《微生物水泥基修复剂在混凝土中的应用技术规程》

T/CCPAXX—202X

1总则

1.0.1为规范微生物水泥基修复剂在混凝土裂缝修复中的应用，做到技术先进、安全可靠，

制定本规程。

1.0.2本规程适用于工业与民用建筑混凝土结构维护阶段各种裂缝修复。

1.0.3本规程规定了微生物水泥基修复剂在混凝土裂缝修复中的技术要求、施工工艺、质

量检验与验收。

1.0.4微生物水泥基修复剂在混凝土裂缝修复中的应用除应符合本规程外，尚应符合国家

现行有关标准和现行中国混凝土与水泥制品协会有关标准的规定。

1

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2术语和符号

2.1术语

2.1.1微生物水泥基修复剂microbialcement-basedrepairagent

由菌液、胶结液、固定液、沸石砂等原材料在使用地点按规定比例组分拌合或规定

工艺施行，用于填充混凝土裂缝、提升开裂混凝土抗渗性和耐久性的水泥基灌浆修复材

料。

2.1.2微生物水泥修复剂microbialcementrepairagent

属于微生物水泥基修复剂的一种，由菌液、胶结液和固定液三种组分组成，是一种

具有高流动性的灌浆修复材料。

2.1.3微生物砂浆修复剂microbialmortarrepairagent

属于微生物水泥基修复剂的一种，以微生物水泥修复剂为胶结浆体，辅助沸石砂颗

粒，用于修复宽度大于0.5mm裂缝的灌浆修复材料。

2.1.4菌液bacterialsolution

微生物水泥基修复剂的成分之一，由巴氏生孢八叠球菌在液体培养基中培养得到的

一种细菌悬浮液，作为微生物水泥基修复剂胶结过程中驱动矿化反应的主体。

2.1.5胶结液cementitioussolution

微生物水泥基修复剂的成分之一，为尿素和氯化钙混合溶液，作为微生物水泥基修

复剂胶结过程中矿化反应所需尿素和钙离子的主要来源。

2.1.6固定液fixativesolution

微生物水泥基修复剂的成分之一，为低浓度的氯化钙溶液，用于降低细菌与砂粒及

裂缝边壁之间的静电斥力，提高细菌附着能力。

2.1.7菌胶比ratioofbacterialsolutiontocementitioussolution

菌胶比是指菌液体积与胶结液体积之比。

2.1.8菌砂比Ratioofbacterialsolutiontosand

菌砂比是指菌液体积（以L计）与沸石砂质量（以kg计）之比。

2.1.9胶砂比ratioofcementitioussolutiontosand

胶砂比是指胶结液体积与沸石砂质量之比。

2

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2.1.10固砂比ratiooffixativesolutiontosand

