CN105926964B - 一种利用嗜冷碳酸盐矿化菌修复混凝土表面的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混凝土表面修复方法，更具体涉及一种利用嗜冷碳酸盐矿化菌修复混凝土表面的方法，步骤为：第一步，制备高浓缩菌液：将菌株嗜冷假单胞菌Pseudomonas psychrophila接种到牛肉膏蛋白胨培养液里，每升培养液含牛肉膏2‑4g、蛋白胨8‑10g,并控制pH为8，于5℃‑10℃下培养3‑4天，取出以5000‑8000rpm下离心5‑7分钟得到高浓缩菌液；第二步，配置好0.5‑1mol/L的CaCl2溶液和0.5‑1mol/L Na2CO3溶液备用；第三步：覆膜操作：将第二步配置好的CaCl2溶液和Na2CO3溶液搅拌均匀后涂抹于待修复的混凝土上，直至混凝土干燥后，将第一步制备得到的高浓度菌液喷涂到待修复的混凝土表面，每8‑12个小时重复一次覆膜操作，持续3天后静置养护。

Description

一种利用嗜冷碳酸盐矿化菌修复混凝土表面的方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土表面修复方法，更具体涉及一种利用嗜冷碳酸盐矿化菌修复混凝土表面的方法。
背景技术
随着现代混凝土技术与我国经济的快速持续发展，混凝土被广泛应用于港口、大坝、公路、桥梁、建筑等工程建设中。然而，钢筋混凝土结构往往由于受到各种环境条件，如大气、水等物理或化学的侵蚀作用，即使结构设计合理、施工正确，其在服役期间也往往发生劣化，未达到预期寿命而被破坏。在国内外，后期钢筋混凝土结构的维护、修补等问题已受到越来越多人的关注。因此，对已有混凝土结构采取有效表面防护以防止混凝土的环境侵蚀、维护混凝土的性能，对保证并提高混凝土结构的耐久性与使用寿命具有重要的现实意义。
微生物诱导的矿化沉积是一种较温和的修复方式，条件温和，能源需求少，对环境无污染。微生物种类及代谢途径的多样性不仅可以直接影响的沉积环境，细胞的物化特性以及代谢物的特征官能团，同时也会为成核与生长提供位点，以调控碳酸钙的晶型和形貌，从而在石质材料的建筑物上覆盖上一层结合紧密的膜，对石质材料的建筑物起到保护的作用。利用产碳酸酐酶细菌在混凝土表面附上一层紧密结合的碳酸钙膜，可以有效的防止混凝土被环境侵蚀、维护混凝土的性能，延长其使用寿命。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种利用嗜冷碳酸盐矿化菌修复混凝土表面的方法。
本发明采用如下技术方案：一种利用嗜冷碳酸盐矿化菌修复混凝土表面的方法，步骤为：
第一步，制备高浓缩菌液：将菌株嗜冷假单胞菌Pseudomonas psychrophila接种到牛肉膏蛋白胨培养液里，每升培养液含牛肉膏2-4g、蛋白胨8-10g,并控制pH为8，于5℃-10℃下培养3-4天，取出以5000-8000rpm下离心5-7分钟得到高浓缩菌液；
第二步，配置好0.5-1mol/L的CaCl2溶液和0.5-1mol/L Na2CO3溶液备用；
第三步：覆膜操作：将第二步配置好的CaCl2溶液和Na2CO3溶液搅拌均匀后涂抹于待修复的混凝土上，直至混凝土干燥后，将第一步制备得到的高浓度菌液喷涂到待修复的混凝土表面，每8-12个小时重复一次覆膜操作，持续3天后静置养护。
本发明的技术方案还进一步包括第三步覆膜操作在喷涂菌液后将琼脂固体培养基或海藻酸钠固体培养基融化后涂抹在混凝土块上。琼脂固体培养基即在每升牛肉膏蛋白胨培养液里加入琼脂粉18g，加热充分融化得到；海藻酸钠固体培养基即在每升牛肉膏蛋白胨培养液里加入海藻酸钠18g，加热充分融化得到。
本发明还进行不同的pH和不同温度对菌株的生长条件的控制研究，找出菌株活性最高时的pH和温度，研究结果表明在pH为8，温度为5℃-10℃时菌株活性最高。
附图说明
图1不同起始pH沉积过程中pH随时间的变化(左图为对照组，右图为试验组)；
图2不同起始pH沉积过程中电导率随时间的变化(左图为对照组，右图为试验组)；
图3不同起始pH条件下钙化沉积实验的电镜扫描图片(上图分别为对照组pH7.0,8.0,9.0；下图分别为试验组pH7.0,8.0,9.0)；
图4不同温度下沉积过程中pH随时间的变化(左图为对照组，右图为试验组)；
图5不同温度下沉积过程中电导率随时间的变化(左图为对照组，右图为试验组)；
图6不同起始温度条件下钙化沉积实验的电镜扫描图片(上图分别为对照组温度5℃，10℃，15℃，20℃；下图分别为试验组温度5℃，10℃，15℃，20℃)；
图7混凝土块覆膜后电镜扫描的结果。
具体实施方式
实施例1：喷涂法覆膜修复
第一步，制备高浓缩菌液：将菌株嗜冷假单胞菌Pseudomonas psychrophila接种到牛肉膏蛋白胨培养液里，每升培养液含牛肉膏2-4g、蛋白胨8-10g,并控制pH为8，于5℃-10℃下培养3-4天，取出以5000-8000rpm下离心5-7分钟得到高浓缩菌液；
