微生物菌落体系对混凝土裂缝自修复效果的影响综述

开裂是混凝土结构常见的病害,裂缝为外界水和侵蚀性介质提供了通道,侵蚀性介质的进入会导致混凝土耐久性能加速劣化,严重影响工程结构的服役寿命。为有效阻止有害离子的侵入,延长构件服役期限,裂缝的及时修补是目前建筑业所共同面临的问题。微生物自修复混凝土受到了研究学者的广泛关注,与传统混凝土不同,微生物自修复混凝土赋予结构裂缝自诊断、自修复的功能,其主要修复体系可分为两种:一元修复体系和多元修复体系。本文从两种不同修复体系角度分析了微生物自修复混凝土的修复效果,总结了各体系下面临的关键问题,对比了两种体系下自修复效果的优缺点,并展望了基于微生物矿化的混凝土裂缝自修复研究的发展方向。对已有研究成果总结发现,若以一种具有矿化功能的核心菌体为基础,再加入厌氧型细菌辅助矿化,可实现裂缝深度修复,这种新型矿化体系为基于微生物矿化的自修复混凝土的研究提供了新思路。     

基于微生物矿化作用的混凝土自愈合性能研究进展

混凝土材料在实际服役阶段常常受到力学和环境因素的耦合作用,因"湿–热–化学–力"复杂应力使其内部较易产生微裂缝,有利于水分及腐蚀性离子的侵入,从而加速了钢筋混凝土结构耐久性劣化过程。为了延缓严酷环境下混凝土力学及耐久性能劣化过程,目前学者们通过微生物矿化技术对混凝土裂缝自愈合机理展开了大量研究。基于混凝土自愈合机理,针对微生物愈合的实现方式及其对耐久性的影响,对矿化作用下水泥基材料微生物自愈合研究进行了总结和讨论,最后综述了不同类型微生物诱导碳酸钙沉淀技术在水泥基材料中的应用。     

混凝土微生物自修复材料的研究进展

混凝土裂缝会影响建筑美观并破坏其结构安全性,一种新型混凝土微生物自修复材料可利用生物矿化菌特有的矿化代谢机制智能化修复混凝土裂缝,实现混凝土材料的自感知与自愈合,弥补传统混凝土的裂缝修复效果差、修复成本高、修复环保压力大等缺点.针对这一环境友好型材料,运用CiteSpace和知识图谱技术对国内外近十年来研究进展进行文献...     

基于微生物诱导矿化的混凝土表面缺陷及裂缝修复技术研究进展

微生物诱导矿化技术可用于修复混凝土表面缺陷及裂缝,针对这一技术,从防护修复机理、被动修复、自修复三方面,详细讨论了近年来国内外研究进展,分析了被动修复和主动自修复各自优势、存在的问题及对问题的解决方法。最后,结合其实际应用前景,对该技术进一步研究方向提出了建议。     

微生物技术在混凝土裂缝自修复中应用的研究进展(英文)

利用微生物诱导形成的碳酸钙沉淀来修复混凝土裂缝的技术得到了科研工作者广泛关注。该技术是预先在新拌混凝土中添加特殊微生物和合适的底物。一旦混凝土表面出现裂缝,混凝土中的微生物便与底物在裂缝处发生反应形成碳酸钙沉淀,所生成的碳酸钙沉淀可以填充或者修复裂缝。阐述了混凝土中不同细菌种类下的裂缝自修复机理、影响裂缝自修复效果的因素、表征自修复效果的方法以及基于微生物技术修复混凝土裂缝后的性能。     

低温微生物诱导碳酸钙沉积及其在混凝土裂缝修复中的应用研究

近些年来,对于混凝土裂缝的修复,微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)已成一种高效和环境友好的技术。本文选用一种可在低温环境下生长的矿化微生物,然后在碱性溶液中研究Ca²⁺浓度、pH值和钙化速率的变化,来揭示微生物诱导矿化的动态过程。随后,将此微生物应用到混凝土裂缝自修复中,同时采用裂缝愈合率和渗水系数来表征混凝土裂缝的自修复效果。试验结果表明,微生物能够快速降低溶液中的Ca²⁺浓度,并提高钙化速率,矿化产物主要是球状方解石CaCO₃。对于宽度小于0.50 mm的早期混凝土裂缝,在10 ℃的养护温度下,28 d修复后裂缝表面基本能被白色物质填充,渗水系数下降2个数量级,并且裂缝区修复产物主要是大小不一的球状方解石CaCO₃。     

