自愈混凝土（3）

　　據調查結果顯示:在美國有577000座公路橋，其中69%以上都有混凝土的橋面板，超過25年的橋面板大都己經翻新或需要修復。美國大壩委員會統計，1972年以前發生大壩病害事故349起，其中嚴重破壞甚至廢棄的重大事故有74起，威脅公眾安全的大壩有160座。國內的建設規模雖不如發達國家，工程歷史也不長，但也存在較嚴重的混凝土工程損害情況。據對我國70座大壩調查結果，有裂縫者占100%，滲漏溶蝕占87. 5%，沖刷磨損及空蝕占68. 8%,碳化和鋼筋銹蝕局部破損占43. 8%，水質侵蝕占28%，凍融局部破壞占15. 6%。從以上分析可知:混凝土的應用是非常普遍的，裂縫在混凝土中的存在也具有普遍性。

　　混凝土裂縫的產生，如果根據裂縫產生的原因則可以劃分成兩大類，一個是結構性的裂縫，另一個就是非結構性的裂縫。如果按照裂縫產生時間則可以分為施工過程中出現的裂縫和使用過程中出現的裂縫。

　　在實際應用當中，比較常見的裂縫就是由化學反應所引起的裂縫。其中，堿骨料的反應所產生的裂縫和鋼筋的銹蝕所產生的裂縫是混凝土結構中最常見的。混凝土在拌合之后就會出現一些堿性的離子，然后這些離子就會和一些活性的骨料發生化學反應，從而引起體積膨脹，造成混凝土的酥松、開裂。這種裂縫一般情況下發生在混凝土結構使用的時候，如果出現這種裂縫，那么就會很不好修補了。

　　5．自愈合混凝土

　　5.1. 細菌混凝土

　　一般存活于極度干燥的環境(如沙漠)甚至超堿性環境中的細菌形成抱子的能力很強，而且其生存環境與混凝土內部環境相似。這些干燥或耐堿性細菌具有極低的代謝活性，能夠抵抗較高的機械應力和化學誘導應力，并有較長的壽命。目前己對耐堿性的內生抱子細菌在提高混凝土自愈合能力方而進行了相關研究，并通過ESEM分析（環境掃描電子顯微鏡）說明了細菌混凝土中方解石沉淀的可能性。下圖展示了裂縫中沉淀的方解石。

　　研究發現:混凝土基體中的抗堿性內生抱子細菌可以活躍地沉淀碳酸礦物，用于激活內生抱子的水可以通過裂縫進入混凝土結構。此外，細菌需要有機碳

　　進行礦物沉淀，并使其轉化為無機碳，隨后與游離鈣沉淀形成碳酸鈣。游離鈣離子通常存在于混凝土基體中，但有機碳沒有。而理想情況是有機碳也是混凝土基體的一部分，在這種情況下，只需要外部的水來激活混凝土中的細菌，就可以把混凝土基體中的有機碳轉化成碳酸鈣，從而實現裂縫的愈合。

　　基于此，研究人員設計了一個新的方法，即使用一種由細菌和底物混合組成的兩組分生物愈合劑。將細菌和底物都儲存在多孔膨脹粘土顆粒中，在混凝土的生產和硬化過程中保護了細菌，使其存活更長的時間直到需要自愈合。

　　試驗制備了只添加底物和添加了底物及細菌的混凝土試樣。養護56天后進行拉伸破壞試驗使其部分開裂，然后放入一個滲透試驗裝置中，該試驗裝置24h提供側向水壓力。愈合后的裂縫在顯微鏡下的觀測結果如圖所示，同時檢測了試樣愈合后的滲透性。試驗結果表明:細菌混凝土的裂縫愈合比具有相同成分但沒有添加細菌的混凝土更有效。

　　透過裂縫滲入的CO2與混凝土基體的氫氧化鈣反應產生碳酸鈣，反應方程式為:CO2+Ca(OH)2一CaCO3+H2O在這種情況下，由于CO2數量有限，只產生了少量碳酸鈣。同時裂縫表而的氫氧化鈣將會溶解并從裂縫擴散，進入外部水溶液中。隨著外部水溶液中CO2含量的增加，溶解的氫氧化鈣將在遠離裂縫的地方沉淀形成碳酸鈣。而由于細菌進行碳酸鈣的轉化十分活躍，使得自愈合過程更加高效:

　　Ca(C3H5O2)2+7O2一CaCO3+5C02+5H2O

　　這個過程間接地和裂縫表而的氫氧化鈣反應產生CO2。在后而的過程中，氫氧化鈣并沒有溶解擴散，而是直接與細菌產生的CO2反應生成碳酸鈣，使得裂縫愈合效果更好。

　　由此看出，生物愈合劑的自愈合效果相對較好，可以作為以化學成分或水泥粘合劑為基礎的自愈合劑的替代品。