基于微生物诱导矿化的水泥基材料裂缝自修复性能试验研究

作     者：刘雪 

作者单位：重庆三峡学院 

学位级别：硕士

导师姓名：郭远臣

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：水泥基材料 裂缝 微生物 诱导矿化 自修复 

摘      要：通过微生物诱导,进行机理试验协同促进增强了自然环境中水泥基材料材料自愈合特性研究。主要研究结果如下:(1)利用库区腹地天然资源和环境条件采集微生物样本并在实验室诱导变异、筛选出了目标微生物,该微生物环境适应性强且无毒无害,经革兰氏染色和镜检确定其为一种嗜碱芽孢杆菌。通过相容性试验将微生物实验与土木工程材料试验有机结合,三大版块试验平行展开相互对照与促进,最终将一定浓度的菌液加入预制有微裂缝的混凝土试块中,经过观测发现裂缝自愈合效果显著,为微生物触发水泥基材料裂缝自愈合的工程实践奠定了基础。(2)测定了不同批次不同龄期的混凝土试块的基本力学指标,并在实验室预制微裂纹模拟裂缝在水泥基材料中的发生发展过程,并借助光纤光栅传感装置对裂缝进行了动态损伤检测。在不同浓度梯度下寻找最适宜微生物生存的浓度(菌液浓度,缓冲液浓度),培养基类型、培养周期视微生物生存的具体要求而定。获得目的微生物后,按实验要求浓度培养,而后分离纯化,在无菌环境下配制微生物与缓冲液的合理浓度,发现酶的活性会影响菌液的产率,因而酵母浸粉、棉籽饼粉所取的量会影响产率。由分析知,酵母浸粉浓度在2之前呈现缓慢上升趋势,在2之后逐渐下降,说明质量浓度为2是最适的;同样分析得知棉籽饼粉在质量浓度为3时最适;分析数据得知PH值为11时最适。试验得出酶活性越高诱导碳酸钙沉积的效率越高,微生物自修复裂缝的速度越快。(3)封堵混凝裂缝试验,采用万能试验机预压裂缝,项目试验中可以通过数据指示得出混凝土试件裂缝的另一个测试点在试件内部预埋光纤和收到内外部应力的变化情况。在试验过程中试件整体的应变范围是逐渐变大的,这个时候试件内部具有可塑性,光纤管线和水泥基材料的契合度不高,易产生位移从而使得传感信号紊乱。在60min到120min后慢慢恢复正常,现象表明试验水泥基试块随着时间段的增加,水化性增强,内部物体契合度增大,随之应变反应会趋于稳定。然而在四到八个小时阶段中,裂缝会逐渐显露出来,在测试图中会有明显的变化。观察得到在180min左右应变达到最大,数分钟后又快速下降,研究可以看出结果光纤附近的水泥基材料已经出现裂纹,却不会破坏光纤的埋入结构,从而得到混凝土开裂的时间和愈合的时间表现趋势。