一種提高碳酸鈣早期沉積量的微生物灌漿方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于混凝土灌注領(lǐng)域，涉及一種提高碳酸鈣早期沉積量的微生物灌漿方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 針對(duì)混凝土出現(xiàn)的各種裂縫，通常采用環(huán)氧樹(shù)脂封閉的處理方法，可以阻止空氣 進(jìn)入混凝土內(nèi)部引起鋼筋生銹。但環(huán)氧樹(shù)脂屬于有機(jī)材料，隨著時(shí)間的推移易老化，而且材 料粘性大，不易灌入細(xì)小的裂縫中。
[0003] 微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積封堵裂縫技術(shù)就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生，它是由一系列 復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)組成的：一些嗜堿性的微生物能夠利用自身產(chǎn)生的尿素酶將尿素分解 為順 3和CO2，隨著分解生成的氨數(shù)量的增加會(huì)引起周圍環(huán)境中pH的升高，使0)2在溶液中 以CO廣的形式存在。這時(shí)如果細(xì)菌的周圍有Ca2+，細(xì)菌細(xì)胞中帶負(fù)電荷的有機(jī)單層膜就會(huì) 不斷地螯合Ca2+，就會(huì)引起碳酸鈣晶體沉積。
[0004] 這種新型材料固化前粘性很低，借助負(fù)壓可滲透到裂縫深處，不僅利用微生物沉 積礦物質(zhì)達(dá)到封堵的效果，而且能夠自動(dòng)找到滲漏處的位置進(jìn)行有效的防滲，達(dá)到探查和 封堵二合一的效果，這在一些復(fù)雜的環(huán)境中顯得尤為重要。利用微生物誘導(dǎo)沉積生成的方 解石等性質(zhì)穩(wěn)定，與混凝土材料的結(jié)合性好。修復(fù)后的混凝土材料的抗酸、抗堿、抗凍融循 環(huán)、抗碳化和抗?jié)B性等能力都得到了提高，不會(huì)因?yàn)椴牧系睦匣А?br>[0005] 清華大學(xué)程曉輝申請(qǐng)了專利《一種微生物成因水泥或混凝土及其生產(chǎn)方法和應(yīng) 用》（CN200810105947. 3)，提出利用能產(chǎn)生脲酶的巴氏芽孢桿菌菌液和含有尿素和礦物鈣 鹽的配合液混合，在一定條件下反應(yīng)即可得微生物成因水泥或混凝土的方法。
[0006] 中國(guó)專利申請(qǐng)200810019165. 8公開(kāi)了一種利用微生物修復(fù)水泥基材料裂縫方法 及培養(yǎng)液和修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液。其采用將微生物菌液和修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液注入水泥石裂縫中，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。 但是該方法并沒(méi)用涉及將菌液和修復(fù)營(yíng)養(yǎng)液注入裂縫內(nèi)的具體方法、步驟。
[0007] 賈強(qiáng)在專利"微生物灌漿封堵地下室混凝土結(jié)構(gòu)橫向裂縫的方 法"（ZL201110412162. 2)和"微生物灌漿封堵地下室混凝土結(jié)構(gòu)豎向裂縫的方 法"（ZL201110413188.9)正是利用該原理對(duì)地下室混凝土裂縫進(jìn)行了封堵，使用了巴氏芽 孢桿菌菌液和含有尿素和礦物鈣鹽的配合液混合，但存在沉積物的早期產(chǎn)量低的問(wèn)題，無(wú) 法在較短時(shí)間內(nèi)有效封堵混凝土裂縫，往往需多次大量灌漿的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明基于微生物誘導(dǎo)沉積碳酸鈣的機(jī)理，根據(jù)對(duì)比試驗(yàn)的結(jié) 果，提出了一種提高碳酸鈣沉積量的微生物灌漿方法，使碳酸鈣的沉積量達(dá)到最高值。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方案：
[0010] 一種提高碳酸鈣早期沉積量的微生物灌漿方法，包括如下步驟：
[0011] 1)向微生物菌液中加入營(yíng)養(yǎng)鹽溶液，得菌液和營(yíng)養(yǎng)鹽的混合液，靜置〇. 5~Ih;
[0012] 2)在灌漿時(shí)，將菌液和營(yíng)養(yǎng)鹽的混合液與鈣鹽溶液按預(yù)定比例摻和。
[0013] 優(yōu)選的是，所述的微生物菌液的酶活性大于lmS/cm。
[0014] 優(yōu)選的是，所述的微生物菌液為巴氏芽孢桿菌菌液。
[0015] 優(yōu)選的是，所述微生物菌液、營(yíng)養(yǎng)鹽溶液與鈣鹽溶液的體積比為1 :1 :1。
[0016] 優(yōu)選的是，步驟2)中，摻和后的混合液中碳離子和鈣離子的摩爾比為3:2~3。
[0017] 優(yōu)選的是，所述營(yíng)養(yǎng)鹽溶液為尿素溶液。
[0018] 優(yōu)選的是，所述鈣鹽溶液為醋酸鈣、硝酸鈣和氯化鈣中的一種。
[0019] 上述任一方法制備的灌漿材料。
[0020] 本發(fā)明的有益效果：
[0021] 1.本發(fā)明提出了一種提高碳酸鈣早期沉積量的微生物灌漿方法，使碳酸鈣的沉積 量達(dá)到最高值。
[0022] 2.本發(fā)明采用該微生物灌漿材料，不僅有效提高碳酸鈣沉積物總產(chǎn)量，而且可有 效提高沉積物的早期產(chǎn)量，這對(duì)于利用灌漿方法封堵混凝土裂縫具有重要意義：只有在較 短時(shí)間產(chǎn)生大量碳酸鈣沉淀才能在較短時(shí)間內(nèi)封堵混凝土裂縫，因此可減少灌漿量和次 數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1不同尿素?fù)饺霑r(shí)間碳酸鈣產(chǎn)量和反應(yīng)時(shí)間關(guān)系曲線
