一种微生物成因水泥或混凝土及其生产方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种微生物成因水泥和混凝土及其生产方法，主要是利用能产生脲酶的巴氏芽孢杆菌菌液和含有尿素和矿物钙盐的配合液混合，在一定条件下反应即可得微生物成因水泥；在菌液和混合液混合形成的混合液中加入砂粒等掺和料可反应生成微生物成因混凝土。本发明专利技术微生物成因水泥或混凝土可用于砖石古建筑的保护与修复、混凝土建筑物裂缝修补或液化砂土地基处理等。本发明专利技术为大量土木建筑和构筑物的修补和加固技术提供一种安全、有效和无环境公害的永久方法；本发明专利技术效果好、耐候性好、透气性好、透水性好，特别适用于砂土地基的处理；本发明专利技术安全、对环境无害，属于环境友好型的修补材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物建筑材料，具体地说涉及到一种微生物成因水泥或混凝土 及其生产方法。本专利技术可用于砖石古建筑的保护与修复、混凝土建筑物裂缝修补和液化砂土地基处理等。技术背景我国儿千年历史的砖石古建，多由石灰石、白云岩和大理石及粘土砖等建 造而成。这些砖石材料刚性较大，具有硬脆性的特点；而且结构本身具有很多 孔隙，和环境的接触表面积很大，因此非常容易被侵蚀和污染，降低了建筑物 原有的受力能力，在受到外力或者自身重力的作用下，极其容易破坏开裂和变 形，使建筑物遭受破坏。过去工程技术人员曾尝试利用普通水泥或化学建材粘 接那些有保护价值的古建筑卜-已经开裂破坏的砖石，并给脆弱的砖石古建筑表 面覆盖卜.一层坚固的保护层；然而，这种方法不但常常会堵塞石头上的孔隙， 使得潮气无法自由出入，使其丧失呼吸能力，加速了砖石的毁坏过程；而且， 因材质或颜色不同，达不到高质量修复古建筑的目的，甚至造成环境污染。同 时，我国大量土木工程设施正在和将要面临着裂缝修复和地基处理的任务，需 要多种修复补强的先进方法；目前常用的裂缝修补材料有无机材料和有机材料。 无机材料主要有石灰水、氢氧化钡及硅酸盐等。这些方法存在溶解度小、吸收 C02速度慢、加固效果不稳定、以及可能分解有害的盐分等缺点。丙烯酸树脂、环氧树脂和有机硅树脂等有机聚合物由于其较好的粘接性、 防水性、抗酸碱性等优点而被广泛应用于石材的保护和加固。但是有机聚合物 存在耐候性难以保证、透水透气性差等问题，难以达到高质量古建保护及修复 的目的。美国专利《微生物成矿堵漏》(Bacteriogenic mineral plugging)(申请号 5,143,155)公开了利用微生物形成的矿物结晶来降低地下地层的渗透性，用来 帮助油田提高产量或者控制(降低)蓄水层污染物的流出，但是这种方法所形 成的矿物沉淀数量及强度较低，不能满足在土木工程上应用的需要。东南大学的专利《利用微生物沉积制备碳酸钙的方法》(专利号ZL200510094744.5)公开了利用微生物沉积制备碳酸钙的方法，该方法所得碳酸 钙为颗粒状，微观结构为球状方解石晶体，可用作建筑填充料，但是达不到工 程应用所需的强度及尺寸。综上所述，目前所用的裂缝修补材料都存在一些缺陷。闵此亟需寻找新的 砖石古建筑或者混凝土的修复材料及其修补方法。
技术实现思路
本专利技术第一 目的是提供一种微生物成因水泥。 本专利技术第二目的是提供一种微生物成因混凝土。 本专利技术第三目的是提供生成上述微生物成因水泥的生产方法。 本专利技术第四目的是提供生成卜.述微生物成因混凝土的生产方法。 本专利技术第五个目的是提供上述微生物成因水泥或混凝土在古建筑修复等的 应用。为实现上述目的，木专利技术通过以下技术方案实现 一种微生物成因水泥，按照如下方法制备 (1 )按照1:20 10冊的重量百分比将巴氏芽孢杆菌(Sporosarcina pasteui"ii)种菌接种于培养液中，在15 38'C下振荡培养8 72h，得菌液；所 述的培养液的组成成份为养料、缓冲剂、铵源和去离子水；(2 )将步骤(1)所得菌液的pH调至6 9，然后将菌液和配合液按1:5 5:1体积比混合，得混合液；所述的配合液含有尿素和矿物钙盐；(3)将混合液在15 38'C下反应2 72h，所得沉淀即为微生物成因水泥。 一种微牛物成因混凝土，按照如下方法制备 将上述微生物成因水泥步骤(2)中所述的混合液在15 38。C下反应lh， 然后加入掺和料，接着在15 38。