專利名稱：：利用微生物修復水泥基材料裂縫方法及培養(yǎng)液和修復營養(yǎng)液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種水泥基材料裂縫的修復方法及培養(yǎng)液和修復營養(yǎng)液，特別涉及一種利用微生物沉積碳酸鈣以修復水泥基材料裂縫的方法及培養(yǎng)液和修復營養(yǎng)液。
背景技術(shù)：
：水泥基材料作為目前用量最大的一種建筑材料，其最大的缺點就是在材料制備過程以及服役期間，在周圍環(huán)境的影響下極易在材料內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋而出現(xiàn)局部損傷?；炷恋牧芽p是不可避免的，其微觀裂縫是本身物理力學性質(zhì)決定的。但是若不能及時修復，不僅會影響材料的正常使用，而且可能由此誘發(fā)宏觀裂縫并出現(xiàn)脆性斷裂。目前，工程中常用的裂縫修復材料主要包括水泥基滲透結(jié)晶型材料、聚合物砂漿、高分子灌漿材料等，雖然這些材料在許多結(jié)構(gòu)裂縫缺陷的修^復中發(fā)揮了重要作用，但同時它們還不可避免的存在著一些缺陷，如材料的耐久性、環(huán)境友好性等等，也極大限制了它們的應(yīng)用范圍。方解石是自然界最穩(wěn)定的礦物之一，將其作為水泥基等人工石材的裂縫修復材料具有不可比擬的優(yōu)越條件。自然界中某些微生物可以通過其自身的生命活動，與周圍環(huán)境介質(zhì)之間不斷循環(huán)發(fā)生著酶化作用，逐漸礦化形成方解石。再經(jīng)過漫長時期的累積，最終將自然界中沉積的疏松碎屑物質(zhì)膠結(jié)形成堅硬的巖石。這種生物礦化可以人為加速應(yīng)用于水泥基材料裂縫的修復過程，效果較為顯著。
發(fā)明內(nèi)容夸發(fā)明提供了一種對環(huán)境更友好并能提高修復效果的利用微生物修復水泥基材料裂縫方法及培養(yǎng)液和修復營養(yǎng)液，利用本發(fā)明在裂縫中形成的修復材料的體積穩(wěn)定性和耐久性好。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種利用微生物修復水泥基材料裂縫的方法，將菌林巴氏芽胞桿菌Bacilluspasteurii接種至裝有含尿素底物的培養(yǎng)基上，在2537。C下進行振蕩培養(yǎng)，16-24小時后取出培養(yǎng)菌液，5000~8000rpm離心5-8min，去除上清液，用培養(yǎng)液收集菌林細胞，利用紫外-可見光分光光度計測定濃縮菌液透光度OD值，根據(jù)OD值與菌液濃度的線性標定曲線將收集得到的菌抹細胞濃度控制在2xl(^2xl0Ucell/mL范圍內(nèi)，然后在每毫升收集得到的菌抹細胞溶液內(nèi)添加8-12g質(zhì)量比為8~12:1~2:2~6的標準砂、尿素、以及Ca(N03)2.4H20混合物，將其混合并拌合成漿體，注入到15mm寬、深度《50mm水泥石裂縫中，每48h往水泥石裂縫中注入l~4mL修復營養(yǎng)液，修復營養(yǎng)液的注入次數(shù)不少于2次，最后進行養(yǎng)護，在上述培養(yǎng)液中，每升培養(yǎng)液含有蛋白胨46g、牛肉膏24g及尿素20g60g,在上述修復營養(yǎng)液中，每升修復營養(yǎng)液含有蛋白胨4^g、牛肉膏2~4g、尿素60~100g及Ca2+l~2mol。21d后，砂粒緊密固結(jié)于水泥石裂縫中，水泥基材料裂縫得以修復，水泥石試件抗壓強度相對未修復前提高70%以上，恢復至未破壞原始試件的80%以上。