自修复混凝土、预制再生骨料混凝土组合楼板及制备方法
技术领域
本发明涉及建筑工程中的组合柱，涉及一种自修复混凝土、预制再生骨料混凝土组合楼板及制备方法，特别涉及一种自修复混凝土及其制备方法，以及预制再生骨料混凝土组合楼板及其制备方法。
背景技术
组合楼板又可称为楼承板、承重板、楼层板、楼盖板、钢承板，是指压型钢板不仅作为混凝土楼板的永久性模板，而且作为楼板的下部受力钢筋参与楼板的受力计算，与混凝土一起共同工作形成组合楼板。
随着工业化、城市化进程的加速，建筑业也同时快速发展，相伴而产生的建筑垃圾日益增多。然而，绝大部分建筑垃圾未经任何处理，便被运往郊外或乡村，露天堆放或填埋，耗用大量的征用土地费、垃圾清运费等建设经费，同时，清运和堆放过程中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染。现有技术通过建筑垃圾资源化生产线将建筑垃圾经分拣、剔除或粉碎后得到一部分再生骨料，再生骨料可以在一定程度上代替天然骨料。合理的利用再生骨料替代天然骨料具有变废为宝、节能减排、经济效益显著等功效。
近年来，国家大力发展装配式建筑，其中，组合楼板是建筑中必备的部品构件，它的所有构件在工厂预制完成，然后运输至施工现场进行组装，省时省工，有着很多不可比拟的优势；不需要支设模板，也不需要浇水养护，节省了水资源和养护时间，极大缩短工期，减少了现场材料和设备的消耗，减轻了传统建筑施工对社会所造成的扬尘、噪声等危害。但是现有组合楼板在使用过程中不可避免的会产生裂缝。组合楼板的裂缝是一个小则影响美观甚至使用，大到影响结构安全的严重性问题，究其根源，不外乎设计方面因素、施工方面因素、材料方面因素及使用方面因素。并且由于当前探测技术的局限性，检测并修复这些微裂缝仍存在较大的难度并且采用传统人工后期修复维护方法，不仅经济成本高且修复效果会随时间显著退化，使得组合楼板裂缝修复成为阻碍组合楼板更广范应用的瓶颈问题。因此，有必要研制出一种具有裂缝自诊断、自修复的组合楼板，以满足当前建筑领域对组合楼板的特殊要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自修复混凝土及其制备方法，以及预制再生骨料混凝土组合楼板及其制备方法。解决了现有组合楼板在使用过程中产生不可避免的裂缝，检测并修复这些微裂缝仍存在较大的局限以及后期修复成本高等问题。
一种自修复混凝土，所述的自修复混凝土为微生物自修复混凝土，所述的微生物自修复混凝土按体积百分比计，由混凝土配料、再生骨料和巴氏芽孢杆菌菌液组成；
所述的再生骨料的体积掺量为微生物自修复混凝土总体积的15％～45％，巴氏芽孢杆菌菌液的体积掺量为微生物自修复混凝土总体积的40％～50％；
所述的混凝土配料按体积百分比计，由砂、石、水泥和水组成，砂：石：水泥：水＝(3.0～3.2):(1.6～2.0):(1.00～1.3):(0.45～0.65)；
所述的巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为(1～1.2)，菌体浓度为2×109～ 2.4×109cfu/ml。按质量比计，再生骨料：巴氏芽孢杆菌菌体干粉＝1：(0.007～ 0.013)。
一种自修复混凝土的制备方法，用于制备本发明所述的自修复混凝土，将再生骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液，然后与混凝土配料混合而成，所述的再生骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液的过程为：巴氏芽孢杆菌菌液低温-4℃～0℃放置12 小时后，取再生骨料置于负压真空泵，再加入巴氏芽孢杆菌菌液进行吸附，真空负压为0.6Mpa浸渍吸附时间为30～40min。
进一步的，所述的水泥为PO 42.5级，密度为3100kg/m3；所述砂的细度模数为3.0～2.3，平均粒径为0.23～0.50mm；所述石的表观密度为2670～ 2800kg/m3，含水量为3.35～3.48％，吸水率为1.77～1.91％；
