基于微生物的混凝土裂缝自修复及其机理

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51178104
项目类别：
面上项目
资助金额：
62.0万
负责人：
钱春香
依托单位：
东南大学
学科分类：
E08.建筑与土木工程
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
潘庆锋；成亮；荣辉；许燕波；李龙志；陆兆文；杨瑞丽；王瑞兴；
关键词：
微生物裂缝基因调控自修复混凝土

项目摘要

混凝土裂缝是引起结构耐久性下降的重要因素，因此开展裂缝及时自修复研究有重要意义。本项目将微生物在混凝土拌合时预先添加，一旦混凝土开裂，在环境氧、湿或光的激发下休眠的微生物能迅速复活，将混凝土中预埋的底物转化为矿物，填充裂缝空隙，实现自修复。主要研究内容包括：自修复矿化微生物的分离、筛选、驯化和固载；自修复效果的表征及工艺因素对自修复效果及其耐久性的影响；休眠和复活的控制基因及基因工程调控方法；微生物对修复矿物质形成的作用及机理等。通过研究，在技术基础层面上探明混凝土裂缝自愈合材料的配方和工艺参数；在科学层面上，揭示自修复矿化微生物的休眠、复活调控基因，探明休眠、复活时长的预测方法，揭示混凝土服役环境因素对预埋微生物的影响规律以及修复矿物形成机理。结合研究，发表SCI和EI收录论文20篇，授权发明专利5件以上，至少培养博士、硕士研究生6名。

结项摘要

混凝土在使用过程和周围环境的影响下极易产生裂缝，对结构的使用性能和耐久性产生了诸多不利影响。本项目创新性的将微生物引入混凝土中，基于微生物的复苏和原位矿化机制，实现了混凝土对裂缝的自修复，充分发挥了微生物诱导矿化自修复裂缝的环境友好性。根据混凝土裂缝自修复矿化菌株所需具备的特征, 通过优选获取到了矿化能力及耐碱能力强的微生物, 探明了微生物诱导矿化修复机理，并采用耐碱性驯化、休眠调控及固载技术，提高了微生物在混凝土中的耐受性。细化研究了底物种类、微生物与底物比例及裂缝修复效果等方面，确定了微生物自修复剂的配方和制备工艺。采用图像法、X 射线断层扫描法、抗渗水修复率法和抗氯离子渗透率法对不同条件下的裂缝修复效果进行了表征，明确了养护方式、环境条件、开裂龄期、添加方式及裂缝宽度等不同因素对裂缝自修复效果的影响，确定了微生物自修复剂的适用环境和适用范围。基于二氧化碳在混凝土中扩散传输理论和钙溶蚀理论对微生物诱导矿化修复混凝土裂缝过程进行数值模拟，揭示矿化沉积修复的演化过程，预测了不同宽度裂缝下碳酸钙沉积深度，模拟预测结果与实际测量结果吻合良好。同时，研究了微生物自修复剂对混凝土工作性能、物理力学性能及耐久性能的影响，结果表明在合适的掺量下微生物自修复剂对混凝土常规性能的影响较小，但可以显著提高开裂混凝土的自修复能力，从而降低腐蚀介质渗透能力，提高混凝土的耐久性，为微生物自修复混凝土在实际工程中的应用提供了有力理论基础和技术支持。.在该项目的资助下，培养博士生2名，硕士生4名，在国内外核心期刊发表和投稿学术论文20篇，其中SCI和EI收录 17篇，出版著作1部，申请发明专利5项，其中授权2项。