固砂比是指固定液体积与沸石砂质量之比。

2.1.11矿化能力mineralizationcapacity

微生物水泥修复剂在合适环境下生成的碳酸钙产量占其理论碳酸钙产量的百分比。

2.1.12混凝土渗透系数修复率repairrateofconcretepermeabilitycoefficient

裂缝修复后混凝土的渗透系数与开裂前混凝土渗透系数之比。

2.1.13混凝土抗压强度修复率repairrateofconcretecompressivestrength

裂缝修复后混凝土的抗压强度与开裂前混凝土抗压强度之比。

2.1.14混凝土抗折强度修复率repairrateofconcreteflexuralstrength

裂缝修复后混凝土的抗折强度与开裂前混凝土抗折强度之比。

2.1.15混凝土裂缝综合修复率comprehensiverepairrateofconcretecrack

裂缝修复后混凝土的超声波声时值与开裂前混凝土相同部位所测的超声波声时值之

比。

2.2符号

A──裂缝截面积（cm2）；

C0──初始钙离子浓度（mg/L）；

Ct──矿化时间t小时的钙离子浓度（mg/L）；

H──水头高度（cm）；

K──修复后的裂缝渗透系数（cm/s）；

L──裂缝深度（cm）；

mca──钙沉淀量（mg）；

mh──微生物水泥修复剂中碳酸钙的理论产量（g）；

p──微生物水泥基修复剂的矿化能力（%）；

Q──稳定渗水流量（cm3/s）。

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3材料

3.1微生物水泥基修复剂

3.1.1微生物水泥基修复剂分为两种：微生物水泥修复剂和微生物砂浆修复剂。

3.1.2微生物水泥修复剂由菌液、胶结液和固定液三种组分组成，呈现液态，反应后主要

产物为生物碳酸钙。

3.1.3微生物砂浆修复剂由菌液、胶结液、固定液和沸石砂组成，为固-液结合状态，反应

固化后为生物碳酸钙和沸石砂的结合体。

3.1.4微生物水泥基修复剂的原材料性能要求应符合表3.1.4的规定，检测方法按本规程

附录A执行。

表3.1.4微生物水泥基修复剂的原材料性能要求

组分指标微生物水泥修复剂微生物砂浆修复剂

浓度（OD600）≥1.2≥1.2

菌液脲酶活性（mMurea/min,20℃）≥15≥15

pH值8.5～98.5～9

钙离子浓度（mol/L）0.8～1.20.8～1.2

胶结液

尿素浓度（mol/L）0.8～1.20.8～1.2

固定液钙离子浓度（mol/L）0.03～0.070.03～0.07

沸石砂粒径（mm）-0.1～0.2

3.1.5沸石砂应符合国家现行标准《建筑用砂》GB/T14684和《普通混凝土用砂、石质

量及检验方法标准》JGJ52中有关杂质含量要求的规定。

3.1.6微生物水泥基修复剂的配比设计应符合表3.1.6的规定。

表3.1.6微生物水泥基修复剂的配比设计

指标微生物水泥修复剂微生物砂浆修复剂

菌胶比0.36～0.440.36～0.44

菌砂比-3.2～3.8

胶砂比-7.9～9.6

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指标微生物水泥修复剂微生物砂浆修复剂

固砂比-1.2～1.4

注：菌胶比是指菌液体积与胶结液体积之比；菌砂比是指菌液体积（以L计）与沸石砂质量（以kg计）之比；

胶砂比是指胶结液体积与沸石砂质量之比；固砂比是指固定液体积与沸石砂质量之比。

3.1.7微生物水泥基修复剂的性能指标应符合表3.1.7的规定。

表3.1.7微生物水泥基修复剂的性能指标

指标微生物水泥修复剂微生物砂浆修复剂

矿化能力（%）≥65%≥65%

生物碳酸钙黏附力（nN）≥20≥20

微生物砂浆抗压强度（MPa）-≥28

3.1.8菌液中所采用的微生物应安全，毒性检验结论应为实际无毒，急性毒性剂量

（LD50）应大于5000mg/kg体重。微生物水泥基修复剂毒性测试方法按现行国家标准

《化学品急性经口毒性试验方法》GB/T21603的有关规定执行，急性毒性剂量试验按现

行国家标准《食品安全国家标准急性经口毒性试验》GB15193.3的有关规定执行。

3.2其他原材料

3.2.1试验用水应为工业去离子水。

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4施工

4.1微生物水泥修复剂裂缝修复工艺

4.1.1采用0.2MPa压力进行注浆。

4.1.2施工过程中严格遵循以下技术规范：

1观察裂缝走向和混凝土表面情况，对裂缝两侧5cm范围的混凝土表面进行清理，确

保清理后的表面坚实，无松动混凝土块和砂粒，无油污、浮尘和积水；

2采用超声波检测仪和游标卡尺测量裂缝的平均深度和宽度，估算裂缝体积；

3采用注浆设备将一倍裂缝体积的固定液注入裂缝，静置1h后将固定液抽出；

4对裂缝开口处进行密封处理，预留裂缝两端作为注浆口和排浆口，记为A口和B口；

5先从A口缓慢注入菌液，待B口有菌液溢出，停止注浆，静置3h；从B口注入胶结

液，待A口有白色物质溢出，停止注浆，静置3h；以此为循环，持续注浆，直至无法注浆

停止；

6待微生物水泥修复剂填满裂缝并固化，将裂缝表面清理干净并打磨平整。

4.2微生物砂浆修复剂裂缝修复工艺

4.2.1采用0.2MPa压力进行注浆修复。

4.2.2施工过程中严格遵循以下技术规范：

1观察裂缝走向和混凝土表面情况，对裂缝两侧5cm范围的混凝土表面进行清理，确

保清理后的表面坚实，无松动混凝土块和砂粒，无油污、浮尘和积水；

2采用超声波检测仪和游标卡尺准确测量裂缝的平均深度和宽度，估算裂缝体积；

3利用注浆设备将一倍裂缝体积的固定液注入裂缝，再采用水沉法填入0.1～0.2mm

粒径的沸石砂直至填满裂缝；

4对裂缝开口处进行密封处理，并预留注浆嘴，注浆嘴的间距根据裂缝大小、走向及

结构形式而定，一般为25cm左右。在裂缝的交错处和裂缝端部设置注浆嘴，且在一条裂

缝上必须设置有出浆口。密封完成后，让封口胶自然凝固硬化；1d后应进行封缝检验，

沿裂缝涂刷一层肥皂水，从注浆嘴吹入压缩空气，漏气处可再行封闭；

5注浆时注浆压力采用0.2MPa，首先灌注菌液，菌液体积为裂缝体积的2倍，分次注

入；随后注入胶结液，灌注方法与菌液一致，灌注总体积为裂缝体积的5倍。当局部注浆

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器具注浆效果减弱时，可手动为注浆器具加压，最大可加至0.5MPa，当胶结液灌注完毕