所述的再生骨料由再生粗骨料和再生细骨料组成，所述的再生粗骨料粒径为5～10mm，所述的再生细骨料粒径小于5mm，再生粗骨料与再生细骨料的质量比(1～1.5):(2.8～3.2)。
进一步的，所述的水泥为PO 42.5级，密度为3100kg/m3；所述砂的细度模数为3.0～2.3，平均粒径为0.23～0.50mm；所述石的表观密度为2670～ 2800kg/m3，含水量为3.35～3.48％，吸水率为1.77～1.91％；
所述的再生骨料由再生粗骨料和再生细骨料组成，所述的再生粗骨料粒径为5～10mm，所述的再生细骨料粒径小于5mm，再生粗骨料与再生细骨料的质量比(1～1.5):(2～3.2)
一种预制再生骨料混凝土组合楼板，包括型钢梁、沿多个所述型钢梁长度方向设置的预制楼板以及多个设置在预制楼板上的自修复混凝土层，所述的预制楼板包括水平预设的压型钢板和设置在压型钢板上的预制混凝土层，所述的预制混凝土层内设置钢筋笼；
所述的自修复混凝土层包括本发明所述的自修复混凝土。
进一步的，所述的钢筋笼包括若干个钢筋网片，所述的钢筋网片包括相互垂直的均匀布设的第一钢筋和第二钢筋，所述的第一钢筋与所述型钢梁的长度方向平行。
进一步的，所述的预制再生骨料混凝土组合楼板还设置连接件，所述的连接件依次穿过压型钢板和预制混凝土层与型钢梁固定连接，所述的压型钢板与型钢梁垂直设置。
进一步的，所述的压型钢板为开口楼承板压型钢板；连接件为圆柱形焊钉，采用电弧焊穿透所述压型钢板焊接在所述型钢梁上翼缘位置。
一种预制再生骨料混凝土组合楼板的制备方法，将预制再生骨料混凝土组合楼板的各部件按权本发明所述的预制再生骨料混凝土组合楼板的结构进行搭建，搭建完毕后，浇筑权利要求1所述的自修复混凝土，养护成型即得预制再生骨料混凝土组合楼板，浇注时，板底不采用支撑，其余构件均采用跨中支撑。
进一步的，所述的自修复混凝土按以下步骤进行制备：
将再生骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液，然后与混凝土配料混合而成，按体积百分比计，所述的再生骨料由再生粗骨料和再生细骨料组成，所述的再生粗骨料粒径为5～10mm，所述的再生细骨料粒径小于5mm，再生粗骨料与再生细骨料的质量比为1:2，体积掺量为35％，混凝土配料按体积百分比计，混凝土按照砂、石、水泥和水的配合比为3.10:1.75:1.00:0.50进行配料，所述的巴氏芽孢杆菌菌液，体积掺量为45％。
本发明的与现有技术相比具有以下技术效果：
本发明中所述组合楼板的混凝土层采用自制的微生物自修复混凝土对常规混凝土进行替换，解决了以往采用现有组合楼板时由于种种原因导致组合楼板板面产生大量裂缝以及采用传统人工后期修复维护方法所产生的高经济成本和修复效果随服役龄期显著退化等问题；采用再生骨料作为微生物载体，一方面是由于相较于普通骨料来说，再生骨料多孔的性质使得其成为更好的载体，另一方面作为建筑垃圾资源化的产物，再生骨料的利用起到变废为宝、贯彻国家节能环保政策等效能。采用微生物自修复混凝土进行特定部位的浇筑，可以针对性的对混凝土组合柱开裂的部位进行加固，使得组合楼板的使用性能提高，得到能够自动修复裂缝，并且使用寿命延长。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为实施例的自修复组合楼板结构示意图；
图2为实施例的自修复组合楼板裂缝(a)和14天后修复裂缝的对比图(b)；
图3为对比例一(图a)、对比例二(图b)、对比例三(图c)和实施例一(d)中的自修复组合楼板裂缝同期修复情况对比图；
图4为组合楼板几种常见裂缝形式示意图；
图5为组合楼板中所述自修复混凝土浇筑区域示意图；
图6为实施例一中试件在电子显微镜下裂缝处生成产物示意图。
附图中各标号表示：
1、压型钢板；2、钢筋笼；3、钢筋网片；4、型钢梁；5、自修复混凝土层。
具体实施方式
本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
