施例3：
[0058] 一种再生细骨料自修复承重砌块的制作方法(再生细骨料体积掺量为30％)，其设计制作砌块所用的混凝土质量配合比为2.70:7.60:2.70：1.10：2.20的砂、石、水泥、水和自修复再生细骨料，制备方法同实施例1。
[0059] 如图4c所示裂缝形态为网格型裂缝。
[0060] 下述对比例均为与实施例1进行对比。
[0061] 对比例1：
[0062] 一种不掺微生物的常规再生细骨料自修复承重砌块的制作方法(再生细骨料体积掺量为30％，其余各材料配比亦同例1)，其设计制作砌块所用的混凝土质量配合比为3.00：7.60：2.70：1.00：2.00的砂、石、水泥、水、载体，除去菌液制备外，砌块制备方法同实施例1。
[0063] 图2为对比例1中的不掺菌的再生细骨料自修复混凝土砌块裂缝与28d后的修复裂缝对比图。
[0064] 经过试验比较得知，上述对比例一中的混凝土构件在同一时间内裂缝的闭合程度远远小于实施例一中的混凝土构件，且最终测定对比例一的力学强度结果也是远远小于实施例一。可见实施例一中的自修复混凝土能通过再生细骨料具有多孔载具性的自修复效能，具有极高的实用性和经济性。
[0065] 对比例2：
[0066] 一种掺入废砖粉-再生细骨料混合的再生细骨料自修复承重砌块的制作方法(再生细骨料体积掺量为30％，其余各材料配比亦同例1；废砖粉制备方法及性能指标依托CN102218435A)，其设计制作砌块所用的混凝土质量配合比为3.00：7.60：2.70：1.00：2.00的砂、石、水泥、载体、水，载体与菌的质量比为245：1,除去菌液制备外，砌块制备方法同实施例1
[0067] 图3为对比例2中的砖-再生细骨料混合载体的自修复混凝土砌块裂缝与28d后的修复裂缝对比图。
[0068] 经过试验比较得知，上述对比例二中的混凝土构件在同一时间内裂缝的闭合程度略微小于实施例一中的混凝土构件，且最终测定对比例一的力学强度结果也是略微小于实施例一。可见实施例一中的自修复混凝土能通过再生细骨料除了具有多孔载具性的自修复效能，也具有良好的力学性能。
[0069] 表2实施例及对比例修复结果
[0070]
[0071] 表2实验结果可知，实施例1的28d修复效能最佳且能完全修复,其余实施例组均未完全修复；而不掺微生物的普通再生细骨料砌块的修复效能最差。随着时间的延伸且自身未水化部分的进一步水化，裂缝保持着低效率的修复状态且部分修复会达到裂缝修复的峰值，之后就不会展示更多的修复效能。实施例1中的自修复砌块修复效果最佳且抗压强度值较高，能广泛的运用于实际工程中。
[0072] 在本实施例中，上列实施例，对本发明的目的、技术方案和有点进行了进一步地详细说明，所应说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
