[发明专利]具有改进的流变性质的基于水泥的组合物及其制造方法

说明书

本发明涉及一种基于水泥的组合物，其中所述组合物包含：水泥材料，水，具有或不具有营养培养基的选自巴氏芽孢八叠球菌、巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌的一种或多种细菌菌种，以及由这样的菌种产生的胞外多糖。

描述

本发明涉及具有改进的流变性质的基于水泥的组合物及其制造方法。

背景技术

粘度调节剂(VMA)作为混凝土添加剂广泛用于建筑业。关于不同VMA的流动特征及其对自密实混凝土(SCC)的流变性的现有技术状态进行了各种研究。此外，还存在针对VMA对水泥浆的早期水化和混凝土强度的影响进行的研究。

目前，在基于水泥的材料中使用水溶性聚合物作为VMA。这种用于基于水泥的材料的聚合物基于纤维素、丙烯酸或聚乙烯基料制造。低成本、可持续和环境友好的生物材料，例如微生物水泥、砂浆、多糖和生物塑料也在建筑业中占据突出地位。除此之外，工业制造或原位合成的微生物多糖也被用作基于水泥的材料中的VMA。例如，多糖如例如黄原胶、威兰胶(welan gum)、凝胶多糖(curdlan)、定优胶(diutan gum)、纤维素醚、淀粉、壳聚糖已知用作如粘度、保水性、流动性等的性质的改进剂。

例如，在美国专利号5,004,506中描述了由产碱杆菌属(Alcaligenes)细菌产生的威兰胶在基于水泥的材料中的用途。作为发酵产品的这些多糖可以改进水泥浆的粘度，且它们在承受高pH水平和增加水泥组合物的空气含量中也变得突出。然而，能够产生所述多糖的这些微生物的生态群体是未知的。此外，已知使用威兰胶能够导致强度损失，这是由于其增加基于水泥的材料中的空气空隙量的倾向。国际专利申请公开号WO 97/22564公开了用于改进目前水泥体系的改进的基于水泥的体系和方法。在那里，已经描述了来自黄单胞菌属(Xanthomonas) ATCC 53159细菌的发酵产品S-657在所述水泥体系中用作VMA。

在2001年，Kahng等人从类芽孢杆菌属(Paenibacillus)菌种获得了胞外多糖(EPS)，并通过将这些多糖加入到水泥砂浆混合物中来改变砂浆的粘度。这里所用的产品是一种发酵产品。

在美国专利公开号2008/0319186A1中，描述了通过鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)菌种的发酵获得的定优胶作为基于水泥的材料中的VMA的用途。

然而，威兰胶和定优胶可以在天然或基因改性菌种的需氧发酵后产生。因此，目前的VMA以及包含该VMA的基于水泥的材料和混凝土体系也是昂贵的，这继而促成极少使用自密实混凝土(SSC)代替传统混凝土的事实。另一方面，已经发现从菌种获得的发酵产品降低基于水泥的材料的强度。

因此，目前在建筑业中使用的生物材料是通过劳动密集型生产过程获得的发酵产品。这些生产过程需要昂贵和耗时的程序，如例如制备培养基、对活动持续的监测和监督。尽管这些生物材料改进基于水泥的材料的流变性质，例如流动性，它们导致基于水泥的材料的空气含量增加和强度降低。

在2015年，Routing Pei等人从枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)细菌分离了细胞壁，将这些提取的壁用作VMA，且他们在他们的结果中发现，使用细胞壁会导致粘度增加。本研究中使用的细菌为革兰氏阳性，且细胞壁由浓稠的肽聚糖组成。然而，在该研究中，虽然枯草芽孢杆菌的细胞壁作为VMA有效，但发现它们的性能低于市售可得的定优胶的性能。这可能是由于肽聚糖的结构类似于VMA的结构的事实。除此之外，分离细胞壁是一个困难的过程，需要使用氧化铝。此外，氧化铝对水泥凝结时间的影响尚不知晓。

国际专利申请公开号WO 2015/066817 A1描述了在专门为油井生产的砂浆中各种微生物的用途。在所述文献中，已经公开了该细菌通过沉积方解石修补水泥砂浆中的裂纹。在该文献中，已经大体上提到了相关方法和细菌菌种，且已经公开了所述细菌主要用于裂纹修复目的，而不是改变水泥砂浆的流变性质。