为使本领域技术人员更好地理解本发明的产品及方法，下面以实施例说明制备过程。同时与对比例比较，以说明本发明的优点。如未特别说明，本发明采用的设备均为本领域常规设备。
再生骨料取自建筑垃圾，是天然骨料与水泥基水化凝结后形成的产物。所述再生骨料和天然骨料相比，其表面特征有很大差异：再生骨料表面包裹着一定量的砂浆和水泥素浆(水泥石)，其黏附的多少和程度取决于骨料破碎的工艺、设备和原生混凝土的强度等级。破碎出来的再生骨料颗粒表面凸凹不平，非常粗糙、多孔隙、多棱角。与天然骨料相比，再生骨料中的成分也比较复杂，除原生的天然骨料外，还含有少量的砖骨料、砂浆骨料、水泥石骨料，其中，再生骨料在经历垃圾分级分拣后处于被老旧砂浆包裹呈现出疏松多孔的状态。因此所述再生骨料附着砂浆的固有多孔性质使其有作为增强再生骨料制备自修复组合楼板的可行性，同时其较高的强度能使所述自修复组合楼板的各项性能得到提高。
自修复混凝土进行裂缝自修复原理为：当本发明的混凝土层出现细微裂缝后，裂缝的扩展致使裂缝部位附近的再生骨料颗粒发生破裂，空气中的水与氧气通过裂缝进入混凝土内部导致处于休眠状态的巴氏芽孢杆菌孢子苏醒，恢复代谢功能，与所述自修复混凝土层中的营养物质发生化学反应或生物代谢反应，形成碳酸钙沉淀填充裂缝，达到修复裂缝的目的。所述巴氏芽孢杆菌的存在，不仅可以促使矿物的生成，同时可以为矿物的沉积提供成核地点。
巴氏芽孢杆菌(拉丁学名Bacillus pasteurii)，购自陕西省微生物研究所的巴氏芽孢杆菌菌液。如未特别说明，本发明采用的设备均为本领域常规设备。如未特别说明，本发明采用的材料均为市售。
实施例1：
本实施例提供一种自修复混凝土，自修复混凝土为微生物自修复混凝土，所述的微生物自修复混凝土按体积百分比计，由混凝土配料、再生骨料和巴氏芽孢杆菌菌液组成；其中菌液体积比取水密度值换算质量比；其它组分体积比换算质量比称重；
所述的再生骨料的体积掺量为微生物自修复混凝土总体积的15％～45％，巴氏芽孢杆菌菌液的体积掺量为微生物自修复混凝土总体积的40％～50％；所述的混凝土配料按体积百分比计，由砂、石、水泥和水组成，砂：石：水泥：水＝(3.0～3.2):(1.6～2.0):(1.00～1.3):(0.45～0.65)；
具体为：砂、石、水泥和水的配合比为3.10:1.75:1.00:0.50进行配料，再加入体积掺量为45％的巴氏芽孢杆菌菌液，其中菌液体积比取水密度值换算质量比；再生骨料与菌的质量比为1：0.0025。
所述的巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为1.2，质量掺量为水泥的0.25％，菌体浓度为2×109～2.4×109cfu/ml。液体培养基由有机蛋白质与碳酸钠溶液及碳酸氢钠溶液混合而成，其中碳酸钠溶液及碳酸氢钠溶液与有机蛋白质的质量比为10％到20％，碳酸钠溶液的波美度为20到50°Bé。
一种自修复混凝土的制备方法，用于制备本发明所述的自修复混凝土，具体将再生骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液，然后与混凝土配料混合而成，所述的再生骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液的过程为：取购自陕西省微生物研究所的巴氏芽孢杆菌菌液低温-4℃～0℃放置12小时后，先取再生骨料置于负压真空泵，再加入菌液振捣摇匀使之较均匀分布在再生骨料表面，在真空负压为0.6Mpa条件下吸附35min，转移再生骨料于烘箱内恒温40℃烘干24小时。
水泥为PO 42.5级，再生粗骨料与再生细骨料的质量比(1～1.5):(2～ 3.2)，本实施例再生骨料由再生粗骨料与再生细骨料的按照1:2的配比混合而成，所述再生骨料体积掺量为35％；再生粗骨料粒径为5～10mm，再生细骨料粒径小于5mm；再生骨料是由再生粗骨料与再生细骨料按照不同的体积配比混合而成；再生骨料表观密度不大于1950kg/m3，压碎指标为18.0％，含水率为1.68％，吸水率为3.93％。
