用于生產膠凝材料的方法技術

本發明專利技術提供了一種用于生產膠凝材料的方法，包括混合水泥起始材料、愈合劑和纖維增強材料，其中，愈合劑包含細菌材料，并且其中，纖維增強材料包含具有選自10?1500kg/mol范圍的平均分子量的可生物降解的聚合物，并且其中，纖維材料包含具有選自5?750μm范圍的直徑并具有選自50μm?150mm范圍的長度的纖維。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及用于生產膠凝材料的方法以及基于這種膠凝材料的(硬化的)建筑構件。本專利技術還涉及用于生產這種建筑構件的方法。
技術介紹
本領域已經認識到混凝土的裂縫自愈。特別是在重復干燥/潤濕循環下，觀察到具有一般在0.05至0.1mm范圍寬度的的大部分的微裂縫變得完全密封。該自愈的機制主要是由于存在于混凝土基體中的未反應或部分反應的水泥顆粒的二次水合。由于毛細管力，在改變的潤濕和干燥循環下水被重復吸如微裂縫中，導致水合的水泥顆粒由于形成水合硅酸鈣和氫氧化鈣(氫氧鈣石)而膨脹。這些反應產物能夠完全密封裂縫，條件是裂縫寬度較小。由于通常存在有限量的未反應的水泥顆粒，所以只能部分填充較大尺寸的裂縫。在后一種情況下，愈合活性是不夠的，因為其僅導致在裂縫表面上形成較薄層的水合產物。除二次水合之外，碳酸化過程也可以促進通常施加的混凝土的裂縫密封能力。該反應也是膨脹性的，因為進入的大氣二氧化碳(CO2)與存在于混凝土基體中的氫氧化鈣(氫氧鈣石)顆粒反應產生各種碳酸鈣礦物如方解石、霰石和球霰石。從耐用性角度，特別是新鮮形成的表面裂縫的快速密封是重要的，因為該過程可以顯著延遲水和其他腐蝕性化學品進入混凝土基體，并因此防止較早的材料降解。已知若干化學品如硫酸鹽、氯化物和酸顯著地增加混凝土基體的降解和嵌入的鋼增強材料的腐蝕，引起對材料性能和耐用性的嚴重威脅。改善膠凝材料的自愈能力的一種可能性是降低原始混合物中的水/水泥比率。混合物中的水泥或粘合劑的相對量的顯著增加導致形成自愈緩沖劑，即顯著量的存在于材料基體中的未反應或僅部分反應的粘合劑顆粒的存在。這種低水與粘合劑比率類型的混凝土的典型實例是高強度或高性能的混凝土。如近來的研究示出的，這種混凝土與特征為較高的水與水泥比率的普通混凝土相比確實具有優異的裂縫密封能力。然而，從環保角度，后一種混凝土類型(即普通類型)是優選的，因為使用每混凝土體積較少的水泥。混凝土中的水泥的量越少，在大氣中的CO2排放方面的環境壓力越小。盡管高強度混凝土使能夠建造比普通混凝土更細長的結構，但是由于材料基體中非水合或部分水合的水泥顆粒的固有的高百分比，使用的水泥的總量仍顯著較高。開發基于比水泥潛在更廉價以及更能支撐的材料的混凝土中的自愈機制因此可以對于經濟和環境兩者是有益的。盡管傳統認為細菌、以及特別是產生酸的細菌對混凝土來說是有害的有機體，但是近來的研究示出特定的物種如尿素分解的和其他類型的產生方解石的細菌實際上可用作修復混凝土中的表面裂縫的工具。在一些研究中，在外部且手動地將細菌施加到混凝土表面上。由于它們的芽孢，特異化的厚壁的休眠細胞示出在干燥條件下存活超過200年，來自芽胞桿菌群的物種看起來是有希望的內在作用因素。這種細菌將包含用于預想的自愈系統的兩種組分中的一種。裂縫修復需要填充材料，且細菌可以通過合適的有機組分的新陳代謝轉化產生填充材料。新陳代謝產生的填充材料的性質可以是生物礦物如方解石。這些碳酸鈣類礦物是相對致密的并可以阻塞裂縫，并因此如之前表明的有效阻礙水的進入。開發自愈材料的一個特別挑戰是需要在材料基體中并入足夠的愈合劑。由于愈合能力(即可以潛在填充的裂縫的體積)可以直接與存在的前體材料的量有關，所以需要保留顯著體積的材料以得到顯著的愈合潛能。雖然并入基體的細菌起催化劑作用并因此僅需要有限的體積，但是當需要顯著的愈合能力時，通常愈合系統的第二組分，礦物前體化合物將占據顯著的體積。特別是對于待完全密封的較大的裂縫，需要大量的內部儲存或可替換地內在的傳輸機制。在混凝土中，可以通過通常存在的水填充的連續毛細管孔隙系統提供后者。礦物前體化合物可以在不影響材料的強度性能的情況下以溶解狀態存在于基體孔隙水中，這可能是在需要含有特定的內部愈合劑的儲備時發生。然而，在任何情況下，并入的細菌和礦物前體化合物應該僅使混凝土強度性能折中至可接受的程度。EP2082999描述了水泥類材料和結構中的愈合劑，其中，所述愈合劑包含有機化合物和/或負載細菌的多孔顆粒，該多孔顆粒包含膨脹粘土或燒結的粉煤灰。此外，所述多孔顆粒是完整的球體、源自所述完整的球體的破碎的或粉碎的顆粒，具有0.4和2gcm-3之間的比密度。
技術實現思路