本發(fā)明所述的培養(yǎng)液，每升培養(yǎng)液含有蛋白胨4~6g、牛肉膏2~4gM素20g60g。本發(fā)明所述的修復營養(yǎng)液，每升修復營養(yǎng)液含有蛋白胨46g、牛肉膏24g、尿素60~100g及Ca2+l~2mol。本發(fā)明利用微生物酶化作用，礦化沉積出碳酸釣?zāi)z結(jié)砂粒，從而實現(xiàn)修復水泥基材料裂縫。菌林Bacilluspasteurii接種至培養(yǎng)液后，在適宜環(huán)境中得以迅速生長繁殖，1624后達到其生長高峰，取出離心獲取高濃度的菌林濕細胞，拌合砂基材注入到裂縫中，通過修復營養(yǎng)液的持續(xù)供給，菌抹Bacilluspasteurii得以在裂縫中再次生長繁殖，在細胞內(nèi)不斷產(chǎn)生脲酶，快速分解底物尿素形成C032、并與裂縫環(huán)境中供給的Ca"沉積形成大量碳酸鉀顆粒，附著于妙、粒表面與間隙中，達到將砂粒固結(jié)于水泥石裂縫中的目的，修復裂縫。整個過程可描述如下(NH2)2CO+2H20=C032-+2,+(1)Cell+Ca2+=Cell-Ca2+(2)Cell-Ca2++C032-=Cell-CaC03(3)W、-Ca2++C032-=砂-CaC。3(4)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明充分利用自然界微生物資源，通過生物的礦化作用，加速沉積制備碳酸鈣，不僅資源豐富，而且環(huán)境清潔，成本低廉，所制備的修復漿體和易性好，可以直接注入到水泥基材料裂縫中，工藝簡單。微生物酶化分解出的co,可與基材中的Ca^螯合，緩慢礦化沉積出碳酸鉤，與基材結(jié)合緊密，穩(wěn)定性能好。相比于目前工程中常用的裂縫修復材料，如聚合物砂漿、高分子灌漿材料等，材料的體積穩(wěn)定性和耐久性好，微生物資源豐富，環(huán)境友好性更為突出。圖1是水泥石試件抗壓強度測試時的受壓方式及裂縫位置圖。圖2是電子掃描電鏡下觀察到的水泥石裂縫中砂基材膠結(jié)圖(a)碳酸4丐顆粒包裹于砂粒表面；(b)砂粒之間通過碳酸鈣顆粒膠結(jié)。具體實施例方式采用普通硅酸鹽水泥P032.5,水灰比0.45，成型水泥凈漿，試件尺寸50mmx50mmx50mm,室溫養(yǎng)護7天后人為切割3mm寬、20mm深的裂縫，待修復使用。將菌林巴氏芽胞桿菌Bacilluspasteurii接種至裝有含尿素底物的培養(yǎng)基上，其成分如表l所示，在2537。C下進行振蕩培養(yǎng)，1624小時后取出培養(yǎng)菌液，5000~8000rpm離心58min,去除上清液，采用表1培養(yǎng)基收集菌抹濕細胞，將收集得到的菌抹細胞濃度分別控制為0、2xl09cell/mL、2xl01Gcell/mL，然后分別在每毫升收集得到的菌抹細胞溶液內(nèi)添加8g質(zhì)量比為10:1:4的標準砂、尿素、以及Ca(N03)r4H20混合物，其配比列于表2，分別注入到水泥石裂縫中，每48h水泥石裂縫中注入lmL含有尿素底物和Ca^的修復營養(yǎng)液，其成分如表3所示，共注入4次，最后進行養(yǎng)護。表l培養(yǎng)基成分營養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)量(g)主要作用蛋白胨5.0提供氮源、碳源(能源)、生長因子牛肉膏3.0提供氮源、碳源(能源)、無機鹽、生長因子尿素20.0'菌林酶化反應(yīng)參與底物蒸餾水1000.0提供水分表2水泥石裂縫修復材料<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>未破壞試件成型養(yǎng)護28d后，測其抗壓強度作為基準值Co，修復試件常溫養(yǎng)護7d切割裂縫后，如上述方法將微生物修復材料注入其中，待28d齡期如圖l所示方法測其抗壓強度d，同時測試未修復的帶裂縫試件抗壓強度C2，根據(jù)式(5)和式(6)計算其強度恢復系數(shù)G和強度提高系數(shù)H，表征裂縫修復效果。