本实施例还公开了一种预制再生骨料混凝土组合楼板，包括型钢梁4、沿多个所述型钢梁4长度方向设置的预制楼板以及多个设置在预制楼板上的自修复混凝土层5，所述的预制楼板包括水平预设的压型钢板1和设置在压型钢板1上的预制混凝土层，所述的预制混凝土层内设置钢筋笼2；
其中，自修复混凝土层5包括本发明所述的自修复混凝土，即微生物自修复混凝土，也可包括常见的自修复混凝土。
根据《组合楼板设计与施工规范》(CECS-2732010)的规定将特定配比的砂、石、水泥、水与微生物浸渍再生骨料混合拌制，制备所述自修复混凝土用于浇筑所述自修复混凝土层。
钢筋笼2包括若干个钢筋网片3，钢筋网片3包括相互垂直的均匀布设的第一钢筋和第二钢筋，第一钢筋与所述型钢梁4的长度方向平行。钢筋网片3 等高对其布置。
预制再生骨料混凝土组合楼板还设置连接件3，连接件3依次穿过压型钢板1和预制混凝土层与型钢梁4固定连接，压型钢板1与型钢梁4垂直设置，可选的，压型钢板1为开口楼承板压型钢板1。连接件3为圆柱形焊钉，采用电弧焊穿透所述压型钢板1焊接在所述型钢梁4上翼缘位置。
因此，本实施例还给出一种预制再生骨料混凝土组合楼板的制备方法，将预制再生骨料混凝土组合楼板的各部件按本发明所述的预制再生骨料混凝土组合楼板的结构进行搭建，搭建完毕后，浇筑本发明所述的自修复混凝土，自修复混凝土层5将压型钢板、钢筋笼浇筑为一体，楼板宽度、板的跨度、钢梁支座、梁高、翼缘宽度等均在符合《组合楼板设计与施工规范》(CECS 273:2010) 的前提下根据实际情况选取，型钢梁与楼板的板肋垂直。采用圆柱头焊钉依次穿过压型钢板1和预制混凝土层与型钢梁4固定连接，形成预制再生骨料混凝土组合楼板，浇注时，板底不采用支撑，其余构件均采用跨中支撑。
作为其中一个优选的实施例，自修复混凝土按以下步骤进行制备：
将再生骨料浸渍巴氏芽孢杆菌菌液，然后与混凝土配料混合而成，按体积百分比计，所述的再生骨料由再生粗骨料和再生细骨料组成，所述的再生粗骨料粒径为5～10mm，所述的再生细骨料粒径小于5mm，再生粗骨料与再生细骨料的质量比为1:2，体积掺量为35％，混凝土配料按体积百分比计，混凝土按照砂、石、水泥和水的配合比为3.10:1.75:1.00:0.50进行配料，所述的巴氏芽孢杆菌菌液，体积掺量为45％。
在组合楼板多种荷载下的开裂形式，在易开裂的部位采用浇筑微生物自修复混凝土的方式来减少裂缝的产生和进一步开裂的趋势。根据所受载荷不同可预估裂缝开裂的不同位置，所述自修复混凝土浇筑区域不同。
本实施例1的制备条件下，组合楼板出现下列开裂形式：裂缝形式出现在整个板面上，裂缝走向与板肋垂直，时有时无，但基本上在一条直线上，相邻裂缝呈平行状态，裂缝两侧大约20mm范围内的混凝土看上去较干燥。如图4 (d)所示。针对此裂缝开裂形式，特采取如图5(c)所示浇筑方式，其中阴影部分表示的是所述自修复混凝土浇筑区。
组合楼板的极限承载能力受叠合面的纵向抗剪能力控制。本发明以再生骨料为载体的自修复组合楼板、现有的以膨胀珍珠岩为载体的自修复组合楼板和普通混凝土组合楼板进行荷载试验，研究了单跨简支组合楼板的极限承载能力。试件1、试件2和试件3分别表示同批试件的不同个体，减少混凝土离散性造成的误差。
试验结果如表1所示，从表中可以看出：修复后的以再生骨料为载体的自修复组合楼板极限承载能力高于以膨胀珍珠岩为载体的自修复组合楼板和普通混凝土组合楼板，其极限承载力分别提升6.63％和11.52％。
表1不同混凝土组合楼板极限承载力
图6为实施例1中的预制再生骨料混凝土组合楼板在电子显微镜下裂缝处生成产物示意图。
实施例2(对比例1)：
本实施例提供一种装配式预制再生骨料自修复混凝土组合楼板，制备方法同实施例1；不同之处在于本对比例不添加再生骨料。
进一步地，该条件下裂缝形式基本出现在组合楼板与柱相交的角部，柱角产生裂缝延展到组合楼板后的状态，该裂缝形状呈“T”型，“T”型裂缝的横向裂缝绕柱边缘发展，竖向裂缝与横向裂缝呈一定夹角发展，发展方向偏向顺板肋方向的主梁，而不是沿45°方向发展，这种形式的裂缝一般出现的范围较小，对结构影响也不大。
