生物磷酸盐和碳酸盐复合胶凝材料固结松散砂颗粒的方法技术

本发明专利技术公开了生物磷酸盐和碳酸盐复合胶凝材料固结松散砂颗粒的方法，其步骤为：将二至三代的巴氏芽胞杆菌菌株接种到大豆蛋白胨、酪蛋白胨培养基中，得到三至四代的巴氏芽胞杆菌菌液；然后将K2HPO4固体完全溶解在巴氏芽胞杆菌菌液中，形成磷酸盐菌液；配置(1mol/l)尿素和(2mol/l)无水MgCl2的混合溶液；按富勒最紧密堆积方法配制两级配为150μm以下和150～300μm粒径的石英砂，然后装入带有缓冲垫和过滤砂的模具中；将磷酸盐菌液和混合溶液按体积比1:1的比例通过蠕动泵分别注入配制好的石英砂模具中，直至不能注入磷酸盐菌液和混合溶液的试样带模放置于烘箱中养护10～15天，拆模得到相应的石英砂柱。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于地基 加固技术范畴。
技术介绍
硅酸盐水泥是建筑领域最为常用的胶凝材料，也是建材产业的重要组成部分。水 泥主要成分是含有大量碳酸钙的石灰石，生产过程中会消耗化石燃料以加热石灰石，在加 热过程中，石灰石会分解并释放温室气体二氧化碳（C0 2)。因此，燃料燃烧和碳酸盐分解都 会释放CO2。据庞翠娟报道，每生产1吨水泥熟料，需要消耗综合能耗约为113. 5kgce并排 放大约0. 8吨CO2气体，如果大气中的CO2浓度提高一倍，环境温度可能升高I. 5-4. 5°C，由 此产生严重的温室效应，会加剧全球变暖。此外，水泥生产中排放的气体还包括SO2和NO x 等有害气体，对生态环境系统产生严重的影响。 微生物诱导方解石沉积（MICP)胶结松散颗粒已被广泛研究。此方法在胶结过程 中会释放有害气体氨气，对环境产生了负面影响。微生物诱导方解石在胶结过程中，菌液 中的脲酶水解尿素产生氨气和碳酸根，在不同钙源存在下以菌体作为方解石沉积的成核位 点。微生物诱导方解石在砂颗粒和孔喉之间形成，可以明显提高松散颗粒之间的力学性能。 基于以上性质，微生物诱导沉积方解石即微生物水泥已经被研究应用于土壤加固、抗液化 和胶结松散的砂子等方面。因为MICP在胶结过程会释放大量氨气和形成铵根离子溶液对 环境产生破坏，在实际工程中需要进行处理，所以需要花费大量资金投入，不利于大规模应 用。因此，科学家们正竭力研究开发绿色胶凝材料，具有节能、环境污染少或无污染且具有 优良耐久性的新型胶凝材料，有的胶凝材料不仅没有碳排放，而且，有的还是碳负性胶凝材 料即可以吸收空气中的碳。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供生物磷酸盐和碳酸盐复合胶凝材料固结松散砂颗 粒的方法，它不同于微生物诱导方解石沉积胶结石英砂柱的方法，该方法能够有效将大量 氨气转化为环境友好物质鸟粪石、操作简便和避免资源浪费等优点。 技术方案：本专利技术的 为： a. 将二至三代的巴氏芽胞杆菌菌株接种到大豆蛋白胨、酪蛋白胨培养基中，得到三至 四代的巴氏芽胞杆菌菌液，然后将一定量的K2HPO 4固体完全溶解在氏芽胞杆菌菌液中，形 成磷酸盐菌液，磷酸盐菌液的OD值为I. 6~1. 9 ; b. 配置（lmol/1)尿素和（2mol/l)无水MgCldtJ混合溶液； c. 按富勒最紧密堆积方法配制两级配为15〇μπι以下和15(T300Mffl粒径的石英砂，然 后装入带有缓冲垫和过滤砂的模具中； d. 将第一步制备的磷酸盐菌液和第二步配制的混合溶液按体积比1:1的比例通过蠕 动泵分别注入配制好的石英砂模具中，控制磷酸盐菌液流速为8~16ml/min，混合溶液流速 为6~10ml/min，连续注入，直至不能注入磷酸盐菌液和混合溶液； e.直至不能注入磷酸盐菌液和混合溶液的试样带模放置于烘箱中养护1(Γ15天，拆模 得到相应的石英砂柱。 所述的培养基获取的方式为：将有机每升培养基含有大豆蛋白胨4~6g、酪蛋白胨 14?16g，该培养基溶液的pH=6. 8?7. 2。 所述注入方式包括：磷酸盐菌液由下往上注入石英砂模具中，注满后立刻再由下 往上注入混合溶液，注满后在28~32°C下静置l~2h，再注入磷酸盐菌液，循环交替，直至不 能注入磷酸盐菌液和混合溶液。 有益效果：本专利技术与现有胶结技术相比，具有以下优点： 1. 投资小、污染少和工艺简单，因其能够将尿素酶解过程中释放的氨气大量利用，避免 环境污染和资源浪费； 2. 清洁和无毒，产生的鸟粪石对环境友好和无二次污染。 【附图说明】 图1生物磷酸盐和碳酸盐复合胶凝材料固结而成石英砂柱的能谱分析图， 图2生物磷酸盐和碳酸盐复合胶凝材料固结而成石英砂柱的的X射线衍射图谱， 图3生物磷酸盐和碳酸盐复合胶凝材料固结而成石英砂柱的SEM图， 图4生物磷酸盐和碳酸盐复合胶凝材料胶结石英砂柱的效果图。 【具体实施方式】 本专利技术涉及，将二至三 代的巴氏芽胞杆菌菌株接种到大豆蛋白胨、酪蛋白胨培养基中，得到三至四代的巴氏芽胞 杆菌菌液；然后将一定量的K2HPO4固体完全溶解在巴氏芽胞杆菌菌液中，形成磷酸盐菌液； 配置（lmol/1)尿素和（2mol/l)无水MgCl 2的混合溶液；按富勒最紧密堆积方法配制两级 配为150Mm以下和15(T300Mffl粒径的石英砂，然后装入带有缓冲垫和过滤砂的模具中；将 磷酸盐菌液和混合溶液按体积比1:1的比例通过蠕动泵分别注入配制好的石英砂模具中， 控制磷酸盐菌液流速为8~16ml/min,混合溶液流速为6~10ml/min，连续注入，直至不能注 入磷酸盐菌液和混合溶液；直至不能注入磷酸盐菌液和混合溶液的试样带模放置于45°C 烘箱中养护1(Γ15天，拆模得到相应的石英砂柱。 生物磷酸盐和碳酸盐复合胶凝材料固结松散砂颗粒的机理 在胶结过程中，巴氏芽胞杆菌（Bacillus pasteurii)产生的脲酶能够水解底物尿素， 得到碳酸根离子并释放氨气，在过量镁源存在下以菌体作为矿物沉积的成核位点。微生物 诱导碳酸盐和鸟粪石在砂颗粒和孔喉之间形成，可以明显提高松散颗粒之间的力学性能。 基于以上性质，微生物诱导沉积方解石即微生物水泥已经被研究应用于土壤加固、抗液化 和胶结松散的砂子等方面。因此，可用如下反应式来表达复合胶凝材料的形成过程：本文档来自技高网...

