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細(xì)菌混凝土(自愈合混凝土)

細(xì)菌混凝土或稱自愈合混凝土是指在混凝土硬化后，借助細(xì)菌反應(yīng)作用來(lái)修補(bǔ)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫。各種的細(xì)菌、作用機(jī)理及制備的細(xì)菌混凝土均有過(guò)相關(guān)研究，如今，這項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)把建筑標(biāo)準(zhǔn)提高到一個(gè)新的高度。

為了獲得更好、更穩(wěn)定和更經(jīng)濟(jì)的混凝土建筑，人們應(yīng)用了不同的規(guī)程、方法和材料；但由于人為失誤、錯(cuò)誤的操作和欠熟練的工人，一棟建筑很難維持到它的設(shè)計(jì)壽命。施工后會(huì)出現(xiàn)風(fēng)化、裂縫、漏水、彎曲等問(wèn)題。為了克服這類問(wèn)題，在施工前后就需要進(jìn)行一些補(bǔ)救措施。

01 建筑常見(jiàn)開(kāi)裂問(wèn)題的原因

建筑常見(jiàn)的開(kāi)裂問(wèn)題原因有很多，一般歸為以下：

在不同溫度條件下混凝土結(jié)構(gòu)的收縮
結(jié)構(gòu)沉降
載荷過(guò)重
混凝土表面失水導(dǎo)致的收縮
混凝土澆筑時(shí)振搗不充分
混凝土成型時(shí)覆蓋不當(dāng)
為了混凝土施工便利的高水膠比
鋼筋的腐蝕
多種速凝和早強(qiáng)劑的添加導(dǎo)致收縮性能增加

對(duì)于建筑裂縫這一常見(jiàn)問(wèn)題，在裂縫發(fā)生前后有許多補(bǔ)救措施。其中一種就是細(xì)菌混凝土或自愈合混凝土?；炷劣不?，能通過(guò)細(xì)菌反應(yīng)使裂縫自我愈合或自我填補(bǔ)裂縫的過(guò)程被稱為自愈合混凝土?？梢杂^察到，混凝土結(jié)構(gòu)中寬度為0.05-0.1mm的小裂縫，在反復(fù)的干濕循環(huán)中完全被填充滿。

02 細(xì)菌混凝土(自愈合混凝土)

這種自我愈合的機(jī)理是，水顆粒從0.05-0.1mm寬的類似毛細(xì)血管的裂縫中滲透，這些水顆粒使未反應(yīng)或部分反應(yīng)的水泥發(fā)生水化，水泥膨脹，進(jìn)而填滿裂縫。但當(dāng)裂縫大過(guò)以上寬度時(shí)，就需要?jiǎng)e的修復(fù)措施。目前正在研究和開(kāi)發(fā)的一種可行的技術(shù)，是基于在混凝土中礦物產(chǎn)生的細(xì)菌。裂縫自愈合時(shí)起作用的是酸性細(xì)菌。這些細(xì)菌可以在休眠細(xì)胞中，和在干燥條件下存活200多年；它們?cè)诹芽p愈合過(guò)程中起到催化的作用。

混凝土中使用的各種細(xì)菌

用于自愈合混凝土中的不同細(xì)菌種類：

巴氏芽孢桿菌(Bacillus pasteurizing)

球形芽孢桿菌(Bacillus sphaericus)

大腸桿菌(Escherichia coli)

枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)

科氏芽孢桿菌(Bacillus cohnii)

班氏芽孢桿菌(Bacillus balodurans)

嗜堿芽孢桿菌(Bacillus pseudofirmus)

自愈合混凝土組成

自愈合混凝土是由未發(fā)生反應(yīng)的石灰石和鈣基營(yíng)養(yǎng)素在細(xì)菌的幫助下，通過(guò)生物反應(yīng)來(lái)修復(fù)建筑物上出現(xiàn)的裂縫。一種特殊的芽孢桿菌和鈣基營(yíng)養(yǎng)素（乳酸鈣）共同起作用，當(dāng)制備混凝土?xí)r，將它們加入到已拌好的濕混凝土中；這種細(xì)菌的休眠期可達(dá)約200年。當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時(shí)，水就會(huì)從裂縫中滲入；這時(shí)細(xì)菌的孢子發(fā)芽，開(kāi)始吞噬乳酸鈣，消耗氧氣，可溶的乳酸鈣轉(zhuǎn)化成了不溶的石灰石，不溶的石灰石開(kāi)始變硬，從而自動(dòng)填充裂紋，無(wú)需任何外力。這個(gè)過(guò)程的另一個(gè)好處是，當(dāng)細(xì)菌消耗氧氣將鈣轉(zhuǎn)化為石灰石時(shí)，它有效防止了因裂紋而造成的鋼筋腐蝕，提高了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

自愈合后的混凝土裂縫

03 細(xì)菌混凝土的制備

兩種制備方法

直接使用法
封裝法用于輕質(zhì)混凝土

采用直接使用法時(shí)，細(xì)菌孢子和乳酸鈣被直接加進(jìn)拌合好的混凝土中。這種方法細(xì)菌和乳酸鈣不會(huì)改變混凝土的一般性能。當(dāng)結(jié)構(gòu)明顯產(chǎn)生裂縫時(shí)，細(xì)菌暴露出來(lái)，水與這種細(xì)菌接觸時(shí)，它們開(kāi)始生長(zhǎng)，吞噬乳酸鈣，并產(chǎn)生石灰石，從而封住裂縫。封裝法時(shí)，細(xì)菌及其吞噬的乳酸鈣被放到經(jīng)處理的粘土顆粒內(nèi)部，用來(lái)制備混凝土；混凝土中的粘土顆粒添加比例大約為6%；當(dāng)用細(xì)菌混凝土制成的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫時(shí)，粘土顆粒隨即破碎，細(xì)菌生長(zhǎng)，吞噬乳酸鈣，產(chǎn)生石灰石，石灰石變硬，從而封住裂縫。寬度約0.5mm的小裂縫可以采用細(xì)菌混凝土處理。在這兩種方法中，封裝方法更為常用，盡管它比直接應(yīng)用成本更高。