所述组合楼板出现如图4(a)所示裂缝开裂形式，针对其裂缝开裂形式，特采取如图5(a)所示浇筑方式，其中阴影部分表示的是所述自修复混凝土浇筑区。
实施例3(对比例2)：
本实施例提供一种装配式预制再生骨料自修复混凝土组合楼板，制备方法同实施例1；不同之处在于，再生骨料的添加量为15％。
该条件下裂缝形式出现在整个板面上，裂缝走向与板肋平行，裂缝两侧一定宽度范围内混凝土看上去较干燥，干燥带比其他形式裂缝的干燥带都要宽。这种形式的裂缝一般不会影响结构承载力。
所述组合楼板出现如图4(b)所示裂缝开裂形式，针对其裂缝开裂形式，特采取如图5(b)所示浇筑方式，其中阴影部分表示的是所述自修复混凝土浇筑区。
实施例4(对比例3)：
本实施例提供一种装配式预制再生骨料自修复混凝土组合楼板，制备方法同实施例1；不同之处在于，再生骨料的添加量为25％。
该条件下裂缝形式出现在顺板肋方向的主梁轴线上，裂缝的宽度和长度一般较大，数量较多，这种形式的裂缝的出现没有改变结构，一般不会降低结构承载力，但该裂缝如不及时控制，会产生大量裂缝，最终影响结构正常使用。
所述组合楼板出现如图4(c)所示裂缝开裂形式，针对其裂缝开裂形式，特采取如图5(c)所示浇筑方式，其中阴影部分表示的是所述自修复混凝土浇筑区。
实施例5(对比例4)：
本对比例提供一种装配式预制再生骨料自修复混凝土组合楼板，制备方法同实施例1；不同之处在于再生骨料是由再生粗骨料与再生细骨料按照1:1的配比混合而成。
所述组合楼板出现如图4(d)所示裂缝开裂形式，针对其裂缝开裂形式，特采取如图5(c)所示浇筑方式，其中阴影部分表示的是所述自修复混凝土浇筑区。
实施例6(对比例5)：
本对比例提供一种装配式预制再生骨料自修复混凝土组合楼板，制备方法同实施例1；不同之处在于再生骨料是由再生粗骨料与再生细骨料按照1:3的配比混合而成。
所述组合楼板出现如图4(d)所示裂缝开裂形式，针对其裂缝开裂形式，特采取如图5(c)所示浇筑方式，其中阴影部分表示的是所述自修复混凝土浇筑区。
上述实施例的试件浇筑成型后静置48h脱模，在85±5％RH和22±2℃条件下养护7d后预置裂缝。试验采用反力架，300KN液压千斤顶固定在反力架箱型钢梁上，通过二级加载分配梁，对楼板作用等效均布荷载，每次试验加预压力5KN，反复两次，然后复零位。荷载以每级5KN逐渐增大，当楼板跨中出现细裂缝时，减小荷载级增量至2KN，逐渐增大荷载，直至出现预期裂缝。加载过程中通过150X裂缝观测仪观察侧面裂缝开展情况，并对每个试件受压后的各个面开展的裂缝宽度进行测定记录，当试件的侧面出现0.2～0.5mm裂缝即停止加载并于持荷90s后卸载，取下后在每个试件中选取裂缝宽度为 0.25～0.40mm的裂缝3条进行标注；随后试件洒水养护，通过150X裂缝观测仪和电子扫描显微镜(10000X)分别测定修复0天、7天、14天、21天、28 天后的性能以及生成物的具体成分，剩余裂缝宽度值的测定为3条裂缝测定的平均值。测定结果如表2、表3所示：
表2不同取代率下的裂缝修复进程
经过试验比较得知，上述对比例中的所述再生骨料载体的取代率为35％的自修复组合楼板在同一时间内裂缝的闭合程度相较于其他取代率下的修复效果为最优，并且以此取代率为基础浇筑的所述再生骨料载体的自修复组合楼板能达到最佳的自修复效能，并保证自身力学性能，具有极高的实用性和经济性。
表3不同配合比下的裂缝修复进程
经过试验比较得知，上述对比例中的所述再生粗细骨料的配合比为1:2的自修复组合楼板在同一时间内裂缝的闭合程度相较于其他配合比下的修复效果为最优，并且以此配合比为基础浇筑的所述再生骨料载体的自修复组合楼板能达到最佳的自修复效能，并保证自身力学性能，具有极高的实用性和经济性。
本实施例给出的再生骨料载体的自修复组合楼板使其使用性能提高，得到能够自动修复裂缝，并且使用寿命延长，同样起到建筑垃圾资源化、微生物自修复的混凝土结构性能好的效果。
上列实施例，对本发明的目的、技术方案和有点进行了进一步地详细说明，所应说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所发明的内容。
