[发明专利]利用产脲酶微生物和乙酸钙制备高强度微生物砂浆的方法

说明书

技术领域

本发明属于高强微生物砂浆制备技术领域，具体涉及利用产脲酶微生物和乙酸钙制备高强度微生物砂浆的方法。 

背景技术

利用产脲酶微生物制备而成的高强微生物砂浆，一个重要的应用是文物古建的加固，这一技术也成为了混凝土裂缝修复的一个新途径。 

混凝土作为当代最主要的建筑材料，广泛的应用于工业与民用建筑、水利、交通及海港等工程中，但是由于其抗拉强度较低，混凝土表面和内部容易产生微裂缝，外界水和侵蚀性介质将不断从材料表面缺陷逐渐渗入，锈蚀钢筋，进一步影响混凝土结构的耐久和安全性能。传统的混凝土裂缝修复材料有着各自的不足之处，常用的环氧树脂、聚氨酯等为有机材料，对环境有一定的污染，并且其抗老化性能较差，应力、应变性能和导热系数等基本性质与水泥基材料相差较大，容易产生二次开裂。而水泥砂浆等材料通常用于表面防护，内部裂缝并未被有效封堵。 

利用产脲酶微生物制备高强度微生物砂浆，其与水泥基材料有着良好的相容性和界面强度，且耐久性良好；修复使用的材料（菌液和营养盐）为流动性强的液体，渗入性能强；生成于基体裂缝内的产物无毒无害，具有环境友好性。 

但是，目前高强微生物砂浆的制备主要采用氯化钙作为钙源，但氯离子 进入混凝土裂缝后，会引起钢筋脱钝和电化学腐蚀，严重影响混凝土结构的耐久性，因此为氯化钙找到一种合适的替代钙源，成为了该技术应用于混凝土结构领域亟需解决的问题。 

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用产脲酶微生物和乙酸钙制备高强度微生物砂浆的方法，采用本发明方法制备的微生物砂浆，可以在3-8天内到达需要的强度，并且规避了氯离子对混凝土结构造成的危害。 

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是： 

利用产脲酶微生物和乙酸钙制备高强度微生物砂浆的方法，采用乙酸钙作为钙源，具体包括如下步骤： 

步骤1：将产脲酶微生物巴氏芽孢八叠球菌Sporosarcina pasteurii单个菌落接种于发酵培养基中，于25℃-37℃条件下发酵培养12-60小时得到菌液； 

步骤2：对灌浆模具进行闭水处理，灌入粒径为200-380微米粒径的砂粒，封闭灌浆模具，预留进出浆口； 

步骤3：以每立方米砂样体积每分钟灌入20-40L菌液的速度把步骤1所得菌液由进浆口灌入砂样，直至出浆口流出淡黄色的菌液； 

步骤4：以每立方米砂样体积每分钟灌入20-40L的速度灌入0.05-0.1mo1/L乙酸钙固定液，所需体积为砂样孔隙体积的1/10-1/5； 

步骤5：以每立方米砂样体积每分钟灌入2-5L的速度灌入反应溶液24-48h，反应溶液是浓度为0.5-1.0mol/L的尿素和乙酸钙混合溶液，尿素和乙酸钙摩尔浓度相同； 

步骤6：以每立方米砂样体积每分钟灌入20-40L的速度灌入0.05-0.1mo1/L乙酸钙固定液，所需体积为砂样孔隙体积的1/10-1/5； 

步骤7：重复步骤3到步骤6过程多个循环。 

步骤1所述的巴氏芽孢八叠球菌Sporosarcina pasteurii来自于美国模式培养物集存库American type culture collection，编号为ATCC11859；呈椭圆杆状，有芽孢，无荚膜，革兰氏阳性。在NH₄-YE（酵母提取物20g/L，硫酸铵10g/L）平板上，菌落呈圆形，表面湿润光滑，边缘整齐，菌落大小为1-2mm，菌落呈淡黄色。该菌在4℃-37℃的培养基温度及pH7-9.5的范围下均能生长。 

步骤1所述的发酵培养基包括酵母提取物10-20g/L，硫酸铵10g/L，pH为7-9.5。 

本发明和现有技术相比，具有如下优点： 

1、反应溶液中尿素在先期灌入的微生物所产生的脲酶的作用下，水解为铵根离子和二氧化碳，同时使细菌周围pH升高，促使生成碳酸钙沉淀，胶凝裂缝中填充的砂粒，形成整体强度，随着灌浆循环次数的增加，砂粒体系内的碳酸钙含量增加，强度随之增加，并且强度是可以控制的。 

2、本发明进行微生物砂浆制备的时间短、效果好，在3-8天内即可得到单轴抗压强度平均值为28.8MPa的微生物砂浆。在相同条件下，单轴抗压强度较现有微生物砂浆制备技术提高了40%。 

3、本发明制备的微生物砂浆的孔径分布更加均匀，主要集中分布在0.002-20um之间。砂浆中碳酸钙结晶的形貌为文石特有的针状。