專(zhuān)利名稱(chēng)：：利用微生物修復(fù)水泥基材料裂縫方法及培養(yǎng)液和修復(fù)營(yíng)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(fù)方法及培養(yǎng)液和修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液，特別涉及一種利用微生物沉積碳酸鈣以修復(fù)水泥基材料裂縫的方法及培養(yǎng)液和修復(fù)營(yíng)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(diǎn)就是在材料制備過(guò)程以及服役期間，在周?chē)h(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。混凝土的裂縫是不可避免的，其微觀裂縫是本身物理力學(xué)性質(zhì)決定的。但是若不能及時(shí)修復(fù)，不僅會(huì)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(fù)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(fù)中發(fā)揮了重要作用，但同時(shí)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(fù)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(guò)其自身的生命活動(dòng)，與周?chē)h(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(guò)漫長(zhǎng)時(shí)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(jiān)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(fù)過(guò)程，效果較為顯著。
發(fā)明內(nèi)容夸發(fā)明提供了一種對(duì)環(huán)境更友好并能提高修復(fù)效果的利用微生物修復(fù)水泥基材料裂縫方法及培養(yǎng)液和修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液，利用本發(fā)明在裂縫中形成的修復(fù)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(fù)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(jìn)行振蕩培養(yǎng)，16-24小時(shí)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(xì)胞，利用紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)定濃縮菌液透光度OD值，根據(jù)OD值與菌液濃度的線性標(biāo)定曲線將收集得到的菌抹細(xì)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(xì)胞溶液內(nèi)添加8-12g質(zhì)量比為8~12:1~2:2~6的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)營(yíng)養(yǎng)液，修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液的注入次數(shù)不少于2次，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，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(fù)營(yíng)養(yǎng)液中，每升修復(fù)營(yíng)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(fù)，水泥石試件抗壓強(qiáng)度相對(duì)未修復(fù)前提高70%以上，恢復(fù)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(fù)營(yíng)養(yǎng)液，每升修復(fù)營(yíng)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(shí)現(xiàn)修復(fù)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(zhǎng)繁殖，1624后達(dá)到其生長(zhǎng)高峰，取出離心獲取高濃度的菌林濕細(xì)胞，拌合砂基材注入到裂縫中，通過(guò)修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液的持續(xù)供給，菌抹Bacilluspasteurii得以在裂縫中再次生長(zhǎng)繁殖，在細(xì)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(dá)到將砂粒固結(jié)于水泥石裂縫中的目的，修復(fù)裂縫。整個(gè)過(guò)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(diǎn)本發(fā)明充分利用自然界微生物資源，通過(guò)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(fù)漿體和易性好，可以直接注入到水泥基材料裂縫中，工藝簡(jiǎn)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(fù)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(qiáng)度測(cè)試時(shí)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(guò)碳酸鈣顆粒膠結(jié)。具體實(shí)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(hù)7天后人為切割3mm寬、20mm深的裂縫，待修復(fù)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(jìn)行振蕩培養(yǎng)，1624小時(shí)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(xì)胞，將收集得到的菌抹細(xì)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(xì)胞溶液內(nèi)添加8g質(zhì)量比為10:1:4的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)營(yíng)養(yǎng)液，其成分如表3所示，共注入4次，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。表l培養(yǎng)基成分營(yíng)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(zhǎng)因子牛肉膏3.0提供氮源、碳源(能源)、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)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(fù)材料<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>未破壞試件成型養(yǎng)護(hù)28d后，測(cè)其抗壓強(qiáng)度作為基準(zhǔn)值Co，修復(fù)試件常溫養(yǎng)護(hù)7d切割裂縫后，如上述方法將微生物修復(fù)材料注入其中，待28d齡期如圖l所示方法測(cè)其抗壓強(qiáng)度d，同時(shí)測(cè)試未修復(fù)的帶裂縫試件抗壓強(qiáng)度C2，根據(jù)式(5)和式(6)計(jì)算其強(qiáng)度恢復(fù)系數(shù)G和強(qiáng)度提高系數(shù)H，表征裂縫修復(fù)效果。G=C,/Co(5)H=(C廣C2)/C2(6)式中G—抗壓強(qiáng)度恢復(fù)系數(shù)H—抗壓強(qiáng)度提高系數(shù)采用上述方法分別測(cè)試三組水泥石試件f^復(fù)后28天抗壓強(qiáng)度，并計(jì)算其抗壓強(qiáng)度恢復(fù)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(shí)，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(qiáng)度較修復(fù)前提高36%,恢復(fù)至原未破壞試件抗壓強(qiáng)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(shí)，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(dá)到將砂粒固結(jié)于水泥石裂縫中的目的，S2組抗壓強(qiáng)度較修復(fù)前提高54%,恢復(fù)至原未破壞試件抗壓強(qiáng)度的74%,而S3組抗壓強(qiáng)度較修復(fù)前提高76%，恢復(fù)至原試件抗壓強(qiáng)度的84%,修復(fù)效果較好。表4水泥石裂縫修復(fù)后的抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度(MPa)組別-提高系數(shù)H恢復(fù)系數(shù)GCo(原始試件)C2(破壞試件)d(修復(fù)試件)5110.070.360.655215.427.3911.410.540.745313.010.760.84實(shí)施例1:利用微生物修復(fù)水泥基材料裂縫方法實(shí)施例1-1一種利用微生物修復(fù)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(jìn)行振蕩培養(yǎng)，16小時(shí)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(xì)胞，利用紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)定濃縮菌液透光度OD值，根據(jù)OD值與菌液濃度的線性標(biāo)定曲線將收集得到的菌抹細(xì)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(xì)胞溶液內(nèi)添加8質(zhì)量比為8:1:2的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)營(yíng)養(yǎng)液，修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液的注入次數(shù)2次，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，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(fù)營(yíng)養(yǎng)液中，每升修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液含有蛋白胨4g、牛肉膏2g、尿素60g及Ca2+lmol。