[發明專利]利用微生物修復水泥基材料裂縫方法及培養液和修復營養液

有效

• 申請號: 200810019165.8
• 申請日: 2008-01-15
• 公開（公告）號: CN101302484A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 錢春香;王瑞興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C12P3/00;E04G23/02;C12R1/07
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 陸志斌

技術領域

本發明涉及一種水泥基材料裂縫的修復方法及培養液和修復營養液，特別涉及一種利用微生物沉積碳酸鈣以修復水泥基材料裂縫的方法及培養液和修復營養液。

背景技術

水泥基材料作為目前用量最大的一種建筑材料，其最大的缺點就是在材料制備過程以及服役期間，在周圍環境的影響下極易在材料內部產生微裂紋而出現局部損傷。混凝土的裂縫是不可避免的，其微觀裂縫是本身物理力學性質決定的。但是若不能及時修復，不僅會影響材料的正常使用，而且可能由此誘發宏觀裂縫并出現脆性斷裂。目前，工程中常用的裂縫修復材料主要包括水泥基滲透結晶型材料、聚合物砂漿、高分子灌漿材料等，雖然這些材料在許多結構裂縫缺陷的修復中發揮了重要作用，但同時它們還不可避免的存在著一些缺陷，如材料的耐久性、環境友好性等等，也極大限制了它們的應用范圍。

方解石是自然界最穩定的礦物之一，將其作為水泥基等人工石材的裂縫修復材料具有不可比擬的優越條件。自然界中某些微生物可以通過其自身的生命活動，與周圍環境介質之間不斷循環發生著酶化作用，逐漸礦化形成方解石。再經過漫長時期的累積，最終將自然界中沉積的疏松碎屑物質膠結形成堅硬的巖石。這種生物礦化可以人為加速應用于水泥基材料裂縫的修復過程，效果較為顯著。

發明內容

本發明提供了一種對環境更友好并能提高修復效果的利用微生物修復水泥基材料裂縫方法及培養液和修復營養液，利用本發明在裂縫中形成的修復材料的體積穩定性和耐久性好。

本發明采用如下技術方案：

本發明所述的一種利用微生物修復水泥基材料裂縫的方法，將菌株巴氏芽胞桿菌Bacillus?pasteurii接種至裝有含尿素底物的培養基上，在25～37℃下進行振蕩培養，16～24小時后取出培養菌液，5000～8000rpm離心5～8min，去除上清液，用培養液收集菌株細胞，利用紫外-可見光分光光度計測定濃縮菌液透光度OD值，根據OD值與菌液濃度的線性標定曲線將收集得到的菌株細胞濃度控制在2×10⁹～2×10¹¹cell/mL范圍內，然后在每毫升收集得到的菌株細胞溶液內添加8～12g質量比為8～12∶1～2∶2～6的標準砂、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修復營養液，修復營養液的注入次數不少于2次，最后進行養護，在上述培養液中，每升培養液含有蛋白胨4～6g、牛肉膏2～4g及尿素20g～60g，在上述修復營養液中，每升修復營養液含有蛋白胨4～6g、牛肉膏2～4g、尿素60～100g及Ca²⁺1～2mol。21d后，砂粒緊密固結于水泥石裂縫中，水泥基材料裂縫得以修復，水泥石試件抗壓強度相對未修復前提高70％以上，恢復至未破壞原始試件的80％以上。

本發明所述的培養液，每升培養液含有蛋白胨4～6g、牛肉膏2～4g及尿素20g～60g。

本發明所述的修復營養液，每升修復營養液含有蛋白胨4～6g、牛肉膏2～4g、尿素60～100g及Ca²⁺1～2mol。

本發明利用微生物酶化作用，礦化沉積出碳酸鈣膠結砂粒，從而實現修復水泥基材料裂縫。菌株Bacillus?pasteurii接種至培養液后，在適宜環境中得以迅速生長繁殖，16～24后達到其生長高峰，取出離心獲取高濃度的菌株濕細胞，拌合砂基材注入到裂縫中，通過修復營養液的持續供給，菌株Bacillus?pasteurii得以在裂縫中再次生長繁殖，在細胞內不斷產生脲酶，快速分解底物尿素形成CO₃^2-，并與裂縫環境中供給的Ca²⁺沉積形成大量碳酸鈣顆粒，附著于砂粒表面與間隙中，達到將砂粒固結于水泥石裂縫中的目的，修復裂縫。整個過程可描述如下：

(NH₂)₂CO+2H₂O＝CO₃^2-+2NH₄⁺?????(1)

Cell+Ca²⁺＝Cell-Ca²⁺???????????(2)

Cell-Ca²⁺+CO₃^2-＝Cell-CaCO₃????(3)