一种酶促自愈混凝土及其制备方法

本发明涉及混凝土，具体涉及一种酶促自愈混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、由于混凝土材料具有相对较低的抗张强度，混凝土开裂在工程中较为普遍。传统的混凝土裂缝修复的方法主要有树脂灌注法、聚合物浸入法、钉合法、灌浆法、表面处理法、置换法等，这些方法均能在一定条件下实现混凝土裂缝的修复，但只有裂缝发展到较大时才能实施修补，较小裂缝无法修补。

2、而自愈混凝土是一种具有自我修复能力的新型建筑材料，它能够在混凝土发生裂缝时自行填补这些裂缝，能够实现对混凝土较小裂缝的自动修复。自愈混凝土是通过在混凝土中引入微生物或聚合物，当混凝土发生裂缝时，这些微生物或聚合物会被激活，分泌酶，在酶的促进作用下，吸收空气中的二氧化碳并结合混凝土自身组分就可产生自愈裂缝的产物（碳酸钙）。

3、然而，吸收空气中的二氧化碳的效率比较低，为了实现混凝土中的钙离子快速转化为碳酸钙，通常是向自愈混凝土中注入二氧化碳，实现混凝土储存二氧化碳。现有技术中，混凝土储存二氧化碳的过程分为两类：一是将硬化后的实心混凝土放入室内，并在高压下注入二氧化碳气体；二是在生产混凝土时将二氧化碳气体注入水、水泥和骨料的混合物中。在这两种方法中，注入的一些二氧化碳会与水泥发生反应，变成固体碳酸钙晶体。然而，这两种技术存在二氧化碳捕获效率低、能源消耗、所得的混凝土的抗压强度和耐久性被削弱，从而影响其适用性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种酶促自愈混凝土及其制备方法，能够提高自愈混凝土的二氧化碳捕获率，缩短混凝土裂缝自修复时间，且对混凝土的抗压强度和耐久性几乎无影响。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种酶促自愈混凝土，包括混凝土基质；混凝土基质中掺杂有用于促进混凝土吸收二氧化碳转化成碳酸钙的酶促剂；混凝土基质中渗透有碳源；混凝土基质中渗透碳源的方式为：

4、将碳源引入水泥悬浮液中，水泥悬浮液为将水泥和水按照质量比为（10-20）:60混合均匀获得，引入碳源后的水泥悬浮液与水泥和骨料混合制备酶促自愈混凝土。

5、本发明的酶促自愈混凝土中含有酶促剂，该酶促剂能够促进混凝土吸收二氧化碳转化成碳酸钙，实现了混凝土的自修复；并且，本发明的酶促自愈混凝土中含有碳源，使制备的酶促自愈混凝土中含有高浓度的碳酸钙矿物质，当混凝土出现裂缝时，混凝土可通过吸收空气中的二氧化碳与混凝土自身含有的钙离子反应，生成碳酸钙实现自修复，同时利用自身高浓度的碳酸钙矿物质和微生物产生的二氧化碳实现自修复，提高了自愈混凝土的自修复效果，缩短了自修复时间。

6、并且，本发明的酶促自愈混凝土在固碳方式上进行了改进，并没有在新拌混凝土过程中，将混凝土所有成分（水、水泥和骨料）混合的同时引入碳源，而是首先将碳源注入水泥悬浮液中，由于水泥悬浮液是由水与少量水泥粉末混合制备而成，相比将混凝土所有成分（水、水泥和骨料）混合的混合物，水泥悬浮液的粘度低很多，低粘度的流体能快速将碳源混合，且能够实现制备的酶促自愈混凝土中碳酸钙矿物质分布的均匀性。并且，试验证明：混凝土采用该固碳方式制备的酶促自愈混凝土的抗压强度和耐久性与普通混凝土接近，对混凝土的抗压强度和耐久性几乎无影响。