[0024] 圖2通過(guò)預(yù)埋鋼板的方法制作的混凝土試件裂縫。
[0025] 圖3試件沿裂縫深度方向截面圖。
[0026] 圖4沿裂縫深度方向的碳酸鈣沉積量曲線。
[0027] 其中，左試件為優(yōu)化組，右試件為非優(yōu)化組
【具體實(shí)施方式】
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 本發(fā)明基于微生物誘導(dǎo)沉積碳酸鈣的機(jī)理，根據(jù)對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果，提出碳酸鈣沉 積量達(dá)到最高值的灌漿材料配方如下：
[0030] (1)菌液，采用巴氏芽孢桿菌（Bacilluspasteurii)，用電導(dǎo)率方法檢測(cè)菌液的酶 活性需大于1。
[0031] (2)營(yíng)養(yǎng)鹽溶液，為微生物的生長(zhǎng)和繁殖提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，選用尿素（CO(NH2)2)溶 液。
[0032] (3)鈣源溶液，若選用硝酸鈣（Ca(NO3) 2)溶液，濃度為2mol/L;若選用氯化鈣溶液 (Cacl2)溶液，濃度為3mol/L〇
[0033] (4)將尿素提前1小時(shí)摻入菌液，尿素濃度為4. 5mol/L。在菌液中提前加入尿素可 以提高碳酸鈣的早期產(chǎn)量。這是因?yàn)榫涸谂c鈣源溶液混合前可使尿素分解出大量的CCV2 離子，另外菌體還提供碳酸鈣沉淀的成核地點(diǎn)，反應(yīng)完后擾動(dòng)小更有利于碳酸鈣的形成。
[0034] (5)菌液和尿素混合液與媽源溶液的體積比為2 :3。
[0035](6)在灌漿時(shí)將菌液和尿素混合液與鈣源溶液摻合。
[0036] 采用該微生物灌漿材料，不僅有效提高碳酸鈣沉積物總產(chǎn)量，而且可有效提高沉 積物的早期產(chǎn)量，這對(duì)于利用灌漿方法封堵混凝土裂縫具有重要意義：只有在較短時(shí)間產(chǎn) 生大量碳酸鈣沉淀才能在較短時(shí)間內(nèi)封堵混凝土裂縫，因此可減少灌漿量和次數(shù)。
[0037] 以下是課題組所做對(duì)比試驗(yàn)和灌漿封堵裂縫的驗(yàn)證試驗(yàn)：
[0038] 1?碳酸鈣產(chǎn)量試驗(yàn)
[0039] (1)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度對(duì)產(chǎn)量的影響
[0040] 取酶活性I. 75mS/cm的菌液50ml;取75ml硝酸鈣溶液和尿素溶液的混合物，混合 物中硝酸媽濃度為lmol/L，尿素濃度為分別取lmol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L。將 菌液摻入混合物中反應(yīng)1小時(shí)后過(guò)濾稱量碳酸鈣沉淀物重量，每種濃度尿素重復(fù)試驗(yàn)5次， 試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。
[0041] 表1不同濃度尿素溶液碳酸鈣產(chǎn)量（單位：g)
[0042]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高碳酸鈣早期沉積量的微生物灌漿方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 向微生物菌液中加入營(yíng)養(yǎng)鹽溶液，得菌液和營(yíng)養(yǎng)鹽的混合液，靜置0. 5~Ih; 2) 在灌漿時(shí)，將菌液和營(yíng)養(yǎng)鹽的混合液與鈣鹽溶液按預(yù)定比例摻和。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微生物菌液的酶活性大于lmS/cm。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微生物菌液為巴氏芽孢桿菌菌液。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述微生物菌液、營(yíng)養(yǎng)鹽溶液與鈣鹽溶液的 體積比為1 :1 :1。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中，摻和后的混合液中碳離子和鈣離 子的摩爾比為3:2~3。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述營(yíng)養(yǎng)鹽溶液為尿素溶液。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鈣鹽溶液為醋酸鈣、硝酸鈣和氯化鈣中 的一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種提高碳酸鈣早期沉積量的微生物灌漿方法，包括如下步驟：1)向微生物菌液中加入營(yíng)養(yǎng)鹽溶液，得菌液和營(yíng)養(yǎng)鹽的混合液，靜置0.5～1h；2)在灌漿時(shí)，將菌液和營(yíng)養(yǎng)鹽的混合液與鈣鹽溶液按預(yù)定比例摻和。采用該微生物灌漿材料，不僅有效提高碳酸鈣沉積物總產(chǎn)量，而且可有效提高沉積物的早期產(chǎn)量，這對(duì)于利用灌漿方法封堵混凝土裂縫具有重要意義：只有在較短時(shí)間產(chǎn)生大量碳酸鈣沉淀才能在較短時(shí)間內(nèi)封堵混凝土裂縫，因此可減少灌漿量和次數(shù)。
【IPC分類】E02D29-16, E02D15-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104818719
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510113200
【發(fā)明人】賈強(qiáng), 張?chǎng)? 陳曉瀚
【申請(qǐng)人】山東建筑大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年3月16日