或在最大压力下无法继续注浆时即可停止注浆；

6重复步骤5两次，一般情况下固化2～3天后拆除管路，气温较低时固化时间应适当

延长；

7混凝土裂缝修复材料固化后，应将裂缝表面修复材料清理干净，并打磨平整。

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5质量检验与验收

5.1原材料质量检验

5.1.1原材料进场时，应提供质量证明文件，包括出厂检验报告、型式检验报告和合格

证等。

5.1.2原材料进场检验应符合下列规定：

1微生物水泥修复剂的原材料检验项目应包括菌液浓度、脲酶活性、菌液pH值、胶

结液钙离子浓度和固定液钙离子浓度；微生物砂浆修复剂的原材料检验项目应包括菌液

浓度、脲酶活性、菌液pH值、胶结液钙离子浓度、固定液钙离子浓度和沸石砂粒径。

2其他原材料检验项目应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》

GB50204的有关规定。

5.1.3微生物水泥基修复剂应采用塑料容器包装，应符合《食品包装用塑料与铝箔复合

膜、袋》GB/T28118的有关规定。

5.1.4产品的包装储运标识应符合现行国家标准《包装储运图示标志》GB/T191的有关

规定。包装袋上应标明：产品名称、商标、出厂编号、生产日期、净含量、生产或经销

商名称及地址、保质期、生物安全性，以及怕晒、怕辐射、堆码质量极限、温度极限。

5.1.5运输过程中应有遮盖物，防止雨淋、日晒及高温。应轻装轻卸，避免包装破损。

不应与对微生物有毒、有害的其他物品混装、混运。

5.1.6产品储运条件应阴凉、通风、干燥，避免阳光直晒，远离热源、水、潮湿空气，

储存温度不应超过60℃。

5.2修复混凝土质量检验与验收

5.2.1采用微生物水泥基修复剂进行修复后的混凝土的性能应符合表5.2.1的规定。检

测方法按附录C进行。

表5.2.1修复混凝土的性能

试验项目性能指标

抗渗系数修复率（%）≥80

抗压强度修复率（%）≥80

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抗折强度修复率（%）≥65

裂缝综合修复率（%）≥90

5.2.2混凝土裂缝经微生物水泥基修复剂修复后，其工程质量验收应符合现行国家标准

《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204、《地下防水工程质量验收规范》

GB50208、《建筑地面工程施工质量验收规范》GB50209和《建筑地基基础工程施工质

量验收标准》GB50202的有关规定。

5.2.3混凝土裂缝修复性能试验报告所列项目，除应符合现行国家标准《普通混凝土长

期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082中的有关规定，尚应包括带裂缝试件养护

条件、裂缝宽度和测试龄期。

5.2.4施工现场取样检验，应符合下列规定：

1同一区域的带裂缝混凝土，采用微生物水泥基修复剂修复完毕后，裂缝综合修复率

检测点不应少于3次；

2同一区域的带裂缝混凝土，采用微生物水泥基修复剂修复完毕后，对于低于0.5

mm裂缝和高于0.5mm裂缝钻芯取样不应少于9次，检验项目应包含裂缝抗水渗透修复率、

抗压强度修复率和抗折强度修复率。

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附录A微生物水泥基修复剂原材料基本性能试验方法

A.0.1菌液浓度

采用OD600测定菌液浓度。测试时采用分光光度计，仪器预热20min后设置测量波

长为600nm，以未加菌液的培养液作为空白对照进行校准，校准后测量待测菌液的

OD600，用于表示菌液浓度。以三次测量平均值作为最终菌液浓度，且标准差不超过5%。

A.0.2菌液脲酶活性

采用电导率法测量菌液脲酶活性R(Urease)。首先使用电导率仪测量菌液的电导率记为

C1，随后将1mL菌液与1.5mol/L的9mL尿素溶液混合，等待5min后，立即测量混合

溶液的电导率记为C2。脲酶活性的计算公式如下所示。

R(Urease)=(C2×10-C1)/5×11.11

其中10为菌液的稀释倍数，11.11为电导率每分钟变化与脲酶活性的转化系数。以三次测量平均

值为最终测菌液脲酶活性，且标准差不超过5%。

A.0.3菌液pH值

采用pH计测量。试验所需试剂、仪器设备应符合现行标准《水质pH值的测定电极

法》HJ1147的有关规定。

A.0.4胶结液钙离子浓度和固定液钙离子浓度

溶液钙离子浓度采用钙离子EDTA滴定法。试验所需试剂、仪器设备应符合现行国