7、其中，碳源包括二氧化碳或能够产生二氧化碳的化学物质。

8、在一种优选方式中，化学物质包括碳酸氢钠；当采用碳酸氢钠作为碳源时，将碳酸氢钠与用于制备水泥悬浮液的水泥在密闭空间混合并加热，使然后再加入水制备成水泥悬浮液。

9、在一种优选方式中，酶促剂包括微生物、改性介孔二氧化硅和二烯丙基硫代亚磺酸酯，微生物、改性介孔二氧化硅和二烯丙基硫代亚磺酸酯的重量比为（2-3）:1:（0.05-0.08）。

10、其中，改性介孔二氧化硅作为负载微生物的载体，其具有分散效果好的优点，能够避免直接使用微生物加入混凝土时导致的团聚问题，在一种具体方式中，改性介孔二氧化硅为采用硅烷偶联剂改性介孔二氧化硅获得。

11、其中，微生物可以是任一现有物质，具体可以是嗜碱芽孢杆菌，脲解型巴氏芽孢杆菌、好氧嗜碱混菌等。

12、上述设置的碳酸氢钠能够使微生物均匀分布在制备的酶促自愈混凝土中，确保酶促自愈混凝土的自修复效果。

13、其中，加入微量的二烯丙基硫代亚磺酸酯能够促进微生物代谢、分泌酶、分解产生二氧化碳，能够提高混凝土出现裂纹时，混凝土中二氧化碳生成碳酸钙的效率（混凝土同时捕获空气中的二氧化碳以及微生物代谢产生的二氧化碳），利于缩短混凝土的自修复时间。但是，二烯丙基硫代亚磺酸酯的加入量不能过多，过多的二烯丙基硫代亚磺酸酯对微生物的代谢反而具有抑制作用，在设计二烯丙基硫代亚磺酸酯的用量时，需要考虑其挥发性，以及混凝土的制备时间，确保在混凝土制备过程二烯丙基硫代亚磺酸酯挥发后剩余的量足以实现对微生物代谢的促进作用。本发明二烯丙基硫代亚磺酸酯的上述用量是基于以水、水泥和骨料为基础原料的混凝土基质以及酶促剂的添加时机进行的设计。

14、在一种优选方式中，酶促剂在引入碳源时加入混凝土基质中。

15、酶促剂的加入时机也会影响到制备的混凝土的抗压强度、耐久性和修复时间。

16、一种酶促自愈混凝土的制备方法，包括如下步骤：

17、s1、制备碳酸水泥悬浮液：将混凝土基质配方量中的部分水泥与配方量水混合均匀形成水泥悬浮液，向水泥悬浮液中引入碳源，获得碳酸水泥悬浮液；其中，制备水泥悬浮液所用的水泥中添加有酶促剂；

18、s2、制备酶促自愈混凝土：将混凝土基质配方量中的剩余水泥与配方量骨料加入步骤s1制备的碳酸水泥悬浮液中混合均匀、硬化，获得酶促自愈混凝土。

19、在一种优选方式中，步骤s1中，酶促剂的制备过程为：

20、将微生物和改性介孔二氧化硅按重量比为（2-3）:1混合，实现微生物负载在改性介孔二氧化硅上，然后加入二烯丙基硫代亚磺酸酯混合均匀；以改性介孔二氧化硅的重量计，二烯丙基硫代亚磺酸酯的加入量为5-8%；

21、改性介孔二氧化硅为采用硅烷偶联剂改性介孔二氧化硅获得。

22、在一种优选方式中，水泥悬浮液为将水泥和水按照质量比为（10-20）:60混合均匀获得。

23、制备的水泥悬浮液的粘度影响到对二氧化碳捕获率、制备的混凝土的抗压强度、耐久性，试验证明，浓度较低或较高都会导致二氧化碳捕获率降低、抗压强度降低、耐久性变差。

24、在一种优选方式中，步骤s1中，引入碳源的方式为：直接向水泥悬浮液中注入二氧化碳，或向水泥悬浮液中加入碳酸氢钠和氧化钙；或将碳酸氢钠与用于制备水泥悬浮液的水泥在密闭空间混合并加热，使然后再加入水制备成水泥悬浮液。

