复合微生物胶囊、其制备方法及自修复水泥砂浆与流程

本发明涉及建筑材料，具体为复合微生物胶囊、其制备方法及自修复水泥砂浆。

背景技术：

1、水泥砂浆作为建筑工程中应用最广泛的胶凝材料之一，在施工、使用及环境作用下，易因温度变化、荷载作用、收缩变形等产生微裂缝。裂缝的产生会破坏砂浆基体的完整性，导致水分、有害离子等侵入，加速结构老化，降低力学性能与耐久性，甚至影响结构安全，增加后期维修维护成本。

2、为解决上述问题，自修复技术成为建筑材料领域的研究热点。其中，微生物诱导碳酸钙沉积（micp）技术因绿色环保、修复效果持久等优势，被广泛应用于水泥基材料自修复领域。但现有微生物自修复水泥砂浆存在诸多不足：单一菌种修复效率低、修复范围有限；微生物在水泥砂浆碱性环境中易失活，难以长期保持活性；微生物与营养物质易提前释放，无法精准作用于裂缝部位；同时，胶囊壁材性能不佳，易在搅拌过程中破裂，或难以被裂缝应力触发，影响修复效果。因此，研发一种能保障微生物活性、精准缓释、修复效率高且兼顾基体性能的胶囊复合微生物可自修复水泥砂浆，具有重要的工程意义与应用价值。

技术实现思路

1、本发明提出一种复合微生物胶囊及其制备方法，以用于水泥砂浆提供自修复能力，解决微生物易失活、缓释精准度低、修复效果差及基体性能与修复效率难以兼顾的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明的第一个方面在于，提供一种复合微生物胶囊，其包括从内至外的微生物芯层、过渡层、修复层及防护层；其中：

4、所述微生物芯层包括微生物内层及乙基纤维素壁层；所述微生物内层包括负载有复合菌和固态培养基的大孔吸附树脂，复合菌由巴氏芽孢杆菌、酿酒酵母、胶质芽孢杆菌按质量配比（5-8）：1：（1-3）组成；

5、所述过渡层包括羟丙基甲基纤维素及纳米氧化锌，纳米氧化锌占过渡层总质量的2-5%；

6、所述修复层包括含修复剂，包括质量比为（2-4）:1:（0.2-0.8）的水泥、氯化钙和偏高岭土，以及添加有0.5-2wt%的改性蒙脱土和1-3wt%的铝酸盐类速凝剂。

7、进一步地，所述复合微生物胶囊的粒径为2-4mm；

8、和/或，所述乙基纤维素壁层厚度为0.5-1.5mm；

9、和/或，所述过渡层厚度为0.6-1.6mm；

10、和/或，所述修复层的厚度为0.5-1.0mm；

11、和/或，所述防护层的厚度为0.2-0.5mm。

12、进一步地，所述大孔吸附树脂负载复合菌的量为108-109个/100g；和/或，所述大孔吸附树脂的粒径为0.1-1mm。

13、进一步地，所述固态培养基按重量份计组成为胰蛋白胨15-25g、大豆蛋白胨3-5份、葡萄糖2-5份、氯化钠5-8份、磷酸氢二钾0.5-1.5份。

14、进一步地，所述防护层为分子量为8000-10000的聚己内酯。

15、本发明的第二个方面在于，提供第一个方面所述复合微生物胶囊的制备方法，其步骤包括：

16、s1.将含有复合菌的菌泥与固态培养基分散至水中，加入大孔吸附树脂后搅拌至充分吸附，过滤收集树脂颗粒，并低温干燥得到微生物内层颗粒；

17、s2.向微生物内层颗粒表面喷覆羟丙基甲基纤维素溶液，干燥形成微生物芯层；

18、s3.向微生物芯层表面喷覆分散有纳米氧化锌的羟丙基甲基纤维素溶液，干燥形成过渡层；

19、s4.向过渡层表面喷覆含有修复剂、改性蒙脱土和铝酸盐类速凝剂的混合液，干燥形成修复层；

20、s5.向修复层表面喷覆防护剂溶液，干燥得到自修复胶囊。

21、本发明的第三个方面在于，提供一种具有自修复功能的水泥砂浆，其包括基体材料和自修复胶囊；所述自修复胶囊为第一个方面所述复合微生物胶囊，或第二个方面所述制备方法得到的复合微生物胶囊。

