【摘 要】
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混凝土目前仍为土木工程中使用范围最为广泛的建筑材料,然而混凝土存在的某些材料性能缺陷易在成型和服役期产生裂缝,若这些裂缝不及时处置,将加快有害离子向混凝土内部的侵入从而导致钢筋锈蚀、结构过早地劣化。基于此本文制备了一种纤维负载微生物材料,利用微生物诱导产生碳酸钙晶体沉淀主动修复混凝土裂缝,将混凝土裂缝的被动处理转变为裂缝主动修复,提高混凝土材料的寿命周期。主要以纤维的孔隙作为微生物的载体一起掺入预
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混凝土目前仍为土木工程中使用范围最为广泛的建筑材料,然而混凝土存在的某些材料性能缺陷易在成型和服役期产生裂缝,若这些裂缝不及时处置,将加快有害离子向混凝土内部的侵入从而导致钢筋锈蚀、结构过早地劣化。基于此本文制备了一种纤维负载微生物材料,利用微生物诱导产生碳酸钙晶体沉淀主动修复混凝土裂缝,将混凝土裂缝的被动处理转变为裂缝主动修复,提高混凝土材料的寿命周期。主要以纤维的孔隙作为微生物的载体一起掺入预拌混凝土,当混凝土产生裂缝后,侵蚀物质渗入激活休眠的微生物,通过微生物矿化沉积产生碳酸钙实现裂缝的自我修复,同时利用纤维对混凝土性能本身的增强,实现其协同增强。本文通过试验测试、理论分析和数值模拟等手段,主要研究结论如下:（1）微生物的培养优化及修复效果。通过培养微生物菌体,优化微生物负载工艺方案,确定掺入方式和配比,进一步简化了微生物的培养驯化和负载,优化纤维对微生物的固载步骤,推动微生物自修复混凝土向工程实际应用,进行裂缝修复的试验28d平均宽度修复为0.87mm,最大裂缝修复宽度为1.32mm。（2）纤维负载微生物自修复混凝土力学及耐久性能研究。劈裂抗拉强度测试中,纤维负载微生物混凝土的破坏更趋向于塑性,相对于普通混凝土提高28.7%;在抗水压力渗透的试验中,纤维负载微生物混凝土与普通混凝土相比,渗水高度在相同水压力下升高;在抗氯离子迁移系数上与普通混凝土相比其抗氯离子渗透性能有所降低;在微观分析中,龄期为28 d时微生物自修复混凝土的SEM微观形态显示水化反应已充分,其界面结构整体性更强。（3）构建纤维负载微生物裂缝修复模型。基于微生物自修复混凝土的裂缝修复模型和骨料随机模型,将不同配合比的混凝土材料进行裂缝扩散模拟,构建修复模型验证混凝土的渐进破坏到修复,结合试验的裂缝修复率对比结果显示:在试验中取得的效果较好,试件其平均修复率为83%,在数值模拟中修复率为76%,模拟值较试验值的修复率相对降低,误差值9.2%。（4）协同增强机理分析。基于复合材料理论从力学角度对不同配比混凝土抗压应力-应变的影响规律进行分析,结果显示微生物的加入对混凝土的弹性模量略微提高,纤维的加入对混凝土性能提升更大;通过SEM图像结合试验从微观角度分析,负载微生物的纤维和纤维负载微生物材料本身对裂缝产生、发展与自修复的纤维对混凝土材料具有微观补强作用,主要是载菌纤维对混凝土的增强弥补混凝土的内部缺陷,纤维-微生物协同促进自修复混凝土材料增强。
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