具有改进的流变性质的基于水泥的组合物及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种基于水泥的组合物，其中所述组合物包含：水泥材料，水，具有或不具有营养培养基的选自巴氏芽孢八叠球菌、巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌的一种或多种细菌菌种，以及由这样的菌种产生的胞外多糖。

Cement based composition with improved rheological properties and manufacturing method thereof

The invention relates to a composition based on cement, which comprises: a cement material, water, one or more bacterial strains selected from the spore spore eight, Bacillus megigantobacilli, Bacillus subtilis and Bacillus spore, with or without a nutrient medium, and produced by such strains. Extracellular polysaccharide.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的流变性质的基于水泥的组合物及其制造方法描述本专利技术涉及具有改进的流变性质的基于水泥的组合物及其制造方法。
技术介绍
粘度调节剂(VMA)作为混凝土添加剂广泛用于建筑业。关于不同VMA的流动特征及其对自密实混凝土(SCC)的流变性的现有技术状态进行了各种研究。此外，还存在针对VMA对水泥浆的早期水化和混凝土强度的影响进行的研究。目前，在基于水泥的材料中使用水溶性聚合物作为VMA。这种用于基于水泥的材料的聚合物基于纤维素、丙烯酸或聚乙烯基料制造。低成本、可持续和环境友好的生物材料，例如微生物水泥、砂浆、多糖和生物塑料也在建筑业中占据突出地位。除此之外，工业制造或原位合成的微生物多糖也被用作基于水泥的材料中的VMA。例如，多糖如例如黄原胶、威兰胶(welangum)、凝胶多糖(curdlan)、定优胶(diutangum)、纤维素醚、淀粉、壳聚糖已知用作如粘度、保水性、流动性等的性质的改进剂。例如，在美国专利号5,004,506中描述了由产碱杆菌属(Alcaligenes)细菌产生的威兰胶在基于水泥的材料中的用途。作为发酵产品的这些多糖可以改进水泥浆的粘度，且它们在承受高pH水平和增加水泥组合物的空气含量中也变得突出。然而，能够产生所述多糖的这些微生物的生态群体是未知的。此外，已知使用威兰胶能够导致强度损失，这是由于其增加基于水泥的材料中的空气空隙量的倾向。国际专利申请公开号WO97/22564公开了用于改进目前水泥体系的改进的基于水泥的体系和方法。在那里，已经描述了来自黄单胞菌属(Xanthomonas)ATCC53159细菌的发酵产品S-657在所述水泥体系中用作VMA。在2001年，Kahng等人从类芽孢杆菌属(Paenibacillus)菌种获得了胞外多糖(EPS)，并通过将这些多糖加入到水泥砂浆混合物中来改变砂浆的粘度。这里所用的产品是一种发酵产品。在美国专利公开号2008/0319186A1中，描述了通过鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)菌种的发酵获得的定优胶作为基于水泥的材料中的VMA的用途。然而，威兰胶和定优胶可以在天然或基因改性菌种的需氧发酵后产生。因此，目前的VMA以及包含该VMA的基于水泥的材料和混凝土体系也是昂贵的，这继而促成极少使用自密实混凝土(SSC)代替传统混凝土的事实。另一方面，已经发现从菌种获得的发酵产品降低基于水泥的材料的强度。因此，目前在建筑业中使用的生物材料是通过劳动密集型生产过程获得的发酵产品。这些生产过程需要昂贵和耗时的程序，如例如制备培养基、对活动持续的监测和监督。尽管这些生物材料改进基于水泥的材料的流变性质，例如流动性，它们导致基于水泥的材料的空气含量增加和强度降低。在2015年，RoutingPei等人从枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)细菌分离了细胞壁，将这些提取的壁用作VMA，且他们在他们的结果中发现，使用细胞壁会导致粘度增加。本研究中使用的细菌为革兰氏阳性，且细胞壁由浓稠的肽聚糖组成。然而，在该研究中，虽然枯草芽孢杆菌的细胞壁作为VMA有效，但发现它们的性能低于市售可得的定优胶的性能。这可能是由于肽聚糖的结构类似于VMA的结构的事实。除此之外，分离细胞壁是一个困难的过程，需要使用氧化铝。此外，氧化铝对水泥凝结时间的影响尚不知晓。国际专利申请公开号WO2015/066817A1描述了在专门为油井生产的砂浆中各种微生物的用途。在所述文献中，已经公开了该细菌通过沉积方解石修补水泥砂浆中的裂纹。在该文献中，已经大体上提到了相关方法和细菌菌种，且已经公开了所述细菌主要用于裂纹修复目的，而不是改变水泥砂浆的流变性质。出于上述所有理由，在现有技术状态中，仍然需要在经济和生态两方面中比已知的基于水泥的材料更有利和更有效的产品。专利技术概述本专利技术的一个方面提供基于水泥的组合物。