22、进一步地，所述复合微生物胶囊占比为基体材料质量的3-4%。

23、进一步地，所述水泥砂浆按每立方米计，包含如下的基体材料组成：po42.5普通硅酸盐水泥450-500kg、粒径0.15-4.75mm的砂料1300-1400kg及适量ph值为6.5-7.5的水，基体材料的水胶比为0.40-0.45。

24、进一步地，所述的水泥砂浆还包括占基体材料质量0.2-0.3%的减水剂及0.05%的消泡剂。

25、本发明的第四个方面在于，提出第三个方面所述水泥砂浆在自修复建筑材料中的应用。

26、相对于现有技术，本发明的有益效果至少在于：

27、本发明提出的复合微生物胶囊能够有效解决微生物易失活、缓释精准度低、修复效果差及基体性能与修复效率难以兼顾的问题，具体包括：

28、1）解决核心痛点，修复稳定性显著提升：增设聚己内酯防护壳，可有效隔绝搅拌阶段的拌合水与水泥砂浆的碱性环境，彻底避免中层修复剂提前反应失效，确保修复剂在裂缝产生、防护壳破裂后才接触水分发生反应，保障自修复功能的稳定性与可靠性；

29、2）修复协同性强，兼顾速度与耐久性：采用双层分层设计，二者互不干扰，外层修复剂快速封堵浅层裂缝（1-2h初步固化），阻断有害介质侵入；内层微生物实现深度胶结（40d完成全程修复），形成“快速应急+长期耐久”的双重修复效果，解决单一修复技术速度慢、耐久性差的问题；

30、3）微生物活性保障充分：碱阻隔离过渡层、内层乙基纤维素壁材搭配蒙脱土改性，有效隔绝防护壳、外层修复剂与水泥砂浆的碱性环境实现修复时序可控，修复剂与微生物分步激活，无相互干扰，确保微生物休眠期≥6个月，存活率≥95%，裂缝产生时能快速激活代谢，保障深度修复效果；

31、4）基体性能与修复功能兼顾：三层胶囊掺量与水胶比经优化设计，聚己内酯防护壳与砂浆基体相容性优异，且可被微生物代谢分解，不影响基体强度；外层修复剂与砂浆基体粘结紧密，内层微生物代谢产物不影响基体性能，使水泥砂浆既具备优异力学性能，又拥有高效自修复功能，修复后抗压强度恢复率≥105%；

32、5）绿色环保、适用性广：采用绿色微生物体系、无机修复剂与可降解惰性防护壳，无化学污染，符合环保要求；适用于水工建筑、地下工程、建筑墙体等各类易产生裂缝的水泥基结构，能显著提升结构耐久性，降低后期维修成本，应用前景广阔。

1.一种复合微生物胶囊，其特征在于，包括从内至外的微生物芯层、过渡层、修复层及防护层；其中：

2.如权利要求1所述的复合微生物胶囊，其特征在于，所述复合微生物胶囊的粒径为2-4mm；

3.如权利要求1所述的复合微生物胶囊，其特征在于，所述大孔吸附树脂负载复合菌的量为108-109个/100g；

4.如权利要求1所述的复合微生物胶囊，其特征在于，所述防护层为分子量为8000-10000的聚己内酯。

5.权利要求1-4任一项所述复合微生物胶囊的制备方法，其特征在于，步骤包括：

6.一种具有自修复功能的水泥砂浆，其特征在于，包括基体材料和自修复胶囊；所述自修复胶囊为权利要求1-4任一项所述复合微生物胶囊，或权利要求5所述制备方法得到的复合微生物胶囊。

7.如权利要求6所述的水泥砂浆，其特征在于，所述复合微生物胶囊占比为基体材料质量的3-4%。

8.如权利要求6所述的水泥砂浆，其特征在于，所述水泥砂浆按每立方米计，包含如下的基体材料组成：po42.5普通硅酸盐水泥450-500kg、粒径0.15-4.75mm的砂料1300-1400kg及适量ph值为6.5-7.5的水，基体材料的水胶比为0.40-0.45。

9.如权利要求6所述的水泥砂浆，其特征在于，还包括占基体材料质量0.2-0.3%的减水剂及0.05%的消泡剂。

10.权利要求6-9任一项所述水泥砂浆在自修复建筑材料中的应用。