現有技術的膠凝材料遭受裂縫形成。因此，本專利技術的一個方面是提供制備優選地不遭受裂縫形成和/或自愈裂縫的膠凝材料和/或可替換的建筑構件(來自這種膠凝材料)的可替換的方法。保持強度和/或其他期望的性能(如液體不滲透性)的一種可能是將細菌如以愈合劑形式添加到膠凝材料中，該細菌可以修復較小的裂縫。因此，本專利技術的一個方面是提供細菌材料至膠凝材料的起始材料。進一步出乎意料地，看起來當添加可生物降解的聚合物材料時，該可生物降解的材料可以被細菌用作基質。通過添加可生物降解的纖維增強材料，例如作為單獨的纖維(本文也表示為纖維顆粒)或作為紡織品(例如紗線、織物)，出乎意料地看起來纖維在硬化的第一階段輔助獲得堅固的膠凝材料；在形成或固化膠凝材料之后，如在制備膠凝材料以及開始使其硬化的幾周內，看起來纖維可以在沒有強度和/或其他期望的性能的顯著損失的情況下降解。由于裂縫形成是隨時間發生的過程，所以可以通過用于裂縫修復的細菌消耗可生物降解的聚合物材料。因此，有利地，以纖維形式的可生物降解的聚合物首先輔助硬化，然后還輔助維持膠凝材料。因此，在一個實施方式中，作為纖維的紡織品提供纖維。在又一個實施方式中，作為纖維顆粒(具有本文指出的尺寸)提供纖維。纖維的紡織品可以是指例如紗線或織物。紡織品可以是編織的或非編織的。在本文中，術語“紡織品”具體指包含多根單獨的纖維(該單獨的纖維具有選自5-750μm范圍的(平均)直徑并具有選自50μm-150mm范圍的(平均)長度)的集合體或編織單元。在一個實施方式中，作為紡織品貼片提供紡織品。因此，在第一方面，本專利技術提供了用于生產膠凝材料的方法，包括混合水泥起始材料、愈合劑和纖維增強材料，其中，愈合劑包含細菌材料，并且其中，纖維增強材料包含尤其地具有選自10-1500kg/mol范圍的平均分子量的可生物降解的聚合物，并且其中，纖維材料尤其地包含具有選自5-750μm范圍的(平均)直徑并具有選自50μm-150mm范圍的(平均)長度的纖維。在又進一步的方面，本專利技術還提供了膠凝材料，包含(a)水泥，(b)爐渣、煤灰、石灰石和沙子中的一種或多種，(c)可選地超增塑劑，(d)愈合劑和(e)纖維增強材料，其中，愈合劑包含細菌材料，其中，纖維增強材料包含具有選自10-1500kg/mol范圍的平均分子量的可生物降解的聚合物，并且其中，纖維材料包含具有選自5-750μm范圍的直徑并具有選自50μm-150mm范圍的長度的纖維，具有選自0.2:100-10:100范圍的愈合劑與(a)水泥以及(b)爐渣、煤灰、石灰石和沙子中的一種或多種的重量比，和/或具有選自0.1:100-10:100范圍的纖維增強材料與(a)水泥以及(b)爐渣、煤灰、石灰石和沙子中的一種或多種的重量比。進一步地，本專利技術特別提供了通過本文所描述的方法可得到的膠凝材料。在另一方面，本專利技術提供了用于生產建筑構件的方法，該方法包括提供本文限定的膠凝材料，以及使膠凝材料在預定位置或在預定模具中硬化。進一步地，本專利技術提供了包含本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于生產膠凝材料的方法，包括混合水泥起始材料、愈合劑和纖維增強材料，其中，所述愈合劑包含細菌材料，其中，所述纖維增強材料包含具有選自10?1500kg/mol范圍的平均分子量的可生物降解的聚合物，并且其中，纖維材料包含具有選自5?750μm范圍的直徑并具有選自50μm?150mm范圍的長度的纖維。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.07.17 NL 20132031.一種用于生產膠凝材料的方法，包括混合水泥起始材料、愈合劑和纖維增強材料，其中，所述愈合劑包含細菌材料，其中，所述纖維增強材料包含具有選自10-1500kg/mol范圍的平均分子量的可生物降解的聚合物，并且其中，纖維材料包含具有選自5-750μm范圍的直徑并具有選自50μm-150mm范圍的長度的纖維。2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述可生物降解的聚合物選自由聚琥珀酸丁二醇酯(PBS)、聚羥基丁酸酯(PHB)和聚乳酸(PLA)組成的組。3.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述纖維材料包含具有選自10-100μm范圍的直徑并具有選自0.5mm-150mm范圍的長度的纖維。4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述纖維材料包含具有選自50μm-500μm范圍的長度的纖維。5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述細菌材料選自由細菌、凍干的細菌和細菌的細菌芽孢組成的組。6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述細菌選自由好氧菌組成的組。7.根據權利要求5-6中任一項所述的方法，其中，所述細菌選自由厭氧菌組成的組。8.根據權利要求5-7中任一項所述的方法，其中，所述細菌選自由可以在堿性介質中形成磷酸鹽或碳酸鹽沉淀的細菌組成的組。9.根據權利要求5-8中任一項所述的方法，其中，所述細菌選自由動性球菌屬、芽胞桿菌屬和芽孢八疊球菌屬組成的組。10.根據權利要求5-9中任一項所述的方法，其中，所述細菌選自由脫氮細菌組成的組。11.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述愈合劑包含(1)選自由甲酸鈣、乙酸鈣、乳...

【專利技術屬性】
技術研發人員：亨德里克·馬里厄斯·瓊克斯，勒妮·瑪麗亞·莫斯，
申請(專利權)人：代爾夫特科技大學，
類型：發明
國別省市：荷蘭;NL