G=C,/Co(5)H=(C廣C2)/C2(6)式中G—抗壓強度恢復系數(shù)H—抗壓強度提高系數(shù)采用上述方法分別測試三組水泥石試件f^復后28天抗壓強度，并計算其抗壓強度恢復系數(shù)G和提高系數(shù)H，結(jié)果列于表4。Sl組由于未添加菌株，水泥石試件28d齡期到時，裂縫中的砂粒未膠結(jié)在一起，仍處于松散狀態(tài)，但由于砂粒的填充，其抗壓強度較修復前提高36%,恢復至原未破壞試件抗壓強度的65%。S2組和S3組分別添加了2xl09cell/mL和2xlO化cell/mL濃度的菌林，試件28d齡期到時，由圖2可以看出，水泥石裂縫中礦化沉積形成大量碳酸釣，附著于砂粒表面與間隙中，達到將砂粒固結(jié)于水泥石裂縫中的目的，S2組抗壓強度較修復前提高54%,恢復至原未破壞試件抗壓強度的74%,而S3組抗壓強度較修復前提高76%，恢復至原試件抗壓強度的84%,修復效果較好。表4水泥石裂縫修復后的抗壓強度抗壓強度(MPa)組別-提高系數(shù)H恢復系數(shù)GCo(原始試件)C2(破壞試件)d(修復試件)5110.070.360.655215.427.3911.410.540.745313.010.760.84實施例1:利用微生物修復水泥基材料裂縫方法實施例1-1一種利用微生物修復水泥基材料裂縫方法，將菌抹巴氏芽胞桿菌Bacilluspasteurii接種至裝有含尿素底物的培養(yǎng)基上，在25。C下進行振蕩培養(yǎng)，16小時后取出培養(yǎng)菌液，5000rpm離心5min，去除上清液，用培養(yǎng)液收集菌林細胞，利用紫外-可見光分光光度計測定濃縮菌液透光度OD值，根據(jù)OD值與菌液濃度的線性標定曲線將收集得到的菌抹細胞濃度控制在2xl09范圍內(nèi)，然后在每毫升收集得到的菌林細胞溶液內(nèi)添加8質(zhì)量比為8:1:2的標準砂、尿素、以及Ca(N03)2.4H20混合物，將其混合并拌合成漿體，注入到lmm寬、深度50mm水泥石裂縫中，每48h往水泥石裂縫中注入l修復營養(yǎng)液，修復營養(yǎng)液的注入次數(shù)2次，最后進行養(yǎng)護，在上述培養(yǎng)液中，每升培養(yǎng)液含有蛋白胨4g、牛肉膏2gM素20g,在上述修復營養(yǎng)液中，每升修復營養(yǎng)液含有蛋白胨4g、牛肉膏2g、尿素60g及Ca2+lmol。實施例1-2—種利用微生物修復水泥基材料裂縫方法，其特征在于將菌抹巴氏芽胞桿菌Bacilluspasteurii接種至裝有含尿素底物的培養(yǎng)基上，在37。C下進行振蕩培養(yǎng)，24小時后取出培養(yǎng)菌液，8000rpm離心8min，去除上清液，用培養(yǎng)液收集菌株細胞，利用紫外-可見光分光光度計測定濃縮菌液透光度OD值，根據(jù)OD值與菌液濃度的線性標定曲線將收集得到的菌林細胞濃度控制在2xl()Ucell/mL范圍內(nèi)，然后在每毫升收集得到的菌林細胞溶液內(nèi)添加12g質(zhì)量比為12:2:6的標準砂、尿素、以及Ca(N03)r4H20混合物，將其混合并拌合成漿體，注入到5mm寬、深度lmm水泥石裂縫中，每48h往水泥石裂縫中注入4mL修復營養(yǎng)液，修復營養(yǎng)液的注入次數(shù)4次，最后進行養(yǎng)護，在上述培養(yǎng)液中，每升培養(yǎng)液含有蛋白胨6g、牛肉膏4g及尿素60g,在上述修復營養(yǎng)液中，每升修復營養(yǎng)液含有蛋白胨6g、牛肉膏4g、尿素100g及Ca2+2mol。