基於微生物的混凝土裂縫自修復及其機理

《基於微生物的混凝土裂縫自修復及其機理》是依託東南大學，由錢春香擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於微生物的混凝土裂縫自修復及其機理
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：錢春香
• 依託單位：東南大學

中文摘要

混凝土裂縫是引起結構耐久性下降的重要因素，因此開展裂縫及時自修復研究有重要意義。本項目將微生物在混凝土拌合時預先添加，一旦混凝土開裂，在環境氧、濕或光的激發下休眠的微生物能迅速復活，將混凝土中預埋的底物轉化為礦物，填充裂縫空隙，實現自修復。主要研究內容包括：自修復礦化微生物的分離、篩選、馴化和固載；自修復效果的表征及工藝因素對自修復效果及其耐久性的影響；休眠和復活的控制基因及基因工程調控方法；微生物對修復礦物質形成的作用及機理等。通過研究，在技術基礎層面上探明混凝土裂縫自癒合材料的配方和工藝參數；在科學層面上，揭示自修復礦化微生物的休眠、復活調控基因，探明休眠、復活時長的預測方法，揭示混凝土服役環境因素對預埋微生物的影響規律以及修復礦物形成機理。結合研究，發表SCI和EI收錄論文20篇，授權發明專利5件以上，至少培養博士、碩士研究生6名。

結題摘要

混凝土在使用過程和周圍環境的影響下極易產生裂縫，對結構的使用性能和耐久性產生了諸多不利影響。本項目創新性的將微生物引入混凝土中，基於微生物的復甦和原位礦化機制，實現了混凝土對裂縫的自修復，充分發揮了微生物誘導礦化自修復裂縫的環境友好性。根據混凝土裂縫自修復礦化菌株所需具備的特徵, 通過優選獲取到了礦化能力及耐鹼能力強的微生物, 探明了微生物誘導礦化修復機理，並採用耐鹼性馴化、休眠調控及固載技術，提高了微生物在混凝土中的耐受性。細化研究了底物種類、微生物與底物比例及裂縫修復效果等方面，確定了微生物自修復劑的配方和製備工藝。採用圖像法、X 射線斷層掃描法、抗滲水修復率法和抗氯離子滲透率法對不同條件下的裂縫修復效果進行了表征，明確了養護方式、環境條件、開裂齡期、添加方式及裂縫寬度等不同因素對裂縫自修復效果的影響，確定了微生物自修復劑的適用環境和適用範圍。基於二氧化碳在混凝土中擴散傳輸理論和鈣溶蝕理論對微生物誘導礦化修復混凝土裂縫過程進行數值模擬，揭示礦化沉積修復的演化過程，預測了不同寬度裂縫下碳酸鈣沉積深度，模擬預測結果與實際測量結果吻合良好。同時，研究了微生物自修復劑對混凝土工作性能、物理力學性能及耐久性能的影響，結果表明在合適的摻量下微生物自修復劑對混凝土常規性能的影響較小，但可以顯著提高開裂混凝土的自修復能力，從而降低腐蝕介質滲透能力，提高混凝土的耐久性，為微生物自修復混凝土在實際工程中的套用提供了有力理論基礎和技術支持。 在該項目的資助下，培養博士生2名，碩士生4名，在國內外核心期刊發表和投稿學術論文20篇，其中SCI和EI收錄 17篇，出版著作1部，申請發明專利5項，其中授權2項。