膨润土改性水泥及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种膨润土改性水泥及其制备，所述膨润土改性水泥包含改性水泥和菌剂，所述膨润土改性水泥的制备包括将改性水泥和菌剂混合，所述改性水泥包含膨润土和硅酸盐水泥，所述菌剂中含有巴氏芽孢杆菌。本发明专利技术独辟蹊径，坚持使用了膨润土对水泥改性，利用生物矿化增强了水泥的强度；本发明专利技术还优化了工艺参数。本发明专利技术膨润土改性增强水泥具有很大的应用价值，它可以保证工业副产品的再利用，同时减少水泥的用量，且不会产生污染物。

Bentonite modified cement and its preparation

【技术实现步骤摘要】
膨润土改性水泥及其制备方法
本专利技术涉及一种改性水泥，属于生物建筑材料
技术背景人口增长和城市化加速增加了水泥的消耗，因为水泥价格便宜且容易获得。然而，水泥生产过程中排放的二氧化碳和由水泥生产原料所造成的环境破坏，导致了全球变暖，而产生了要减少水泥消耗的沉重压力。使用环境友好的辅助材料部分替代水泥可以减少水泥消耗。这些环境友好的辅助材料可以是工业副产品、或天然可用材料，它们制造所需的能源相对较少。混凝土的抗压强度是影响其耐久性的重要因素，是水泥的重要特性。因此，确定一种合适的技术来保证其结构的力学性能，同时用补充材料，部分替代水泥是非常有价值的。目前所研究的砂浆样品多是用粉煤灰之类的代替水泥研究，用膨润土部分代替水泥的研究很少，通常认为膨润土不宜过多，否则严重影响水泥的抗压强度。细菌诱导碳酸钙沉淀是近年来发现的一种新型的生物矿化产物，广泛用于提高水泥的耐久性，一种可用的细菌为巴氏芽孢杆菌(Sporosarcinapasteurii)，但膨润土性质复杂，与菌的互作的机理尚不够明晰。
技术实现思路
本专利技术独辟蹊径，坚持使用膨润土对水泥改性，该方法保证了水泥的强度，比未添加巴氏芽孢杆菌的水泥，强度更强。本专利技术方法包括将改性水泥和菌剂混合，所述改性水泥包含膨润土和硅酸盐水泥，所述菌剂中含有巴氏芽孢杆菌。作为优选，所述改性水泥由钠基膨润土和普通硅酸盐水泥组成，其中所述钠基膨润土的重量百分比为10％-40％；所述菌剂与改性水泥的体积质量比为1.5L：1Kg，所述巴氏芽孢杆菌为巴氏芽孢杆菌ATCC11859，所述ATCC11859菌的用量为OD600＝1-2的ATCC11859菌水溶液中菌量的1/4，所述OD的测定是在室温下、以水为对照测得的，光在样本中经过的距离可为1cm。作为优选，所述ATCC11859菌水溶液的OD600＝1，改性水泥中膨润土的重量百分比为20％。作为优选，所述菌剂中还含有钙离子和尿素，任选地，所述改性水泥中膨润土的重量百分比为10-20％、20-30％或20-40％。作为优选，所述ATCC11859菌水溶液的OD600为1-1.5或1.5-2。作为优选，所述钙离子和尿素的摩尔量相同，如浓度均为0.375mol/L。作为优选，所述钙离子以氯化钙形式提供。作为优选，菌剂为水溶液形式，如，将含0.5mol/L氯化钙和0.5mol/L尿素的混合水溶液与所述ATCC11859菌水溶液以3:1的体积比混合，得到菌剂。作为进一步优选，所述巴氏芽孢杆菌ATCC11859菌水溶液的制备如下：将巴氏芽孢杆菌ATCC11859接种于悬浮培养基中，以120转/分的转速在30℃的培养基中培养48小时，获得的菌悬液在4℃离心8分钟使细菌颗粒化，将细菌颗粒重新悬浮在1000毫升去离子水中，将细菌稀释至600nm(OD600)的光密度分别为1.0-2.0，优选OD600为2.0。可选地，所述悬浮培养基的配方为：酪蛋白胨(15g/L)、大豆蛋白胨(5g/L)、NaCl(5g/L)、尿素(20g/L)，去离子水定容，调节pH值至7.3，在121℃下灭菌30分钟。作为优选，所述膨润土的化学成分见具体实施方式表1所示。作为优选，所述硅酸盐水泥的化学成分见具体实施方式表1所示。