家标准《食品安全国家标准食品中钙的测定》GB5009.92的有关规定。

A.0.5沸石砂粒径

采用筛分法。将盛有200g沸石砂试样的试验筛安装在振筛机上，上下振幅行程为5

mm，振动频率为147次/min，振动时间为15min，静置3min后，称量所筛出的粒径<

0.1mm以及>0.2mm的沸石砂，其质量之和应不超过总质量的5%，此时沸石砂粒径

（0.1~0.2mm）符合要求。

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附录B微生物水泥基修复剂的性能检测试验方法

B.0.1微生物水泥基修复剂的矿化能力测试方法

1试剂应为分析纯，水应为蒸馏水或同等纯度的水。溶液钙离子浓度采用EDTA滴

定。

2将10mL菌液与40mL胶结液混合，在30℃环境静置6h；每隔1h测量溶液上清液

中的钙离子浓度，至三次测得溶液中钙离子浓度无变化为止。

m

3计算加入钙离子的理论浓度，则理论碳酸钙产量为h；

4微生物水泥修复剂的钙沉淀量试验结果应按下式计算：

mcaC0CtVz

式中：为钙沉淀量；为初始钙离子浓度，根据理论含量计算；为矿化时

mca(mg)C0(mg/L)Ctt

的钙离子浓度；为溶液体积，取。

(mg/L)Vz(L)0.05L

5微生物水泥修复剂的矿化能力应按下式计算：

m

pca10%

mh

式中：p为微生物水泥基修复剂的矿化能力(%)；mh微生物水泥修复剂中碳酸钙的理论产量(g)。

6以三个试验测得矿化能力的算术平均值作为最终测定的微生物水泥基修复剂矿化

能力测定值。当最大值或最小值与中间值之差超过中间值的10%时，应剔除此值，再取其

余两值的平均值作为测定值；当最大值与最小值与中间值之差均超过中间值的10%时，应

取中间值作为测定值。

B.0.2微生物水泥基修复剂的黏附力测试方法

采用原子力显微镜（AFM）测试生物碳酸钙颗粒与探针之间的相互作用力，当黏在

悬臂梁上的探针与碳酸钙颗粒表面接触时，产生的作用力使悬臂梁产生弯曲，使得通过

悬臂梁背面反射到光电监测的激光束发生偏转，通过原子力显微镜测量和计算可得生物

碳酸钙的黏附力。

B.0.3微生物砂浆抗压强度测试方法

取直径35mm，高70mm的圆柱体试样，将其上下表面充分磨平测试抗压强度，一组

三个试样，取算术平均值作为抗压强度。

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附录C混凝土裂缝修复性能试验方法

C.0.1混凝土裂缝修复性能试验试剂和仪器设备要求

1振动台和压力试验机应符合现行国家标准《混凝土物理力学性能试验方法标准》

GB/T50081的有关规定；试剂应为分析纯，水应为蒸馏水或同等纯度的水。

2裂缝抗水渗透修复率测试的电子称量设备应符合现行国家标准《数字指示秤检定规

程》JJG539的有关规定；时间测试设备应符合现行国家标准《标准数字时钟检定规程》

JJG722的有关规定；无色透明有机玻璃管采用聚甲基丙烯酸甲酯，应符合现行国家标准

《浇筑型工业有机玻璃板材》GB/T7134的有关规定；超声波测试设备应能产生重复的脉

冲波，其频率范围宜为20kHz～250kHz，声时最小分度值应为0.1μs，声幅测量相对误差

不应大于10%，接收放大器频带宽度宜为10kHz～500kHz。

3裂缝平均宽度试验测试游标卡尺应符合现行行业标准《深度游标卡尺检验方法》

HB6723.3的有关规定，测试精度为0.01mm。

4实验室混凝土制样方法应符合现行国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》

GB/T50080的有关规定；搅拌站或施工现场的混凝土制样方法应符合现行行业标准《混

凝土耐久性检验评定标准》JGJ/T193中关于混凝土耐久性检验取样的有关规定。

C.0.2裂缝修复性能测试的试件制备和养护要求

1裂缝修复性能测试样品的尺寸和数量应符合表C.0.2的规定。

表C.0.2混凝土裂缝修复性能试验的尺寸和数量

试验项目试件尺寸（mm）组试件数量（个）

抗渗系数修复率100×100×1003

抗压强度修复率100×100×1003

抗折强度修复率100×100×1003

裂缝综合修复率100×100×1003

2未劈裂试件养护应符合现行国家标准《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T

50081的有关规定。混凝土试件宜养护28d。

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3试件养护宜采用标注养护：相对湿度＞90%，温度为20±1℃。劈裂前需养护14d，