混凝土微生物自愈合技术研究进展

为了抑制混凝土裂缝扩展所造成的结构损伤及由混凝土开裂带来的高额维修费用,采用微生物诱导碳酸钙沉淀实现混凝土微裂缝(300μm)的修复成为近年来的研究热点。本文对微生物自愈合混凝土的定义、分类、作用机理、影响因素以及愈合效果的评价指标等方面进行了文献综述,总结和评述了国内外混凝土微生物自愈合技术的最新研究进展和主要结论。研究发现,混凝土中的微裂缝主要由微生物的代谢产物—碳酸钙填充。除用于填充、修复微裂缝外,微生物代谢产生的矿物沉淀还能够改善混凝土的力学性能。此外,微生物修复后混凝土的孔隙率、吸水性、渗透性以及氯离子运输能力的降低也被认为是微生物愈合剂对混凝土结构耐久性改善的体现。因此,微生物作为混凝土愈合剂具备可持续修复裂缝的能力且可改善混凝土的力学性能和耐久性,从而达到修复和愈合混凝土的目的。最后,在分析已有研究成果的基础上,对混凝土微生物自愈合研究中存在的一些问题和未来的研究方向进行了讨论和展望。     

不同载体对于微生物矿化修复混凝土裂缝效果的研究进展

混凝土容易产生裂缝影响其耐久性,传统的修补法价格昂贵且效果一般,而微生物矿化修复裂缝技术具有较大的应用潜力.从固载方式和机理、载体材料及效果,存在问题和未来展望4个方面对近年来的微生物载体材料研究进行论述.微生物载体对激活芽孢形成营养细胞进行代谢,为芽孢提供营养物质以及混凝土抗压强度的影响较大,载体类型的探索具有很高的...     

水泥基材料裂缝微生物修复技术的研究与进展

混凝土结构因为开裂而失效的事故屡屡发生,这不仅给国家、人民带来了巨大的经济损失,而且还严重威胁着人们的人身安全.目前混凝土裂缝的修复技术主要有灌浆修复(水泥砂浆或环氧树脂)、电化学修复、微生物修复等.也有相当一部分科研人员根据生物体损伤修复的原理,在混凝土传统组分中复合特殊组分使其具有自修复功能,即令混凝土材料在出现损伤或裂缝时能自动触发修复机制使裂缝愈合.介绍了水泥基材料裂缝的微生物修复技术的研究与进展,分析了这种技术的优势及其存在的问题,展望了其发展趋势和应用前景,最后对该技术进一步的研究方向提出了建议.     

微胶囊自修复剂的研究进展

为验证微胶囊诱导碳酸钙沉淀可用于混凝土道面的修复，介绍了微胶囊自修复剂修复裂缝的研究进展，从微生物与砂浆之间的性能影响、微胶囊固载和裂缝修复效果三个方面进行了综述。探讨了微生物胶囊发展的应用评价和存在的问题，指出微生物修复混凝土裂缝是一种新型环保的自修复方式。微生物胶囊修复具有灵活性高、可自动捕捉裂缝和环境破坏性小等优点，可在很大程度上解决由混凝土道面裂缝引发的事故，降低危险，保障生命财产安全，有较好的发展前景。     

DAP超分子水凝胶驱动自修复水泥基材料

为了延长混凝土的使用寿命,发展了一种2,6-二[N-(羧乙基羰基)氨基]吡啶(DAP)超分子水凝胶驱动自修复水泥基材料和诱导羟基磷灰石自修复技术。DAP超分子水凝胶通过负载NH₄H₂PO₄,在碱性条件下实现修复剂的智能化响应释放。将负载修复剂的DAP超分子水凝胶和中空玻璃管复合制备自修复构件,并开展了裂缝修复和护筋性能试验。结果表明:经过28 d的修复,0.592 mm宽的裂缝表面被修复,修复产物为羟基磷灰石;加入修复构件后,能够减缓钢筋锈蚀。在裂缝处,自修复成分释放后生成的修复产物使得裂缝的底部被填堵,阻隔了有害离子和气体的入侵通道。     

基于ECC自愈能力的耐久性研究*

ECC是一种新型的高延性水泥基复合材料。与普通混凝土材料相比,ECC具有独特的微裂纹和应变硬化行为,具有较高的自愈合能力。因此,ECC在各种环境下比普通混凝土拥有更高的耐久性。为了研究ECC自愈能力与耐久性的关系,我们首先总结了ECC自愈能力的原因;然后,介绍了微生物法、玻璃胶囊填充愈合剂法、膨胀剂与其他外加剂等诱导ECC自愈的方法;最后,详细探讨了在冻融循环、酸腐蚀和疲劳条件下ECC自愈能力对其耐久性的影响。根据目前对于诱导自愈的研究现状,我们提出了要根据实际情况合理运用愈合剂来诱导ECC自愈的建议。     

基于ECC自愈能力的耐久性研究*

ECC是一种新型的高延性水泥基复合材料。与普通混凝土材料相比，ECC具有独特的微裂纹和应变硬化行为，具有较高的自愈合能力。因此，ECC在各种环境下比普通混凝土拥有更高的耐久性。为了研究ECC自愈能力与耐久性的关系，我们首先总结了ECC自愈能力的原因；然后，介绍了微生物法、玻璃胶囊填充愈合剂法、膨胀剂与其他外加剂等诱导ECC自愈的方法；最后，详细探讨了在冻融循环、酸腐蚀和疲劳条件下ECC自愈能力对其耐久性的影响。根据目前对于诱导自愈的研究现状，我们提出了要根据实际情况合理运用愈合剂来诱导ECC自愈的建议。     