作为示例，一种膨润土改性水泥的制备,其包括：1)巴氏芽孢杆菌悬液的制备：将巴氏芽孢杆菌ATCC11859接种于悬浮培养基中，以120转/分的转速在30℃的培养基中培养48小时，获得的菌悬液在4℃离心8分钟使细菌颗粒化，将细菌颗粒重新悬浮在1000毫升去离子水中，进行稀释，得巴氏芽孢杆菌悬液；2)反应液配置：分别配置0.5mol/L氯化钙和0.5mol/L尿素，然后取等体积进行混合，得反应液；3)改性溶液的配置：取步骤1)中的巴氏芽孢杆菌悬液和步骤2)中的反应液进行混匀，得改性溶液，所述巴氏芽孢杆菌悬液与反应液的体积比为1:3；4)改性水泥的配置：按重量比称取膨润土和硅酸盐水泥，所述膨润土和硅酸盐水泥的重量百分比为：膨润土：10％-40％硅酸盐水泥：60％-90％；5)将步骤4)制备得到的改性水泥和步骤3)中制备得到的改性溶液按重量体积比(KG/L)为1:1.5进行混合，得到膨润土改性增强水泥。所述步骤1)中的巴氏芽孢杆菌悬液的OD600可为1.0-2.0；所述步骤4)中膨润土和硅酸盐水泥的重量百分比可为：膨润土：20％硅酸盐水泥：80％。本专利技术还公开了上述任一方法对应的膨润土改性水泥。本专利技术独辟蹊径，坚持使用了膨润土对水泥改性，利用巴氏芽孢杆菌生物矿化增强了水泥的强度；本专利技术还优化了工艺参数。本专利技术的膨润土改性增强水泥具有很大的应用价值，它可以保证工业副产品的再利用，同时减少水泥的用量，且不会产生污染物。附图说明图1为实验例1强度测试对比。图2为实验例2强度测试对比。图3a为实验例3各无菌对照样品的强度测试对比；图3b为实验例3各含菌水泥的强度测试对比。图4为具体实施方式中各实验例用到的膨润土原料的粒度分布曲线。图5为具体实施方式中各实验例用到的普通硅酸盐水泥的粒度分布曲线。具体实施方式下列实验用于进一步解释说明本专利技术，但是，它们并不构成对本专利技术范围的限制或限定。巴氏芽孢杆菌：ATCC11859，购买。悬浮培养基的配置：将酪蛋白胨(15g/L)、大豆蛋白胨(5g/L)、NaCl(5g/L)和尿素(20g/L)分别加到1000mL去离子水中，调节pH值至7.3，在121℃下灭菌30分钟。本专利技术用的尿素、氯化钙(CaCl2)、氯化钠(NaCl)、酪蛋白蛋白胨、大豆蛋白胨均购自中国上海国药控股化学试剂有限公司，752型紫外可见分光光度计购自上海舜宇恒平科学仪器有限公司。膨润土由乐清市西变自动化有限公司提供，砂平均粒径(D50)为13.89μm，膨润土级配粒度分布曲线见图4；使用符合IS12269-1987的普通硅酸盐水泥，由德州中联大坝水泥有限公司提供，其中水泥级配粒度分布曲线见图5，砂的平均粒径(D50)为17.04μm。水泥和膨润土的化学成分见表1。表1Oxide膨润土(mass％)水泥(mass％)CaO2.62455.52SiO271.26524.55Al2O314.4628.24Fe2O33.584.44SO30.0213.34MgO2.4492.19K2O2.1580.81TiO20.3640.49Na2O2.8490.30...

【技术保护点】
1.一种制备膨润土改性水泥的方法，包括将改性水泥和菌剂混合，所述改性水泥包含膨润土和硅酸盐水泥，所述菌剂中含有巴氏芽孢杆菌。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备膨润土改性水泥的方法，包括将改性水泥和菌剂混合，所述改性水泥包含膨润土和硅酸盐水泥，所述菌剂中含有巴氏芽孢杆菌。


2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述改性水泥由钠基膨润土和普通硅酸盐水泥组成，其中所述钠基膨润土的重量百分比为10％-40％；所述菌剂与改性水泥的体积质量比为1.5L：1Kg，所述巴氏芽孢杆菌为巴氏芽孢杆菌ATCC11859，所述ATCC11859菌的用量为OD600＝1-2的ATCC11859菌水溶液中菌量的1/4，所述OD的测定是在室温下、以水为对照测得的。


3.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述ATCC11859菌水溶液的OD600＝1，改性水泥中膨润土的重量百分比为20％。


4.如任一在先权...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐国旺，王贵和，贾苍琴，锁扬洋，刘耀，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11