C下反应2 72h，所得将掺和料粘结在一起的 产物，即为微生物成因混凝土；或将掺和料装入定制容器，先用注射器连续两 次分别注入去离子水，再用针筒吸取上述微生物成因水泥步骤(2)的混合液， 注入到定制容器中，在15 38'C下静置2 72h，所得将掺和料粘结在一起的产 物，即为微生物成因混凝土；其中所述的惨合料是指砂粒或者不可溶的碳酸盐、 硅酸盐、硫酸盐等之一种或几种。上述歩骤(1)中所述的巴氏芽孢杆菌是指能产生脲酶的菌，该酶可以将尿 素分解，形成铰根离子和碳酸根离子。h述巴氏芽孢杆菌是指ATCC⑧11859 (Sporosarcina pasteurii )或DSMZ 33(Sporosarcina pasteurii)等。ATCC 11859，可自美国菌种保藏中心购买，DSMZ 33可自德国菌种保藏中心购买。所述的培养液的组成成份及其重量百分比为养料1 3%、铵源0.5 2%、缓冲剂2 4%和去离子水为余量。上述培养液中所述的缓冲剂及其比例可以为tris 1 2%、 1M盐酸1 2W。 上述培养液中所述的养料是指蛋白胨、酵母浓縮物或肉膏等至少--种。 上述培养液中所述的缓冲剂是指盐酸、氢氧化钠或tris等一种或几种。 上述培养液中所述的铵源是指氯化铵、硫酸铵、硝酸铵或尿素等至少一种。 上述配合液中所述的矿物钙盐是指可溶性的矿物钙盐，或者是不可溶矿物钙盐的悬浊液。上述配合液的组成成分及重量百分比为尿素10 20%、矿物钙盐20 60% 和余量为水。所述的矿物钙盐可以是氯化钙、四水合硝酸钙等至少一种，其中氯化钙的 重量百分比可以为0 20%，四水合硝酸钙的重量百分比可以为0 40%上述微生物成因水泥或混凝土中所述的pH值可用HCl、 H2SO、 CH3C00H、 NaOH等进行调节。上述微生物成因混凝土中所述的用注射器向掺和料中注入去离子水的目的 是为了排去掺和料中的空气。上述微生物成因水泥的生产方法，包括如下步骤 (1 )按照1:20 1000的重量百分比将巴氏芽孢杆菌(Sporosarcina pasteurii)种菌接种于培养液中，在15 38°C下振荡培养8 72h，得菌液；所 述的培养液的组成成份为养料、缓冲剂、铵源和去离子水；(2 )将步骤(1)所得菌液的pH调至6 9，然后将菌液和配合液按1:5 5:1体积比混合，得混合液；所述的配合液含有尿素和矿物钙盐；(3)将混合液在15 38。C下反应2 72h,所得沉淀即为微生物成因水泥。 上述微生物成因混凝土的生产方法，包括如下步骤将上述微生物成因水泥生产方法步骤(2)中所述的混合液在15 38C下反 应lh，然后加入掺和料，接着在15 38"C下反应2 72h，所得将掺和料粘结 在一起的产物，即为微生物成因混凝土；或将掺和料装入定制容器，先用注射 器连续两次分别注入去离子水，再用针筒吸取上述微生物成因水泥步骤(2)的 混合液，注入到定制容器中，在15 38"C下静置2 72h，所得将掺和料粘结在一起的产物，即为微生物成因混凝土；其中所述的掺合料是指砂粒或者不可溶的碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐等中的一种或几种。上述巴氏芽孢杆菌是指ATCC 11859 (Sporosarcina pasteurii)或DSMZ 33 (Sporosarcinapasteurii)等。ATCC 11859"可自美国菌种保藏中心购买，DSMZ33可自德国菌种保藏中心购买。上述培养液的组成成份及其重量百分比为..养料1 3%、铵源0.5 2%、缓冲剂2 4%和去离子水为余量。上述培养液中所述的养料是指蛋白胨、酵母浓縮物或肉膏等至少一种。 上述培养液中所述的缓冲剂是指盐酸、氢氧化钠或tris等至少一种。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微生物成因水泥，其特征在于按照如下方法制备：　　　　（１）按照１∶２０～１０００的重量百分比将巴氏芽孢杆菌种菌接种于培养液中，在１５～３８℃下振荡培养８～７２ｈ，得菌液；所述的培养液的组成成份为养料、缓冲剂、铵源和去离子水；　　　　（２）将步骤（１）所得菌液的ｐＨ调至６～９，然后将菌液和配合液按１∶５～５∶１体积比混合，得混合液；所述的配合液含有尿素和矿物钙盐；　　　　（３）将混合液在１５～３８℃下反应２～７２ｈ，所得沉淀即为微生物成因水泥。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程晓辉，沈吉云，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]