[发明专利]一种基于微生物修复增强的珊瑚骨料及其制备方法、装置

说明书

本发明公开了一种基于微生物修复增强的珊瑚骨料及其制备方法、装置，对多孔珊瑚骨料进行预处理；将预处理后的珊瑚骨料放入细菌培养筒中，多次反复喷淋微生物营养液与胶凝液，通过微生物营养液中的微生物诱导矿化菌种与胶凝液中碳源的反应作用生成的碳酸钙来填充珊瑚骨料内部以及表面的孔隙，得到基于微生物修复增强的珊瑚骨料，其中所述微生物诱导矿化菌种为巴氏芽孢杆菌ATCC11859定向筛选得到。通过定向筛选高效修复菌种，并与碳源反应生成碳酸钙实现骨料修复增强。

技术领域

本发明涉及一种基于微生物修复增强的珊瑚骨料及其制备方法、装置，属于建筑材料与生物工程应用技术领域。

背景技术

深远海地区的工程建设建筑材料需求量急剧增加。混凝土作为最大宗的建筑材料之一，砂石骨料占据了其体积的70％～80％，然而岛礁以及深远海地区远离陆地，天然砂石资源匮乏，常常需要从内陆运输砂石、淡水等原材料，使得工程成本剧增，并且工期难以保证。

热带区域的岛礁多为珊瑚岛礁，具有丰富的珊瑚资源，珊瑚主要成分为CaCO₃，是一种较优质的建筑材料。因此，就地采用珊瑚作为骨料制备珊瑚混凝土，并应用于岛礁工程建设，可有效缓解对天然砂石资源的依赖。

此外，热带岛礁环境对混凝土结构的耐久性提出更高要求，而珊瑚骨料具有疏松多孔以及“高温、高湿、高盐、多风”的岛礁环境特点，使得现有的珊瑚混凝土结构耐久性远未达到海洋工程结构要求。

综上，对于提升热带岛礁工程结构耐久性具有重要价值。

全珊瑚海水混凝土(Coral aggregate seawater concrete,CASC)主要由破碎珊瑚、珊瑚砂、水泥、化学外加剂、矿物掺合料等原材料经由海水拌合养护后制成。作为原材料的主体部分，珊瑚是珊瑚虫死后的产物，其化学成分主要为CaCO₃(含量高达96％以上)，Cl^-含量约为0.074％(质量百分比)，堆积密度为900～1060kg/m³，表观密度为1800～2560kg/m³，筒压强度约为3.8MPa，空隙率为50～59％。此外，珊瑚骨料表面粗糙多孔，质轻较脆，具有较强吸水特性。因此，拌制CASC时，常对珊瑚骨料进行预吸水处理。同时，由于珊瑚粗糙的表面特征，增大了珊瑚骨料的表面积。因此，配制相同强度等级的混凝土时，CASC较普通混凝土需要更多水泥浆，使得采用常规手段制备的CASC流动性能、力学性能、抗渗性能均较差。课题组前期研究发现，CASC的表面自由氯离子含量比相同配合比下普通混凝土高3.5～5倍，且增长速率远远高于普通混凝土。

针对珊瑚骨料表面粗糙多孔、强度低等缺陷，目前对其进行改性方法主要包括：水泥浆包裹法、酸洗浸泡法、机械摩擦法、镀膜改性处理法以及纳米填充法等。其中：水泥浆包裹法的浆体难以充分渗入珊瑚骨料孔隙，使得效果较差；而酸洗浸泡法是指使用磷酸或盐酸的稀释液对珊瑚骨料进行酸洗，以消除表面多棱角的结构缺陷，但是酸洗过后珊瑚骨料中仍残留存在Cl^-，从而加速CASC内部钢筋锈蚀，降低钢筋混凝土的耐久性。此外，其它几种改性方法目前也存在可操作性差或者影响骨料与水泥基材料粘结性等问题。

发明内容

目的：鉴于目前珊瑚骨料改性技术仍具有孔隙修复不充分、操作性差及影响与水泥基材料粘结性等缺陷，为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于微生物修复增强的珊瑚骨料及其制备方法、装置，利用微生物诱导矿化技术，对珊瑚骨料孔隙进行修复，能有效减少珊瑚骨料孔隙率，增强骨料强度，极大提高CASC的力学性能和耐久性，提升其应用可行性。同时该方法还具有生态性优势。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种基于微生物修复增强的珊瑚骨料的制备方法，包括：

步骤(1)：对多孔珊瑚骨料进行预处理；