摘要：本文将现有混凝土裂缝修复方法与MICP技术修复混凝土裂缝的方法进行了对比，从而了解微生物诱导矿化混凝土裂缝自修复研究的优势，为更好地推广MICP技术在混凝土中的应用，从试验阶段走向实际工程应用，奠定良好基础。

关键词：微生物 自修复 矿化作用 混凝土

1引言

混凝土是目前建筑行业大量应用的主要建筑材料，具有良好的抗压能力和耐久性。然而混凝土在养护和使用过程中因温湿度变化而引起不均匀收缩或膨胀，以及在外部荷载引起材料内应力，这些都容易使混凝土产生裂缝。裂缝形成后有害气体和雨水的进入腐蚀钢筋及混凝土，使得混凝土耐久性降低，降低混凝土使用寿命。

2.混凝土裂缝传统的修复方法

1）表面处理法。在混凝土的裂缝处涂抹防水材料、聚合物水泥膏、和具有渗透性能的防水剂等，用以复原混凝土原本的耐久性能和防水性能。表面处理法适用于裂缝对于结构的强度影响不是很大，但不处理又会造成内部钢筋的锈蚀，影响表面的美观。表面处理法相对操作简单，但只适用于表面，很难深入混凝土裂缝内部。

2）填充法。适用于修复裂缝较少的大裂缝，利用工具将混凝土裂缝凿成U、V型槽状，然后填入一些高强度水泥砂浆或填充一些能够恢复混凝土耐久性、防水性以及结构构件整体性的材料。

3）灌浆法。将修复砂浆或具有修复性能的其他修复浆液，采用注入的方式将其灌入到混凝土裂缝当中，从而达到裂缝修补的目的。灌浆法适用于宽度较大且深度较深的混凝土裂缝，特别是受力裂缝，一般采用灌浆法进行修复。

4）结构补强法。当混凝土裂缝影响混凝土结构性能是，需要采用以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积， 在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。加大混凝土结构的载面面积， 在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。胶黏剂可用于加固修复结构承载力不足而产生的裂缝， 在建筑工程中得到越来越广泛的应用。其主要材料为建筑胶黏剂或简称建筑胶。用于建筑加固工程中的时间虽不长， 但近来发展很快。

传统的混凝土修复方法和微生物混凝土裂缝自修复相比，具有更多的缺点。传统的裂缝修复方法需要大量的人力物力，经济成本高，当裂缝不明显或处于微裂缝阶段时，很难被发现，一旦被发现裂缝对其造成结构性破坏，在难以人工修复的部位很难惊醒人工修复。

3.混凝土裂缝自修复方法

MICP技术是目前混凝土裂缝自修复的主要手段，通过微生物诱导碳酸钙沉淀从而达到裂缝自修复的效果，从而对混凝土裂缝进行修复，延长混凝土使用寿命，提高其耐久性。目前微生物自修复主要分为两大类，第一是当出现裂缝时将会带有自修复功能的微生物混凝土砂浆灌入裂缝，即被动自修复，从而达到自修复的效果；另一类是将微生物在混凝土拌合过程中加入到混凝土当中，即主动自修复。当出现裂缝时，水和氧气的进入激活微生物，从而进行裂缝自修复。其中第二类，将微生物拌合之混凝土中的形式，更具研究价值，实现了真正意义上的自修复，节省了大量的人力物力财力。

3.1微生物修复机理

微生物矿化作用是指在一定的物理化学条件及有机物质的控制和影响下，自然界中某些微生物可将溶液中游离离子转化为固相矿物过程。Castanier和Kile[1]等研究表明， 四个关键因素控制碳酸钙沉积： （1） Ca2+浓度; （2） 溶解在环境中的无机碳浓度; （3） 环境pH值; （4） 可利用的成核位点数。微生物通过自身代谢与环境进行物质交换， 实现对矿化过程的影响。

微生物诱导碳酸钙沉积可供选择的方式主要有：尿素水解、反硝化作用、三价铁还原和硫酸盐还原。其中基于尿素水解的方法一直作为主流碳酸钙生物矿化技术被广泛应用。生化反应如下：