實(shí)施例1-2—種利用微生物修復(fù)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(jìn)行振蕩培養(yǎng)，24小時(shí)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(xì)胞，利用紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)定濃縮菌液透光度OD值，根據(jù)OD值與菌液濃度的線性標(biāo)定曲線將收集得到的菌林細(xì)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(xì)胞溶液內(nèi)添加12g質(zhì)量比為12:2:6的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)營(yíng)養(yǎng)液，修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液的注入次數(shù)4次，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，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(fù)營(yíng)養(yǎng)液中，每升修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液含有蛋白胨6g、牛肉膏4g、尿素100g及Ca2+2mol。實(shí)施例1-3—種利用微生物修復(fù)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(jìn)行振蕩培養(yǎng)，20小時(shí)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(xì)胞，將收集得到的菌林細(xì)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(xì)胞溶液內(nèi)添加8質(zhì)量比為10:1:4的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)營(yíng)養(yǎng)液，修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液的注入次數(shù)4次，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，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(fù)營(yíng)養(yǎng)液中，每升修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液含有蛋白胨5g、牛肉膏3g、尿素80g及Ca2+lmol。實(shí)施例1-4一種利用微生物修復(fù)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(jìn)行振蕩培養(yǎng)，18小時(shí)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(xì)胞，利用紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)定濃縮菌液透光度OD值，根據(jù)OD值與菌液濃度的線性標(biāo)定曲線將收集得到的菌林細(xì)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(xì)胞溶液內(nèi)添加10g質(zhì)量比為9:1.2:5的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)營(yíng)養(yǎng)液，修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液的注入次數(shù)3次，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，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(fù)營(yíng)養(yǎng)液中,每升修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液含有蛋白胨4.7g、牛肉膏2.4g、尿素70g及Ca2+1.2mol。實(shí)施例2利用微生物修復(fù)水泥基材料裂縫方法用培養(yǎng)液實(shí)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(cái)素20g。實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例3利用微生物修復(fù)水泥基材料裂縫方法用修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液實(shí)施例3-1—種修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液，其特征在于每升修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液含有蛋白胨4g、牛肉膏2g、尿素60g及Ca2+lmo1。實(shí)施例3-2—種修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液，其特征在于每升修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液含有蛋白胨6g、牛肉膏4g、尿素100g及Ca2+2mol。實(shí)施例3-3—種修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液，其特征在于每升修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液含有蛋白胨5g、牛肉膏3g、尿素80g及Ca2+1.2mol。實(shí)施例3-4—種修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液，其特征在于每升修復(fù)營(yíng)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(fù)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(jìn)行振蕩培養(yǎng)，16～24小時(shí)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(xì)胞，將收集得到的菌株細(xì)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(xì)胞溶液內(nèi)添加8～12g質(zhì)量比為8～12∶1～2∶2～6的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)營(yíng)養(yǎng)液，修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液的注入次數(shù)不少于2次，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，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(fù)營(yíng)養(yǎng)液中，每升修復(fù)營(yíng)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(fù)水泥基材料裂縫方法，其特征在于將收集得到的菌林細(xì)胞濃度控制為2xl09cell/mL,然后在每毫升收集得到的菌林細(xì)胞溶液內(nèi)添加8g質(zhì)量比為10:1:4的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)營(yíng)養(yǎng)液，共注入4次修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液，在修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液中，每升修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液含有蛋白胨5g、牛肉膏3g、尿素80g及Ca2+lmol。3.—種用于實(shí)施權(quán)利要求1所述利用微生物修復(fù)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(shí)施權(quán)利要求1所述利用微生物修復(fù)水泥基材料裂縫方法的修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液，其特征在于每升修復(fù)營(yíng)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(kāi)了一種水泥基材料裂縫的修復(fù)方法及培養(yǎng)液和修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液。一種利用微生物修復(fù)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(jìn)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(xì)胞，菌株細(xì)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(xì)胞溶液內(nèi)添加標(biāo)準(zhǔn)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(fù)營(yíng)養(yǎng)液的注入次數(shù)不少于2次，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。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(guò)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(hào)E04G23/02GK101302484SQ20081001916公開(kāi)日2008年11月12日申請(qǐng)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(qián)春香申請(qǐng)人:東南大學(xué)