所述组合物包含：水泥材料，水，存在或不存在营养培养基的选自巴氏芽孢八叠球菌(Sporosarcinapasteurii)、巨大芽孢杆菌(Bacillusmagetrium)、枯草芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌(Paenibacilluspolymyxa)的一种或多种细菌菌种，以及由这样的菌种产生的胞外多糖。本专利技术的另一方面提供用于制造基于水泥的组合物的方法。所述方法包括以下过程步骤：在营养培养基中生长选自巴氏芽孢八叠球菌、巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌的一种或多种细菌菌种，直到它们达到平衡期；通过离心并将细胞洗出而从营养培养基分离长成的细胞；将细胞加入到磷酸盐溶液(pH7)中，并在约2-6℃内范围的温度下以悬浮形式储存细胞；使获得的溶液达到室温，并在将溶液加入到水泥砂浆之前对其离心；和不经任何进一步处理，将细胞和由细胞释放的胞外多糖加入到水泥混合水中。本专利技术的另一方面提供用于制造基于水泥的组合物的方法。所述方法包括以下过程步骤：在营养培养基中生长选自巴氏芽孢八叠球菌、巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌的一种或多种细菌菌种，直到它们达到平衡期；在约2-6℃范围内的温度下将细胞与营养培养基一起储存；使细胞与储存它们在内的营养培养基一起达到室温，并将细胞与营养培养基一起加入到水泥混合水中；且考虑营养培养基中的水量减少混合水。附图简述图1显示根据本专利技术的一个实施方案的用于制造基于水泥的组合物的方法的流程图。图2是描绘三种不同水泥浆的剪切应力和剪切速率的图表。图3是巴氏芽孢八叠球菌、巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌细菌结构的示意图。专利技术详述本专利技术提供流变学改进的基于水泥的组合物，其通过使用易于从自然获得的非致病性细菌获得。根据本专利技术的基于水泥的组合物包含已知在溶液中活性浮游的巴氏芽孢八叠球菌、巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌菌株。本专利技术基于固有地存在于细菌细胞中的多糖的使用以及所述细菌在基于水泥的组合物中的运动特征。已经发现，通过向体系加入这些细胞，基于水泥的组合物可以协同地改变它们的流变性质，包括例如渗漏性、流动性和失水控制(即保水性)以及其他性质。本专利技术的专利技术人已经发现，与仅使用来自细菌的细胞壁和发酵产品的情况相比，通过使用细胞固有的浮力和细胞结构，它们对流动性的影响得到协同改进。另外，已经发现使用细胞不会导致在使用发酵产品的情况下观察到的性能损失。本专利技术的专利技术人进一步发现，巴氏芽孢八叠球菌、巨大芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌菌株能够在基于水泥的组合物中保持活性，且由于它们对碱性培养基的高耐受性和形成内生孢子的能力，它们可以修复紧急裂纹。此外，在本专利技术中还发现，将细菌与生长细菌的营养培养基一起加入到水泥浆中增加砂浆的压缩强度，且由此允许修缮在表面上形成的裂纹。与目前使用的VMA相反，所述细菌还能够修复在砂浆硬化期间形成的那些微裂纹。已知巴氏芽孢八叠球菌、巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌菌种是棒状、能动的和革兰氏阳性的。革兰氏阳性细菌特有的细胞壁是肽聚糖，其是由两种不同糖组分组成的多糖。已观察到这些棒状细菌会影响水泥浆移动时水泥浆的流动性。由于所有这些性质组合，所述微生物的使用还可以改进基于水泥的组合物对偏析和渗漏的抵抗性。本专利技术的细菌广泛见于土壤和湿地中的事实在经济和环境两方面也提供优点。多粘类芽孢杆菌除了为革兰氏阳性外，还由于其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于水泥的组合物，其包含：水泥材料，水，具有或不具有营养培养基的选自巴氏芽孢八叠球菌、巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌的一种或多种细菌菌种，以及由这样的菌种产生的胞外多糖。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.07 TR 2016/002051.基于水泥的组合物，其包含：水泥材料，水，具有或不具有营养培养基的选自巴氏芽孢八叠球菌、巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌的一种或多种细菌菌种，以及由这样的菌种产生的胞外多糖。2.根据权利要求1的组合物，其中所述基于水泥的材料包含选自波特兰水泥、火山灰水泥、矿渣水泥、砂浆水泥、油井水泥、高铝水泥、石膏水泥、膨胀水泥、加气水泥、轻质和低热水泥及其混合物的一种或多种水泥材料。3.根据权利要求1或2的组合物，其以干燥水泥的重量计包含0.05-1%的量的选自巴氏芽孢八叠球菌、巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌的一种或多种细菌菌种。4.一种用于制造基于水泥的组合物的方法，包括以下步骤：-在营养培养基中生长选自巴氏...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z巴萨兰邦杜，A阿米里，
申请(专利权)人：安兹耶因大学，
类型：发明
国别省市：土耳其,TR