[發明專利]水泥基材料微生物覆膜防護劑、其制備方法及其應用

有效

• 申請號: 200810020797.6
• 申請日: 2008-02-27
• 公開（公告）號: CN101234909A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 錢春香;王瑞興;王劍云;成亮
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C04B41/45
• 分類號: C04B41/45;C04B41/61
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 陸志斌

一、技術領域

本發明屬于生物技術領域，特別涉及一種水泥基材料微生物覆膜防護劑、其制備方法及其應用。

二、背景技術

現有技術：水泥基材料往往由于其服役環境中各種侵蝕性介質的存在，在材料制備過程以及服役期間，由于荷載及外界因素的共同作用下，其表面容易產生疏松、剝落等問題，導致水泥基材料表面性能逐漸下降。這些問題若不能及時得以修復，外界水和侵蝕性介質不斷從材料表面滲入，最終將引起混凝土耐久性能的加速劣化。混凝土表面與內部缺陷修復已成為一個重要的獨立行業，許多混凝土表面防護涂料和裂縫修補材料不斷問世，如環氧類樹脂、水泥基滲透結晶型材料、聚合物砂漿、以及高分子灌漿材料等。這些材料在混凝土缺陷修復中發揮了重要作用，但是如何解決這些修復防護有機材料與水泥基材料的相容性，進一步提高其抗老化性能和耐久性能，增強其環境友好性，一直是眾多研究者們致力突破的研究方向。

三、發明內容

技術問題：本發明針對上述技術空白，提供一種水泥基材料微生物覆膜防護劑、其制備方法及其應用。該技術方案選用了一種具有碳酸鹽礦化特性的菌株巴氏芽孢桿菌Bacillus?pasteurii，通過瓊脂固載微生物的覆膜工藝，利用菌株的酶化作用在水泥石表面礦化沉積碳酸鈣層，對水泥基材料表面進行覆膜防護。

技術方案：一種水泥基材料微生物覆膜防護劑，防護劑由可合成礦物的微生物菌液和凝固劑組成，其中微生物菌液和凝固劑的體積比為1～2∶1。微生物菌液為巴氏芽胞桿菌Bacillus?pasteurii，菌液濃度為4×10⁹～4×10¹¹cell/mL。凝固劑為尿素、Ca(NO₃)₂和瓊脂的混合溶液，其中尿素濃度為3～6mol/L，Ca(NO₃)₂濃度為3～6mol/L，每升混合液中含1.5～2g瓊脂粉。一種水泥基材料微生物覆膜防護劑的制備方法，制備步驟為：將菌株巴氏芽胞桿菌Bacillus?pasteurii接種至裝有含尿素底物的培養液中，每升培養液含有蛋白胨4～6g、牛肉膏2～4g及尿素20～60g，在25～37℃下進行振蕩培養，16～24小時后取出，5000～8000rpm離心5～8min，去除離心上清液后，用培養液收集菌株細胞，將收集得到的菌株細胞濃度控制在4×10⁹～4×10¹¹cell/mL范圍內；配制尿素、Ca(NO₃)₂和瓊脂粉混合溶液，尿素濃度為3～6mol/L，Ca(NO₃)₂濃度為3～6mol/L，再在每升混合液中添加1.5～2g瓊脂粉，混合后加熱至90～95℃，待瓊脂粉完全溶解后置于室溫冷卻至45～50℃，再與離心收集到的濃縮菌液按照1∶1～2的體積比攪拌混合。一種水泥基材料微生物覆膜防護劑的應用，微生物菌液和凝固劑按照1∶1～2的體積比攪拌混合后，在2min內迅速涂刷于水泥石試件表面，6h后將微生物菌液再涂刷一遍于水泥石試件表面，置于室溫養護。

采用瓊脂固載涂抹于試件表面，通過菌株在其生長繁殖過程中產生的脲酶，不斷分解微環境中的尿素，形成CO₃^2-，同時菌體細胞膜界面處帶負電荷的SM(水可溶有機質)不斷螯合環境中的Ca²⁺，誘導出局部的晶體陰離子(CO₃^2-)濃度進一步增大，從而吸引更多的Ca²⁺，直到晶體前驅物濃度增大到利于核化，不斷緩慢礦化沉積出CaCO₃顆粒，附著于混凝土表面，從而達到表面防護的作用，整個反應如式(1)～式(3)所示。

(NH₂)₂CO+2H₂O＝CO₃^2-+2NH₄⁺????????(1)

Cell+Ca²⁺＝Cell-Ca²⁺??????????????(2)

Cell-Ca²⁺+CO₃^2-＝Cell-CaCO₃???????(3)