自愈混凝土（3）

　　据调查结果显示:在美国有577000座公路桥，其中69%以上都有混凝土的桥面板，超过25年的桥面板大都己经翻新或需要修复。美国大坝委员会统计，1972年以前发生大坝病害事故349起，其中严重破坏甚至废弃的重大事故有74起，威胁公众安全的大坝有160座。国内的建设规模虽不如发达国家，工程历史也不长，但也存在较严重的混凝土工程损害情况。据对我国70座大坝调查结果，有裂缝者占100%，渗漏溶蚀占87. 5%，冲刷磨损及空蚀占68. 8%,碳化和钢筋锈蚀局部破损占43. 8%，水质侵蚀占28%，冻融局部破坏占15. 6%。从以上分析可知:混凝土的应用是非常普遍的，裂缝在混凝土中的存在也具有普遍性。

　　混凝土裂缝的产生，如果根据裂缝产生的原因则可以划分成两大类，一个是结构性的裂缝，另一个就是非结构性的裂缝。如果按照裂缝产生时间则可以分为施工过程中出现的裂缝和使用过程中出现的裂缝。

　　在实际应用当中，比较常见的裂缝就是由化学反应所引起的裂缝。其中，碱骨料的反应所产生的裂缝和钢筋的锈蚀所产生的裂缝是混凝土结构中最常见的。混凝土在拌合之后就会出现一些碱性的离子，然后这些离子就会和一些活性的骨料发生化学反应，从而引起体积膨胀，造成混凝土的酥松、开裂。这种裂缝一般情况下发生在混凝土结构使用的时候，如果出现这种裂缝，那么就会很不好修补了。

　　5．自愈合混凝土

　　5.1. 细菌混凝土

　　一般存活于极度干燥的环境(如沙漠)甚至超碱性环境中的细菌形成抱子的能力很强，而且其生存环境与混凝土内部环境相似。这些干燥或耐碱性细菌具有极低的代谢活性，能够抵抗较高的机械应力和化学诱导应力，并有较长的寿命。目前己对耐碱性的内生抱子细菌在提高混凝土自愈合能力方而进行了相关研究，并通过ESEM分析（环境扫描电子显微镜）说明了细菌混凝土中方解石沉淀的可能性。下图展示了裂缝中沉淀的方解石。

　　研究发现:混凝土基体中的抗碱性内生抱子细菌可以活跃地沉淀碳酸矿物，用于激活内生抱子的水可以通过裂缝进入混凝土结构。此外，细菌需要有机碳

　　进行矿物沉淀，并使其转化为无机碳，随后与游离钙沉淀形成碳酸钙。游离钙离子通常存在于混凝土基体中，但有机碳没有。而理想情况是有机碳也是混凝土基体的一部分，在这种情况下，只需要外部的水来激活混凝土中的细菌，就可以把混凝土基体中的有机碳转化成碳酸钙，从而实现裂缝的愈合。

　　基于此，研究人员设计了一个新的方法，即使用一种由细菌和底物混合组成的两组分生物愈合剂。将细菌和底物都储存在多孔膨胀粘土颗粒中，在混凝土的生产和硬化过程中保护了细菌，使其存活更长的时间直到需要自愈合。

　　试验制备了只添加底物和添加了底物及细菌的混凝土试样。养护56天后进行拉伸破坏试验使其部分开裂，然后放入一个渗透试验装置中，该试验装置24h提供侧向水压力。愈合后的裂缝在显微镜下的观测结果如图所示，同时检测了试样愈合后的渗透性。试验结果表明:细菌混凝土的裂缝愈合比具有相同成分但没有添加细菌的混凝土更有效。

　　透过裂缝渗入的CO2与混凝土基体的氢氧化钙反应产生碳酸钙，反应方程式为:CO2+Ca(OH)2一CaCO3+H2O在这种情况下，由于CO2数量有限，只产生了少量碳酸钙。同时裂缝表而的氢氧化钙将会溶解并从裂缝扩散，进入外部水溶液中。随着外部水溶液中CO2含量的增加，溶解的氢氧化钙将在远离裂缝的地方沉淀形成碳酸钙。而由于细菌进行碳酸钙的转化十分活跃，使得自愈合过程更加高效:

　　Ca(C3H5O2)2+7O2一CaCO3+5C02+5H2O

　　这个过程间接地和裂缝表而的氢氧化钙反应产生CO2。在后而的过程中，氢氧化钙并没有溶解扩散，而是直接与细菌产生的CO2反应生成碳酸钙，使得裂缝愈合效果更好。

　　由此看出，生物愈合剂的自愈合效果相对较好，可以作为以化学成分或水泥粘合剂为基础的自愈合剂的替代品。