基于再生骨料载具微生物的自修复混凝土氯离子扩散传输机理研究

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废弃混凝土经建筑垃圾资源化生产线处理后所获产物之一为再生骨料。其二次利用功能性包括有效减少新兴城镇化发展所需大量天然砂石资源兼具解决旧建筑拆除垃圾堆放引起环境水污染和土体破坏。但再生骨料表面附着砂浆疏松多孔的特性致使由此制备的再生混凝土显现逊于天然骨料制备混凝土的性能,特别是导致再生混凝土耐久性能受到较大削弱。本文将再生骨料作为微生物寄居载体,将其制备的微生物自修复混凝土视为由原生骨料、原生骨料-附着砂浆间的旧界面过渡区、附着砂浆、新砂浆-附着砂浆间的新界面过渡区、新砂浆、修复产物组成的六相复合材料,着重研究再生骨料载体对修复效能的影响及等效扩散系数计算模型两方面,深入探究开裂后愈合进程下自修复混凝土裂缝处氯离子扩散传输机理,并通过试验对计算模型准确性进行验证。本文的主要研究工作和结论包括:(1)以再生骨料、膨胀珍珠岩、硅藻泥备选微生物载体,探究多载体影响下微生物修复效能的因素差异,并添加对照组共设计24组混凝土样本制备分析,进而开展各试样裂缝自修复效能试验研究,试验结果表明,添加载体的试样修复效能较无载体对照组试样提升显著,吸附在不同载体的巴氏芽孢杆菌即使处于修复进程的低效反应状态,仍比同等条件下无载体游离态巴氏芽孢杆菌的低效修复具备更显著的加速效果。再生骨料载体较膨胀珍珠岩和硅藻泥载体供给更快的修复速率及更多的修复产能,再生骨料载体制备的混凝土试样裂缝激发修复响应速率最快,在开裂28天时显现修复宽度为0.27mm裂缝的能力。(2)以再生骨料作为载体,探究载体粒径、菌液浓度、载体占比及裂缝宽度4个因素对自修复混凝土修复效能的影响,进而运用正交设计方法开展修复效能试验研究。实验结果表明,裂缝宽度较其他影响因素对自修复效能影响最为显著,且修复速率随着裂缝宽度增加表现出明显的下降趋势。当裂缝宽度达到1.0mm及以上时,水泥基自修复混凝土的修复效果十分有限。通过优化配合比试验得到再生骨料粒径为小于等于5mm,菌液浓度为40%,载体体积占比为30%时对裂缝宽度0.2mm的混凝土修复效果最为显著。(3)分析自修复混凝土氯离子干湿循环扩散侵蚀试验所测定的试样中氯离子浓度、扩散深度及修复效能的关系,基于Fick第二定律提出再生骨料载体自修复混凝土时变修复模型及自修复混凝土裂缝修复状态下氯离子扩散传输六相模型。将试验数据的分析结果与两个模型进行对比分析,验证了自修复混凝土氯离子扩散的六相数值模型和自修复混凝土裂缝修复时的等效扩散系数计算模型的适用性和合理性,明确了以巴氏芽孢杆菌为修复微生物及再生骨料载体掺加下的自修复混凝土修复效能参数的物理意义。(4)以所得修复效能最优解配合比将再生骨料作为载体制备微生物自修复混凝土,以裂缝修复程度为影响因素进而设计氯离子干湿循环扩散试验。试验结果表明,修复后裂缝处生成的碳酸钙能有效阻碍氯离子对混凝土的侵蚀速率。伴随着干湿循环次数的增加,发现掺加再生骨料载体的自修复混凝土在裂缝处5mm深度取样的氯离子浓度出现先升高后降,且初始测得侵蚀浓度明显小于其他未掺加再生骨料载体组。表明再生骨料作为载体生成的碳酸钙有效的抑制了氯离子侵蚀,使得含有再生骨料的混凝土抗侵蚀能力高于天然骨料混凝土。同时,通过XRD射线衍射表征发现随着裂缝修复程度的提高,混凝土中的钢筋锈蚀显现出明显削弱现象,裂缝完全修复的试样干湿循环试验后剖开未出现钢筋锈蚀现象。
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