微生物自修复材料掺量对砂浆裂缝修复效果的影响

摘要

通过制备40 mm×40 mm×160 mm水泥砂浆试件，开展跳桌流动度试验、力学强度及预设裂缝的修复性能测试，研究微生物自修复剂掺量(0%～50%)对砂浆工作性、力学性能及不同宽度裂缝(0.2～0.4 mm与0.4～0.6 mm)修复效果的影响，分析掺量与裂缝宽度之间的匹配关系以优化修复效率，并借助扫描电镜观察裂缝区沉积产物的微观形貌以揭示其修复机理。结果表明：微生物自修复剂的掺入显著提高了砂浆流动性，当掺量为50%时扩展度达238.8 mm，较基准组提升64%；但随着掺量增加，力学性能呈下降趋势，50%掺量下抗压与抗折强度分别降低了36.2%和62.0%。裂缝处沉积产物主要为微生物代谢诱导生成的碳酸钙，其晶体形貌由初始的球霰石逐渐转化为稳定的方解石，并在裂缝内致密堆积，从而实现高效修复。综合考虑修复效率与强度保留率，建议自修复剂掺量控制在20%以内，以兼顾修复效果与力学性能。对于0.2～0.4 mm裂缝，推荐掺量为5%～15%，可在8～16 d内实现90%以上修复率；对于0.4～0.6 mm裂缝，推荐掺量为10%～20%，可在16 d内达到相近修复水平。本研究为不同宽度裂缝提供了对应的微生物自修复剂适宜掺量范围，为该类材料在工程中的应用提供了可靠的数据支撑。

关键词

砂浆 / 微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP) / 微生物矿化 / 裂缝 / 自修复 / 力学性能 / 微观结构