Ca2++Cell→Cell- Ca2+ （1）

Cl-+HCO3+NH3→NH4Cl+CO32 （2）

Cell-Ca2++CO32→CaCO3↓ （3）

Jonkers是第一位提出利用好氧菌分解有机钙的反应过程，： （1） 基于内部CO32来源对混凝土裂缝进行微生物自修复：通过混凝土内部微生物代谢活动提供无机碳源，诱导微生物矿化; （2） 基于外部碳酸根来源的混凝土裂缝微生物自修复：代谢产生碳酸酐酶的细菌主要通过吸收和转变空气中CO2作为矿化所需的无机碳来源。这也是微生物矿化自修复混凝土裂缝的机理。

3.2微生物被动自修复混凝土

微生物被动自修复即当出现裂缝后采用浸泡、灌浆，喷涂等方法，将微生物菌液置于裂缝出，从而达到一定的修复效果。

王瑞兴等[2]采用将试件直接浸泡和喷涂的方法，将菌液置于混凝土裂缝处从而在试件表面形成了CaCO3沉淀，研究发现，试件覆膜后毛细吸水系数降低了90%左右。Qian将试件浸泡于菌液和营养液环境中，利用微生物的酶化作用成功在试件表面形成了一层致密的CaCO3沉淀，并通过吸水试验证实了CaCO3覆膜大大提高了水泥试件的表面抗渗性。任立夫利用琼脂作为载体，采用固载喷涂的方法将菌株和营养物质涂刷在水泥石表面，形成了连续密实的沉淀膜层，研究表明，微生物菌液修复最大宽度达100μm。Ramakrishnan采用类似的方法对混凝土裂缝进行修复，同样提高了添加细菌组的抗压强度和刚度。

3.3微生物主动自修复混凝土

主动自修复即不需要人为干预，将微生物自修复颗粒直接拌入混凝土中，当出现裂缝后，在水和营养物质的作用下，微生物被激活，诱导矿化生成碳酸钙沉淀。

Wiktor[3]等人选用多孔的轻质骨料来对微生物进行固载微生物，结果表明，在浸水修复养护28d后，混凝土裂缝表面出现了白色的矿化结晶体，裂缝的最大修复宽度可达0.47mm。比利时根特大学De Belie学者将硅藻土作为细菌的载体，对其在混凝土裂缝中的修复效果进行了研究，通过研究发现利用硅藻土的多孔特性，使得微生物能够吸附，同时也可以避免混凝土内部的高碱环境对微生物造成死亡，研究发现，硅藻土固载微生物能够完全修复裂缝宽度在0.15-0.17 mm范围的裂缝。徐晶将微生物及有机营养组分负载到陶粒上并掺入混凝土，开裂后经28d的养护最大宽度为 裂缝修复宽度达到0.51mm。王文花采用膨胀珍珠岩固载好氧嗜碱微生物Bacteria.H1，愈合裂缝的最大宽度可达0.72mm，且其以球形和棱柱体形式存在的CaCO3晶体为主，养护7d后其渗水系数比普通混凝土降低了72.28%。

微生物自修复混凝土有着更好的发展前景，节省大量人力物力财力，更符合我国环保型建筑理念，减少了环境污染，节约了修复成本。

4结论

传统的修复方式不再适用于建筑行业的现代化发展，它具有粉尘污染严重，修复效果差，修复费用高等缺点，而微生物自修复技术减少了对环境的污染，从长远角度考虑，更加经济环保，节约了修复成本。而微生物修复又分为被动自修复和主动自修复，其中以主动自修复最优，只要将其拌合至混凝土中，当出现裂缝后，水和营养物质的介入，进行裂缝自修复，从而实现混凝土裂缝的修复，提高混凝土耐久性，延长使用寿命。

参考文献

[1] Kile D E ， Eberl D D ， Hoch A R ， et al. An assessment of calcite crystal growth mechanisms based on crystal size distributions[J]. Geochimica Et Cosmochimica Acta， 2000， 64（17）：2937-2950.

[2]王瑞兴， 钱春香. 微生物沉积碳酸钙修复水泥基材料表面缺陷[J]. 硅酸盐学报， 2008， 36（4）： 457–464. WANG Ruixing， QIAN Chunxiang. J Chin Ceram Soc， 2008， 36（4）： 457–464.

[3]Luo M， Qian C X， Li R Y. ANCtors affecting crack repairing capacity of bacteria-based self-healing concrete[J]. Construction & Building Materials， 2015， 87：1-7.