實施例1-3—種利用微生物修復水泥基材料裂縫方法，將菌抹巴氏芽胞桿菌Bacilluspasteurii接種至裝有含尿素底物的培養(yǎng)基上，在30'C下進行振蕩培養(yǎng)，20小時后取出培養(yǎng)菌液，7500rpm離心7min,去除上清液，用培養(yǎng)液收集菌抹細胞，將收集得到的菌林細胞濃度控制在2xlO、ell/mL范圍內(nèi)，然后在每毫升收集得到的菌株細胞溶液內(nèi)添加8質(zhì)量比為10:1:4的標準砂、尿素、以及Ca(N03)2.4H20混合物，將其混合并拌合成漿體，注入到3mm寬、深度20mm水泥石裂縫中，每48h往水泥石裂縫中注入lmL修復營養(yǎng)液，修復營養(yǎng)液的注入次數(shù)4次，最后進行養(yǎng)護，在上述培養(yǎng)液中，每升培養(yǎng)液含有蛋白胨5g、牛肉膏3g及尿素40g,在上述修復營養(yǎng)液中，每升修復營養(yǎng)液含有蛋白胨5g、牛肉膏3g、尿素80g及Ca2+lmol。實施例1-4一種利用微生物修復水泥基材料裂縫方法，其特征在于將菌林巴氏芽胞桿菌Bacilluspasteurii接種至裝有含尿素底物的培養(yǎng)基上，在28。C下進行振蕩培養(yǎng)，18小時后取出培養(yǎng)菌液，7000rpm離心6.5min,去除上清液，用培養(yǎng)液收集菌林細胞，利用紫外-可見光分光光度計測定濃縮菌液透光度OD值，根據(jù)OD值與菌液濃度的線性標定曲線將收集得到的菌林細胞濃度控制在2xl01Qcell/mL范圍內(nèi)，然后在每毫升收集得到的菌林細胞溶液內(nèi)添加10g質(zhì)量比為9:1.2:5的標準妙、、尿素、以及Ca(N03)2.4H20混合物，將其混合并拌合成漿體，注入到4mm寬、深度30mm水泥石裂縫中，每48h往水泥石裂縫中注入2mL修復營養(yǎng)液，修復營養(yǎng)液的注入次數(shù)3次，最后進行養(yǎng)護，在上述培養(yǎng)液中，每升培養(yǎng)液含有蛋白胨4.6g、牛肉膏2.4g及尿素45g,在上述修復營養(yǎng)液中,每升修復營養(yǎng)液含有蛋白胨4.7g、牛肉膏2.4g、尿素70g及Ca2+1.2mol。實施例2利用微生物修復水泥基材料裂縫方法用培養(yǎng)液實施例2-1—種培養(yǎng)液，其特征在于每升培養(yǎng)液含有蛋白胨4g、牛肉膏2g財素20g。實施例2-2—種培養(yǎng)液，其特征在于每升培養(yǎng)液含有蛋白胨6g、牛肉膏4g及尿素60g。實施例2-3—種培養(yǎng)液，其特征在于每升培養(yǎng)液含有蛋白胨5g、牛肉膏3g及尿素50g。實施例2-4—種培養(yǎng)液，其特征在于每升培養(yǎng)液含有蛋白胨4.6g、牛肉膏2.4g及尿素30g。實施例3利用微生物修復水泥基材料裂縫方法用修復營養(yǎng)液實施例3-1—種修復營養(yǎng)液，其特征在于每升修復營養(yǎng)液含有蛋白胨4g、牛肉膏2g、尿素60g及Ca2+lmo1。實施例3-2—種修復營養(yǎng)液，其特征在于每升修復營養(yǎng)液含有蛋白胨6g、牛肉膏4g、尿素100g及Ca2+2mol。實施例3-3—種修復營養(yǎng)液，其特征在于每升修復營養(yǎng)液含有蛋白胨5g、牛肉膏3g、尿素80g及Ca2+1.2mol。實施例3-4—種修復營養(yǎng)液，其特征在于每升修復營養(yǎng)液含有蛋白胨4.6g、牛肉膏2.4g、尿素70g及Ca2+1.5mol。