劈裂后继续养护至28d。

C.0.3劈裂法制作混凝土试件裂缝步骤

1首先应清洁试件表面，并在试块相对平整的上下两个面平行固定两根吸铁棍；

2然后对试件进行加载，加载前试件应固定，防止加载过程试件偏移；加载速度宜为

0.2kN/s~0.4kN/s，观察出现贯穿裂缝时立即停止加载；

3加载完成后用毛刷清除裂缝破裂面碎块，通过平移劈裂的试块调整裂缝宽度，并且

利用有机玻璃板配合防水胶固定劈裂后的试块。对于微生物水泥修复剂的试件裂缝宽度

宜为0.3mm~0.5mm，微生物砂浆修复剂的试件裂缝宽度宜为1mm~2mm。

C.0.4带裂缝试件的超声传播速度测试方法

采用单面平测法测量跨缝声时，换能器内边缘间距设置为50mm(图C.0.4)。

图C.0.4裂缝修复后超声波传播速度测试图

C.0.5裂缝修复后抗压强度和抗折强度测试方法

1首先将与裂缝平行的左右两个面打磨平整，并冲洗，烘干。

2采用抗压强度试验机测试修复后试件的抗压强度，三次测量求平均值。

3采用三点抗弯法测试试件的抗折强度，三次测量求平均值。

C.0.6裂缝渗透系数测试方法

1首先将试件表面清洗干净并烘干，宜用环氧树脂将混凝土试件与方形有机玻璃管粘

接密封防止试件侧面漏水，搭接长度为100mm，下接容器收集浸出液（图C.0.6）

2水头保持为500mm，待渗水速度稳定后测试稳定渗水流量Q。

3修复后的裂缝渗透系数应按下式计算：

QL

K

AH

式中：K——修复后的裂缝渗透系数（cm/s）

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Q——稳定渗水流量（cm3/s）

L——裂缝深度（cm）

A——裂缝截面积（cm2）

H——水头高度（cm）

图C.0.6裂缝渗透系数测试示意图

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用词说明

为便于在执行本规程条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：

1表示很严格，非这样做不可的：

正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”；

2表示严格，在正常情况下均应这样做的：

正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”；

3表示允许稍有选择，在选择许可时首先应该这样做的：

正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；

4表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。

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引用标准名录

本规程引用下列标准。其中，注日期的，仅对该日期对应的版本适用于本规程；不

注日期的，其最新版（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》

GB/T50081《混凝土物理力学性能试验方法标准》

GB/T50082《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》

GB50202《建筑地基基础工程施工质量验收标准》

GB50204《混凝土结构工程施工质量验收规范》

GB50208《地下防水工程质量验收规范》

GB50209《建筑地面工程施工质量验收规范》

GB/T191《包装储运图示标志》

GB5009.92《食品安全国家标准食品中钙的测定》

GB/T7134《浇筑型工业有机玻璃板材》

GB/T14684《建筑用砂》

GB15193.3《食品安全国家标准急性经口毒性试验》

GB/T21603《化学品急性经口毒性试验方法》

GB37300《公共安全重点区域视频图像采集规范》

JGJ52《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》

JJG539《数字指示称》

JJG722《标准数字时钟》

HB6723.3《深度游标卡尺检验方法》

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中国混凝土与水泥制品协会标准

微生物水泥基修复剂在混凝土中的应用技术规程

条文说明

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制定说明

本条文说明旨在对《微生物水泥基修复剂在混凝土中的应用技术规程》（以下简称

“本规程”）的编制背景、核心内容及技术依据进行补充解释，帮助材料、施工、科研

与高校等单位有关人员准确理解和执行规程要求，确保微生物水泥基修复剂在混凝土裂

缝修复中的应用科学、规范、安全。

本规程的立项源于混凝土结构裂缝修复领域对新型环保修复技术的需求。随着混凝

土结构在工业与民用建筑中的广泛应用，裂缝问题日益突出，传统修复材料（如环氧树

脂、水泥基灌浆料等）存在环保性差、与基材相容性不佳、耐久性不足等问题。微生物

水泥基修复剂利用微生物矿化反应生成生物碳酸钙填充裂缝，具有绿色环保、修复效果

持久、与混凝土基材结合性好等优势，但其应用缺乏统一的技术标准，亟须通过规程规

范其材料性能、施工工艺及质量检验要求。

在编制过程中，编制组遵循《工程建设标准编写规定》（建标〔2008〕182号）的要

求，结合大量调研和试验研究成果。调研范围涵盖国内微生物材料研发企业、混凝土结

构修复工程案例及相关科研机构的研究进展，明确了当前微生物水泥基修复剂应用中存

在的材料性能不稳定、施工工艺不统一、质量检验方法缺失等关键问题。试验研究围绕

微生物菌种筛选、修复剂配比优化、施工参数确定及修复效果评价展开，累计完成原材

料性能试验、修复剂性能检测试验、混凝土裂缝修复性能试验等各类试验超500组，为规

程条文的制定提供了坚实的技术支撑。

本规程的章节设置遵循“总则-术语-材料-施工-质量检验”的逻辑框架，符合工程建

设标准的常规结构，同时结合微生物修复技术的特殊性，增加了3个附录，分别规定原材

料基本性能、修复剂性能及裂缝修复性能的试验方法，形成“技术要求-试验方法-应用实

施-质量控制”的完整技术体系，确保规程的实用性和可操作性。

本条文说明不具备与标准正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握本规程

规定的参考。

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目次

1总则...........................................................................................................................................20

2术语和符号...............................................................................................................................22

2.1术语....................................................................................................................................22

2.2符号....................................................................................................................................24

3材料...........................................................................................................................................25

3.1微生物水泥基修复剂........................................................................................................25

3.2其他原材料........................................................................................................................28

4施工...........................................................................................................................................29

4.1微生物水泥修复剂裂缝修复工艺....................................................................................29

4.2微生物砂浆修复剂裂缝修复工艺....................................................................................30

5质量检验与验收.......................................................................................................................33

5.1原材料质量检验................................................................................................................33

5.2修复混凝土质量检验与验收............................................................................................35

附录A微生物水泥基修复剂原材料基本性能试验方法.........................................................39

附录B微生物水泥基修复剂的性能检测试验方法.................................................................42

附录C混凝土裂缝修复性能试验方法.....................................................................................44

