[发明专利]一种微生物成因水泥或混凝土及其生产方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于生物建筑材料，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。本发明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。

背景技术

我国几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上已经开裂破坏的砖石，并给脆弱的砖石古建筑表面覆盖上一层坚固的保护层；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CO₂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。因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。

发明内容

本发明第一目的是提供一种微生物成因水泥。

本发明第二目的是提供一种微生物成因混凝土。

本发明第三目的是提供生成上述微生物成因水泥的生产方法。

本发明第四目的是提供生成上述微生物成因混凝土的生产方法。

本发明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，本发明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∶20～1000的重量百分比将巴氏芽孢杆菌(Sporosarcinapasteurii)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。

一种微生物成因混凝土，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℃下反应1h，然后加入掺和料，接着在15～38℃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℃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、硫酸盐等之一种或几种。

上述步骤(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，形成铵根离子和碳酸根离子。

上述巴氏芽孢杆菌是指11859^TM(Sporosarcina pasteurii)或DSMZ 33(Sporosarcina pasteurii)等。11859^TM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。