權(quán)利要求1.一種利用微生物修復水泥基材料裂縫方法，其特征在于將菌株巴氏芽胞桿菌Bacilluspasteurii接種至裝有含尿素底物的培養(yǎng)基上，在25～37℃下進行振蕩培養(yǎng)，16～24小時后取出培養(yǎng)菌液，5000～8000rpm離心5～8min，去除上清液，用培養(yǎng)液收集菌株細胞，將收集得到的菌株細胞濃度控制在2×109～2×1011cell/mL范圍內(nèi)，然后在每毫升收集得到的菌株細胞溶液內(nèi)添加8～12g質(zhì)量比為8～12∶1～2∶2～6的標準砂、尿素、以及Ca(NO3)2·4H2O混合物，將其混合并拌合成漿體，注入到1～5mm寬、深度≤50mm水泥石裂縫中，每48h往水泥石裂縫中注入1～4mL修復營養(yǎng)液，修復營養(yǎng)液的注入次數(shù)不少于2次，最后進行養(yǎng)護，在上述培養(yǎng)液中，每升培養(yǎng)液含有蛋白胨4～6g、牛肉膏2～4g及尿素20～60g，在上述修復營養(yǎng)液中，每升修復營養(yǎng)液含有蛋白胨4～6g、牛肉膏2～4g、尿素60～100g及Ca2+1～2mol。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用微生物修復水泥基材料裂縫方法，其特征在于將收集得到的菌林細胞濃度控制為2xl09cell/mL,然后在每毫升收集得到的菌林細胞溶液內(nèi)添加8g質(zhì)量比為10:1:4的標準砂、尿素、以及Ca(N03)2.4H20混合物，將其混合并拌合成漿體，注入到3mm寬、20mm深的水泥石裂縫中，每48h往水泥石裂縫中注入lmL修復營養(yǎng)液，共注入4次修復營養(yǎng)液，在修復營養(yǎng)液中，每升修復營養(yǎng)液含有蛋白胨5g、牛肉膏3g、尿素80g及Ca2+lmol。3.—種用于實施權(quán)利要求1所述利用微生物修復水泥基材料裂縫方法的培養(yǎng)液，其特征在于每升培養(yǎng)液含有蛋白胨4~6g、牛肉膏24g及尿素20g60g。4.一種用于實施權(quán)利要求1所述利用微生物修復水泥基材料裂縫方法的修復營養(yǎng)液，其特征在于每升修復營養(yǎng)液含有蛋白胨46g、牛肉膏24g、尿素60100g及Ca2+l2mo1。全文摘要本發(fā)明公開了一種水泥基材料裂縫的修復方法及培養(yǎng)液和修復營養(yǎng)液。一種利用微生物修復水泥基材料裂縫方法，是將菌株巴氏芽胞桿菌接種至裝有含尿素底物的培養(yǎng)基上，在25～37℃下進行振蕩培養(yǎng)后取出培養(yǎng)菌液，離心去除上清液，用培養(yǎng)液收集菌株細胞，菌株細胞濃度控制在2×10⁹～2×10¹¹cell/mL范圍內(nèi)，然后在每毫升收集得到的菌株細胞溶液內(nèi)添加標準砂、尿素、以及Ca(NO₃)₂·4H₂O混合物，將其混合并拌合成漿體，注入到水泥石裂縫中，修復營養(yǎng)液的注入次數(shù)不少于2次，最后進行養(yǎng)護。在上述培養(yǎng)液中，每升培養(yǎng)液含有蛋白胨4～6g、牛肉膏2～4g及尿素20～60g。本發(fā)明充分利用自然界微生物資源，通過微生物酶化分解出的CO₃^2-可與基材中的Ca²⁺螯合，礦化沉積出碳酸鈣，與基材結(jié)合緊密，穩(wěn)定性能好。文檔編號E04G23/02GK101302484SQ20081001916公開日2008年11月12日申請日期2008年1月15日優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日發(fā)明者王瑞興,錢春香申請人:東南大學