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1总则

1.0.1本条明确了本规程的编制目的。“规范应用”是核心目标，针对当前微生物水泥基

修复剂在工程应用中存在的材料选用随意、施工操作不规范、修复效果参差不齐等问题，

通过统一技术要求和操作流程，避免因技术不规范导致的修复失败或安全隐患。“技术

先进”体现了规程对新型技术的引导性，充分吸纳当前微生物修复领域的最新研究成果，

如高效菌种（巴氏生孢八叠球菌）的应用、修复剂配比优化等技术，确保规程的技术水

平符合行业发展需求。“安全可靠”是工程应用的基本要求，既包括修复材料本身的生

物安全性（如无毒、无致病性），也包括修复后混凝土结构的力学性能和耐久性满足使

用要求，保障结构在后续服役过程中的安全稳定。

1.0.2本条界定了本规程的适用范围。“工业与民用建筑混凝土结构”明确了应用场景，

涵盖厂房、办公楼、住宅、公共设施等各类建筑的混凝土结构，不包括桥梁、隧道、水

利工程等特种结构（此类结构的裂缝修复可参考本规程，但需结合其特殊服役环境和技

术要求补充制定专项规定）。“维护阶段”强调了规程的应用时段，即混凝土结构建成

并投入使用后，因老化、荷载变化、环境侵蚀等原因产生裂缝时的修复，不包括结构施

工阶段的裂缝预防或临时修补。“各种裂缝”指因不同原因（如干燥收缩、温度应力、

荷载作用、碳化等）产生的裂缝，但需注意，对于伴随结构严重损伤（如钢筋锈蚀、结

构变形）的裂缝，需先进行结构安全性评估，再结合本规程制定修复方案，不可直接套

用常规修复工艺。

1.0.3本条明确了本规程的核心内容框架。“技术要求”主要体现在第3章“材料”中，

包括微生物水泥基修复剂及其原材料的性能指标（如菌液浓度、脲酶活性、矿化能力

等），确保材料质量符合修复需求；“施工工艺”对应第4章，针对不同类型修复剂（微

生物水泥修复剂、微生物砂浆修复剂）的特点，规定了裂缝清理、注浆压力、注浆流程、

固化养护等关键施工步骤，指导现场规范操作；“质量检验与验收”对应第5章，建立了

原材料进场检验、修复后混凝土性能检验的完整质量控制体系，明确检验项目、方法和

合格标准，确保修复效果可量化、可验证。三者相互衔接，形成“材料合格-施工规范-质

量达标”的闭环管理，保障修复工程质量。

1.0.4本条为协调性条款，体现了工程建设标准的系统性和兼容性。微生物水泥基修复剂

的应用涉及材料、施工、质量检验等多个环节，除本规程规定的专项要求外，还需符合

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国家现行相关标准的通用规定，避免出现标准间的冲突或重复，确保工程应用中各标准