外援型自修复聚合物材料研究进展

综述了近年来自修复聚合物材料的研究进展,根据自修复过程是否需要外加修复剂,聚合物基复合材料自修复方法主要包括外援型自修复和本征型自修复。结合近几年最新研究成果,归纳了几种典型的外援型自修复方法,主要包括空心纤维自修复、纳米粒子自修复、微胶囊自修复（双环戊二烯修复剂体系、环氧树脂修复剂体系等）、微脉管自修复、碳纳米管自修复等,系统阐述了这几种自修复方法的修复机理、自修复体系特点及研究现状。展望了自修复材料的研究前景：优化和开发新的修复剂体系以提高修复效率、实现真正意义上的仿生材料。     

Multiscale mechanical quantification of self-healing concrete incorporating non-ureolytic bacteria-based healing agent

This paper investigated non-ureolytic bacterially-induced precipitation of calcium carbonate as a self-healing strategy for concrete cracking. By incorporating bacteria and calcium source nutrients as a two-component healing agent in concrete matrix, the process of bacterially mediated calcium carbonate deposition was trigged upon crack formation and self-sealing of cracks can be expected. The effectiveness of healing was evaluated by mechanical tests in macroscale (flexural and ultrasonic pulse velocity) and nanoscale (nanoindentation), respectively. Both the repair method and the type of calcium source have a significant impact on the healing efficiency. The healing ratio and recovery ratios of flexural strength and modulus of the two-component self-healing with calcium glutamate were higher than that of control series by a factor of 2. A transition zone, whose average nanomechanical values were approximately 20% higher than that of outer precipitates, acted as a strong bond between the matrix and deposited layer from calcium glutamate.     

Self-healing polymeric materials based on microencapsulated healing agents: From design to preparation

Inspired by naturally occurring species that allow for self-healing of nonfatal harm, self-healing polymeric materials have been prepared and represent a component of the intelligent materials family. These materials possess the inherent ability to rehabilitate damage produced during manufacturing and/or usage. The self-healing methodologies developed to date can be classified as intrinsic or extrinsic according to the method used to deliver the healing components to the target site in the material. Intrinsic self-healing operates through inter- or intra-macromolecular interactions, whereas extrinsic self-healing makes use of a pre-embedded healing agent. Extrinsic self-healing can be more easily realized in commercially available polymers because no structural modification of the matrix molecules is required. In recent years, extrinsic self-healing based on microencapsulated healing agents has attracted growing interest. Extrinsic self-healing in a variety of materials (including thermosets, thermoplastics, rigid, and elastomeric materials) has been demonstrated and offers recovery of both mechanical and non-structural functional properties. Self-healing based on microcapsules can deliver further results if combined with intrinsic self-healing. Using a bottom-up perspective, the current article presents a comprehensive review of recent progress in this field from the viewpoint of material design and preparation. The topics presented include (i) a basic overview of self-healing systems, (ii) microencapsulation techniques (e.g., in situ polymerization, interfacial polymerization, Pickering emulsion templating, miniemulsion polymerization, solvent evaporation/solvent extraction, sol–gel reaction, etc.), (iii) crack response of microcapsules, and (iv) healing chemistries (e.g., ring-opening metathesis polymerization, polycondensation, anionic ring opening polymerization, cationic polymerization, free radical polymerization, addition reaction, etc.). The strengths and weaknesses of each microencapsulation technique and type of healing chemistry are analyzed and compared. Additionally, formulation optimization (including species of healing agent and wall substance of capsules), processing, structure and property relationship, healing mechanisms, and stability are discussed. Trends and challenges are summarized at the end of the review. The scope of this review is to provide the reader with an overview of achievements to date and insight into future development for engineering applications.     

Nitrate reducing CaCO3 precipitating bacteria survive in mortar and inhibit steel corrosion

Microbial healing of concrete cracks is a relatively slow process, and meanwhile the steel rebar is exposed to corrosive substances. Nitrate reducing bacteria can inhibit corrosion and provide crack healing, by simultaneously producing NO₂⁻ and inducing CaCO₃ precipitation. In this study, the functionality of one non-axenic and two axenic NO₃⁻ reducing cultures for the development of corrosion resistant self-healing concrete was investigated. Both axenic cultures survived in mortar when incorporated in protective carriers and became active 3 days after the pH dropped below 10. The non-axenic culture named “activated compact denitrifying core” (ACDC) revealed comparable resuscitation performance without any additional protection. Moreover, ACDC induced passivation of the steel in corrosive electrolyte solution (0.05 M NaCl) by producing 57 mM NO₂⁻ in 1 week. The axenic cultures produced NO₂⁻ up to 26.8 mM, and passivation breakdown and pitting corrosion were observed. Overall, ACDC appears suitable for corrosion resistant microbial self-healing concrete.