25、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

26、1、本发明酶促自愈混凝土中同时含有酶促剂和碳源，且酶促自愈混凝土引入碳源的方式，将碳源引入水泥悬浮液中，能够提高酶促自愈混凝土的二氧化碳捕获率，使制备的酶促自愈混凝土含有高浓度的碳酸钙，当酶促自愈混凝土出现裂纹时，一方面通过微生物分泌的酶和二氧化碳提高二氧化碳生成碳酸钙的效果，实现混凝土快速自修复，另一反面酶促自愈混凝土中的碳酸钙也可以实现自修复，有效缩短了混凝土自修复时间，且本发明的酶促自愈混凝土的抗压强度和耐久性与普通混凝土相当。

27、2、本发明的酶促剂中含有微生物、改性介孔二氧化硅和二烯丙基硫代亚磺酸酯，改性介孔二氧化硅作为载体吸附微生物，利于提高微生物在酶促自愈混凝土中分布的均匀性，且加入微量的二烯丙基硫代亚磺酸酯，能够促进微生物代谢，进一步缩短混凝土自修复时间。

技术特征：

1.一种酶促自愈混凝土，包括混凝土基质；其特征在于，所述混凝土基质中掺杂有用于促进混凝土吸收二氧化碳转化成碳酸钙的酶促剂；所述混凝土基质中渗透有碳源；所述混凝土基质中渗透所述碳源的方式为：

2.根据权利要求1所述的一种酶促自愈混凝土，其特征在于，所述碳源包括二氧化碳或能够产生二氧化碳的化学物质。

3.根据权利要求2所述的一种酶促自愈混凝土，其特征在于，所述化学物质包括碳酸氢钠；当采用二氧化碳作为碳源时，直接向制备的所述水泥悬浮液中注入二氧化碳；当采用碳酸氢钠作为碳源时，将碳酸氢钠与用于制备所述水泥悬浮液的水泥在密闭空间混合并加热，然后再加入水制备成所述水泥悬浮液。

4.根据权利要求1所述的一种酶促自愈混凝土，其特征在于，所述酶促剂包括微生物、改性介孔二氧化硅和二烯丙基硫代亚磺酸酯，所述微生物、所述改性介孔二氧化硅和所述二烯丙基硫代亚磺酸酯的重量比为（2-3）:1:（0.05-0.08）。

5.根据权利要求4所述的一种酶促自愈混凝土，其特征在于，所述改性介孔二氧化硅为采用硅烷偶联剂改性介孔二氧化硅获得。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种酶促自愈混凝土，其特征在于，所述酶促剂在引入所述碳源时加入所述混凝土基质中。

7.如权利要求1-6任一项所述的酶促自愈混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.如权利要求7所述的酶促自愈混凝土的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述酶促剂的制备过程为：

9.如权利要求7所述的酶促自愈混凝土的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述水泥悬浮液为将水泥和水按照质量比为（10-20）:60混合均匀获得。

10.如权利要求7所述的酶促自愈混凝土的制备方法，其特征在于，步骤s1中，引入所述碳源的方式为：直接向所述水泥悬浮液中注入二氧化碳，或将碳酸氢钠与用于制备所述水泥悬浮液的水泥在密闭空间混合并加热，然后再加入水制备成所述水泥悬浮液。

技术总结
本发明涉及混凝土技术领域，具体公开了一种酶促自愈混凝土及其制备方法，包括混凝土基质；混凝土基质中掺杂有用于促进混凝土吸收二氧化碳转化成碳酸钙的酶促剂；混凝土基质中渗透有碳源；混凝土基质中渗透碳源的方式为：将碳源引入水泥悬浮液中，水泥悬浮液为将水泥和水按照质量比为（10‑20）:60混合均匀获得，引入碳源后的水泥悬浮液与水泥和骨料混合制备酶促自愈混凝土。本发明能够提高自愈混凝土的二氧化碳捕获率，缩短混凝土裂缝自修复时间，且对混凝土的抗压强度和耐久性几乎无影响。

技术研发人员：徐旭立,郭亮,时宇泽,李旺,赵金龙,李林芸,王嘉,段佳彤,张斯宇,刘雪婷,李军汉
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23