协同发挥作用。

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2术语和符号

2.1术语

2.1.1本条定义明确了该修复剂的核心组成、使用方式和功能。“菌液、胶结液、固定液、

沸石砂”是修复剂的关键组分，四者协同作用实现裂缝修复。菌液提供矿化反应的微生

物（巴氏生孢八叠球菌），胶结液提供反应所需的尿素和钙离子，固定液促进微生物在

裂缝表面的附着，沸石砂（仅微生物砂浆修复剂含）用于填充较宽裂缝并作为矿化产物

的载体。“按规定比例组分拌合或规定工艺施行”强调了修复剂的现场制备特性，因微

生物活性易受储存条件影响，需在施工现场根据需求混合各组分，避免提前拌合导致微

生物失活。“填充混凝土裂缝、提升开裂混凝土抗渗性和耐久性”是修复剂的核心功能，

区别于传统修复材料仅注重“填充”的单一功能，微生物修复剂通过生成生物碳酸钙与

混凝土基材形成牢固结合，不仅封堵裂缝，还能提升结构的抗渗能力（减少水分和有害

物质侵入）和耐久性（延缓钢筋锈蚀、混凝土碳化）。

2.1.4本条明确了菌液的成分、菌种类型和功能。“巴氏生孢八叠球菌”是当前微生物混

凝土领域应用最广泛的菌种，其优势在于：具有较高的脲酶活性，能高效催化尿素水解

生成氨和碳酸根，进而与钙离子结合生成碳酸钙；具有较强的耐碱性和抗逆性，能在混

凝土内部的碱性环境（pH值8～13）中存活并保持活性；无致病性，生物安全性高，符合

工程应用对材料无毒无害的要求。“液体培养基中培养得到的细菌悬浮液”说明了菌液

的制备方式，液体培养基通常包含碳源、氮源、矿物质等营养成分，确保细菌大量繁殖

并保持活性。“驱动矿化反应的主体”强调了菌液的核心作用，微生物的代谢活动是矿

化反应的动力，菌液的浓度、脲酶活性等性能直接决定矿化反应的效率和碳酸钙产量，

进而影响修复效果。

2.1.5本条定义了胶结液的成分和功能。“尿素和氯化钙混合溶液”是胶结液的基本组成，

两者的浓度需严格控制（本规程第3.1.4条规定为0.8mol/L～1.2mol/L），尿素作为微生

物脲酶的底物，水解后生成的碳酸根是碳酸钙的重要组成部分；氯化钙提供钙离子，与

碳酸根结合生成碳酸钙沉淀，填充裂缝。“矿化反应所需尿素和钙离子的主要来源”明

确了胶结液的作用，其浓度直接影响矿化反应的速率和碳酸钙产量：浓度过低会导致矿

化产物不足，修复不彻底；浓度过高则可能导致反应过快，碳酸钙在裂缝表面过早沉淀，

堵塞注浆通道，影响修复剂的渗透深度。因此，胶结液的浓度需与菌液的脲酶活性匹配，

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确保矿化反应平稳、高效进行。

2.1.11本条定义了矿化能力的含义，是评价微生物水泥基修复剂性能的关键指标。“生成

的碳酸钙产量占其理论碳酸钙产量的百分比”体现了指标的量化性，理论碳酸钙产量根

据胶结液中尿素和钙离子的浓度计算（1mol尿素可生成1mol碳酸钙），实际产量通过

检测反应后溶液中剩余钙离子浓度计算（钙离子减少量对应碳酸钙生成量）。矿化能力

越高，说明微生物催化反应的效率越高，能生成更多的碳酸钙填充裂缝，修复效果越好。

本规程第3.1.7条规定矿化能力≥65%，该指标基于大量试验确定：当矿化能力低于65%

时，生成的碳酸钙量不足，难以有效封堵裂缝，抗渗性和力学性能修复率无法达到要求；

而通过优化菌种、调整修复剂配比，矿化能力可稳定达到65%以上，兼顾技术可行性和

工程经济性。

2.1.12本条定义了该指标的含义，是评价裂缝修复后混凝土抗渗性能的核心参数。“裂

缝修复后混凝土的渗透系数与开裂前混凝土渗透系数之比”体现了修复效果的相对性，

开裂前混凝土的渗透系数较低（密实性好），开裂后因裂缝存在，渗透系数急剧增大

（水分易渗入），修复后通过碳酸钙填充裂缝，渗透系数降低，修复率越接近100%，说

明抗渗性能恢复越好。该指标的意义在于：混凝土结构的耐久性（如钢筋锈蚀、冻融破

坏）与水分和有害物质的侵入密切相关，抗渗性能的恢复是保障结构耐久性的关键。本

规程第5.2.1条规定抗渗系数修复率≥80%，该标准综合考虑了工程实际需求和技术水平，

80%的修复率可有效减少水分渗入，延缓结构劣化，同时避免因追求过高修复率导致施工

成本大幅增加或施工难度显著提升。

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2.2符号

本部分符号均为混凝土裂缝修复性能计算中的关键参数，符号定义和物理意义与现

行国家标准（如《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》GB/T50082）保持一致，

确保计算方法的通用性和准确性。例如，“K”代表修复后的裂缝渗透系数，单位为cm/s，

是评价抗渗性能的核心参数，其计算需结合稳定渗水流量（Q）、裂缝深度（L）、裂缝

截面积（A）和水头高度（H），公式推导基于达西定律，符合流体力学基本原理；“p”

代表微生物水泥基修复剂的矿化能力，单位为%，其计算需对比实际钙沉淀量与理论碳酸

钙产量，反映微生物反应效率。符号的统一使用可避免因表述差异导致的计算错误，方

便工程技术人员理解和应用。

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3材料

3.1微生物水泥基修复剂

3.1.1本条明确了微生物水泥基修复剂的分类，分类依据为裂缝宽度和修复需求，体现了

“按需选用”的原则。微生物水泥修复剂（不含沸石砂）呈液态，流动性好，适用于宽

度较小的裂缝（本规程第4章适用于0.3-0.5mm裂缝），其优势在于具备较高的流动性，

能渗透到裂缝深处，填充细微孔隙；微生物砂浆修复剂（含沸石砂）为固-液结合态，适

用于宽度大于0.5mm的裂缝，沸石砂可作为骨料填充较大裂缝空间，同时为微生物矿化

反应提供附着载体，避免矿化产物流失，提升修复体的力学强度。分类设置的意义在于：

不同宽度的裂缝对修复剂的流动性、填充能力和力学性能要求不同，单一类型修复剂无

法满足所有裂缝的修复需求，分类后可针对性选择，确保修复效果。

3.1.4本条规定了微生物水泥基修复剂原材料的性能指标，是保障材料质量的核心条款，

各指标的设定依据和意义如下：

1菌液浓度（OD600≥1.2）：OD600是衡量细菌浓度的常用指标，反映菌液中微生

物的数量。OD600≥1.2可确保有足够的微生物参与矿化反应，若浓度过低，反应效率下

降，矿化能力无法达标；试验表明，OD600在1.2～1.5范围内，微生物活性和反应效率

最佳，兼顾成本和效果。

2菌液脲酶活性（≥15mMurea/min，20℃）：脲酶是催化尿素水解的关键酶，活

性直接决定矿化反应速率。20℃是常规施工环境温度，在此温度下活性≥15可确保反应

能在合理时间内完成（通常6～12h），避免因活性过低导致修复剂在裂缝中未充分反应

即流失；活性过高则可能导致反应过快，生成的碳酸钙颗粒粗大，堵塞裂缝通道，影响

渗透深度。

3菌液pH值（8.5～9）：巴氏生孢八叠球菌适宜在弱碱性环境中存活，pH值8.5～

9是其最佳活性区间，可保持微生物的代谢能力；若pH值过低或过高，微生物易失活，

影响修复效果。

4胶结液离子浓度（0.8～1.2mol/L）：尿素和钙离子浓度匹配，确保两者按1:1比

例反应生成碳酸钙（尿素水解生成的碳酸根与钙离子等量结合）；浓度低于0.8mol/L，

生成的碳酸钙量不足，修复效果差；高于1.2mol/L，溶液黏度增大，流动性下降，影响

渗透性能，同时可能导致未反应的离子残留，影响混凝土耐久性。

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5固定液钙离子浓度（0.03～0.07mol/L）：低浓度钙离子可中和裂缝表面和砂粒的