【技术保护点】
生物磷酸盐和碳酸盐复合胶凝材料固结松散砂颗粒的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步，制备磷酸盐菌液：将二至三代的巴氏芽胞杆菌菌株接种到大豆蛋白胨、酪蛋白胨培养基中，得到三至四代的巴氏芽胞杆菌菌液，然后将K2HPO4固体完全溶解在巴氏芽胞杆菌菌液中，形成磷酸盐菌液，磷酸盐菌液的OD值为1.6～1.9；第二步，配制混合溶液：配置1mol/l尿素和2mol/l无水MgCl2的混合溶液；第三步，石英砂模具的制备：按富勒最紧密堆积方法配制两级配为150μm以下和150～300μm粒径的石英砂，然后装入带有缓冲垫和过滤砂的模具中；第四步，将第一步制备的磷酸盐菌液和第二步配制的混合溶液按体积比1:1的比例通过蠕动泵分别注入配制好的石英砂模具中，控制磷酸盐菌液流速为8～16ml/min,混合溶液流速为6～10ml/min，连续注入，直至不能注入磷酸盐菌液和混合溶液；第五步，脱模：直至不能注入磷酸盐菌液和混合溶液的试样带模放置于烘箱中养护10～15天，拆模得到相应的石英砂柱。

【技术特征摘要】
1. 生物磷酸盐和碳酸盐复合胶凝材料固结松散砂颗粒的方法，其特征在于，该方法包 括以下步骤： 第一步，制备磷酸盐菌液：将二至三代的巴氏芽胞杆菌菌株接种到大豆蛋白胨、酪蛋白 胨培养基中，得到三至四代的巴氏芽胞杆菌菌液，然后将k2hpo4固体完全溶解在巴氏芽胞 杆菌菌液中，形成磷酸盐菌液，磷酸盐菌液的0D值为1. 6?1. 9 ; 第二步，配制混合溶液：配置lmol/1尿素和2mol/l无水MgCl2的混合溶液； 第三步，石英砂模具的制备：按富勒最紧密堆积方法配制两级配为150um以下和 150?300 y m粒径的石英砂，然后装入带有缓冲垫和过滤砂的模具中； 第四步，将第一步制备的磷酸盐菌液和第二步配制的混合溶液按体积比1:1的比例通 过蠕动泵分别注入配制好的石英砂模具中，控制磷酸盐菌...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱春香，於孝牛，薛彬，王欣，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32