负电荷，降低静电斥力，促进细菌附着；浓度过低，中和效果差，细菌易随修复剂流失；

浓度过高，可能导致钙离子在固定液阶段提前沉淀，堵塞裂缝，影响后续菌液和胶结液

的渗透。

6沸石砂粒径（0.1～0.2mm）：该粒径范围的沸石砂流动性好，能均匀填充宽度大

于0.5mm的裂缝，同时不会因粒径过大导致无法进入裂缝或堵塞注浆设备；粒径小于

0.1mm则起不到填充较大裂缝的作用，粒径大于0.2mm则流动性下降，适用裂缝宽度范

围变窄。

本条同时规定检测方法按附录A执行，附录A的试验方法均为行业通用或经过验证的可

靠方法（如OD600采用分光光度计法、钙离子浓度采用EDTA滴定法），确保检测结果

的准确性和可比性。

3.1.5本条规定了沸石砂的杂质含量要求，引用现行国家标准《建筑用砂》GB/T14684

和《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52，主要目的是控制沸石砂中的有害

杂质（如泥块、云母、轻物质、硫化物及硫酸盐等）含量。杂质过多会产生以下负面影

响：泥块会降低沸石砂与生物碳酸钙的结合强度，导致修复体力学性能下降；云母会增

加砂的吸水性，影响修复剂的水灰比，进而影响矿化反应；硫化物及硫酸盐会与混凝土

中的水泥水化产物反应，生成膨胀性物质，导致修复体开裂或脱落。因此，沸石砂需符

合建筑用砂的通用杂质要求，确保其不会对修复效果和混凝土结构耐久性产生不利影响。

3.1.6本条规定了微生物水泥基修复剂的配比设计，各配比参数的设定依据和意义如下：

1菌胶比（0.36～0.44）：菌液与胶结液的体积比，该比例确保菌液中的微生物数

量与胶结液中的底物（尿素、钙离子）量匹配，微生物能充分催化底物反应，避免菌液

过多（底物不足，微生物闲置）或胶结液过多（微生物不足，底物未充分反应）；试验

表明，菌胶比在0.4左右时，矿化能力可达70%以上，修复效果最佳。

2菌砂比（3.2～3.8L/kg）：菌液体积与沸石砂质量的比，确保有足够的微生物附

着在沸石砂表面，同时菌液量不会过多导致修复剂过于稀薄（影响力学性能）；该比例

范围是基于沸石砂的比表面积计算得出，3.2～3.8L/kg可使菌液均匀包裹沸石砂颗粒，为

矿化反应提供充足的微生物。

3胶砂比（7.9～9.6L/kg）：胶结液体积与沸石砂质量的比，确保胶结液能充分浸

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润沸石砂，同时为矿化反应提供足够的底物；该比例可使修复剂保持适宜的稠度，既便

于注浆施工，又能在固化后形成密实的修复体。

4固砂比（1.2～1.4L/kg）：固定液体积与沸石砂质量的比，确保固定液能充分中

和沸石砂表面的负电荷，促进微生物附着；该比例与沸石砂的粒径和比表面积匹配，

1.2～1.4L/kg可使固定液均匀覆盖砂粒表面，同时不会因固定液过多导致修复剂流动性过

剩。

配比设计的核心是确保各组分协同作用，避免因比例失衡导致修复剂性能下降（如矿化

能力不足、流动性差、力学强度低），同时兼顾施工可行性和经济性。

3.1.7本条规定了微生物水泥基修复剂的成品性能指标，是评价修复剂质量的关键，各

指标的设定依据和意义如下：

1矿化能力（≥65%）：如前所述，矿化能力反映微生物催化反应的效率，≥65%

可确保生成足够的碳酸钙填充裂缝，试验表明，矿化能力达到65%时，裂缝的抗渗系数

修复率可超过80%，力学性能修复率符合要求；若矿化能力低于65%，则修复效果无法

达标。

2生物碳酸钙黏附力（≥20nN）：黏附力反映碳酸钙与混凝土裂缝表面的结合强度，

采用原子力显微镜（AFM）测试，≥20nN可确保修复体与基材结合牢固，避免在使用过

程中因外力或环境作用脱落；黏附力过低，修复体易剥离，导致裂缝再次开放。

3微生物砂浆抗压强度（≥28MPa）：仅针对微生物砂浆修复剂，因该修复剂用于

较宽裂缝，需具备一定的力学强度以承受结构荷载；28MPa与C30混凝土的抗压强度接

近，可确保修复体与混凝土基材的力学性能匹配，避免因强度差异导致应力集中，产生

新的裂缝。

3.1.8本条规定了微生物水泥基修复剂的生物安全性要求，是保障施工人员安全和环境

安全的重要条款。“菌液中微生物应安全，毒性检验结论应为实际无毒”：巴氏生孢八

叠球菌是土壤中常见的非致病性细菌，经毒性测试表明其对人体无危害，不会引起感染

或中毒；“急性毒性剂量（LD50）应大于5000mg/kg体重”：根据《化学品急性毒性分

级标准》，LD50>5000mg/kg体重属于实际无毒级别，确保即使在施工过程中人员误接触

（如皮肤接触、吸入少量飞沫），也不会对健康造成影响。

本条同时规定了毒性测试方法，引用现行国家标准《化学品急性经口毒性试验方法》

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GB/T21603和《食品安全国家标准急性经口毒性试验》GB15193.3，确保测试过程科学

规范，结果可靠。生物安全性是微生物材料区别于传统化学材料的重要特性，必须严格

控制，避免因微生物泄漏导致的环境风险或健康危害。

3.2其他原材料

3.2.1本条规定了试验用水的类型为工业去离子水，主要目的是避免水中的杂质（如离

子、有机物、微生物）对试验结果产生干扰。在原材料性能试验（如菌液浓度、脲酶活

性、钙离子浓度测试）和修复剂性能试验（如矿化能力测试）中，水中的离子（如钙、

镁离子）可能导致钙离子浓度测试结果偏高，有机物可能影响微生物活性，杂菌可能与

目标菌种竞争底物，导致矿化反应效率下降。工业去离子水的纯度高，离子含量极低，

可确保试验结果的准确性和重复性，避免因水质问题导致的试验误差。需要注意的是，

本条仅针对试验用水，施工过程中若需用水（如清洗设备），可采用普通自来水，但需

确保水中