第二步，0.5mol/L的CaCl2溶液和0.5mol/L Na2CO3溶液配置：在分析天平上准确称量CaCl2 5.5g，转入200mL的烧杯中，用量筒准确量取100mL蒸馏水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。在分析天平上准确称量Na2CO3 5.3g，转入200mL的烧杯中，用量筒准确量取100mL蒸馏水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。待溶解后用保鲜膜将烧杯口封好，以免被污染；
第三步：覆膜操作：将第二步配置好的CaCl2溶液和Na2CO3溶液搅拌均匀后涂抹于待修复的混凝土上，直至混凝土干燥后，将第一步制备得到的高浓度菌液喷涂到待修复的混凝土表面，每8-12个小时重复一次覆膜操作，持续3天后静置养护。
实施例2：琼脂固载法覆膜修复
第一步，制备高浓缩菌液：将菌株嗜冷假单胞菌Pseudomonas psychrophila接种到牛肉膏蛋白胨培养液里，每升培养液含牛肉膏2-4g、蛋白胨8-10g,并控制pH为8，于5℃-10℃下培养3-4天，取出以5000-8000rpm下离心5-7分钟得到高浓缩菌液；
第二步，0.5mol/L的CaCl2溶液和0.5mol/L Na2CO3溶液配置：在分析天平上准确称量CaCl2 5.5g，转入200mL的烧杯中，用量筒准确量取100mL蒸馏水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。在分析天平上准确称量Na2CO3 5.3g，转入200mL的烧杯中，用量筒准确量取100mL蒸馏水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。待溶解后用保鲜膜将烧杯口封好，以免被污染；
第三步：覆膜操作：将第二步配置好的CaCl2溶液和Na2CO3溶液搅拌均匀后涂抹于待修复的混凝土上，直至混凝土干燥后，将第一步制备得到的高浓度菌液喷涂到待修复的混凝土表面，然后将琼脂固体培养基融化后涂抹在混凝土块上，每8-12个小时重复一次覆膜操作，持续3天后静置养护。
实施例3：海藻酸钠固载法覆膜修复
第一步，制备高浓缩菌液：将菌株嗜冷假单胞菌Pseudomonas psychrophila接种到牛肉膏蛋白胨培养液里，每升培养液含牛肉膏2-4g、蛋白胨8-10g,并控制pH为8，于5℃-10℃下培养3-4天，取出以5000-8000rpm下离心5-7分钟得到高浓缩菌液；
第二步，0.5mol/L的CaCl2溶液和0.5mol/L Na2CO3溶液配置：在分析天平上准确称量CaCl2 5.5g，转入200mL的烧杯中，用量筒准确量取100mL蒸馏水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。在分析天平上准确称量Na2CO3 5.3g，转入200mL的烧杯中，用量筒准确量取100mL蒸馏水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。待溶解后用保鲜膜将烧杯口封好，以免被污染；
第三步：覆膜操作：将第二步配置好的CaCl2溶液和Na2CO3溶液搅拌均匀后涂抹于待修复的混凝土上，直至混凝土干燥后，将第一步制备得到的高浓度菌液喷涂到待修复的混凝土表面，然后将海藻酸钠固体培养基融化后涂抹在混凝土块上每8-12个小时重复一次覆膜操作，持续3天后静置养护。
实施例4：不同起始pH条件下菌株对碳酸钙的沉积效果的测定
采用不同的pH梯度(6.0,7.0,8.0,9.0)对菌株的生长条件的控制，找出菌株活性最高时的pH，活性的高低此次试验用碳酸钙的沉积效果的来表征，过程中用电导率和pH的变化来反应其沉积时候的状态。
往标记好的采样瓶中分别加入50mL菌液，50mL配置好的50mmol/L CaCl2溶液和50mL配置好的50mmol/L Na2CO3溶液,用pH计调节pH，用稀HCl溶液和稀NaOH溶液来调节pH，根据pH计显示的数据加入适当的酸或碱，用玻璃棒搅拌后再次测量，待pH计示数稳定后再调节，直到溶液的pH到6.0为止。然后迅速用电导率测定仪测其初始电导率。重复以上操作，只是最后的pH调到7.0,8.0,9.0。每个不同的pH重复一次。将以上的对照做好之后将菌放在5℃的恒温培养箱中静置培养沉积。前期过每隔2小时测一次，测3次后，根据变化情况，隔4个小时测一次，然后再根据变化情况再每隔12个小时测一次，直到电导率和pH趋于稳定后才停止测，本实验测到82h。结果：不同起始pH沉积过程中pH随时间的变化如附图1所示；不同起始pH沉积过程中电导率随时间的变化如附图2所示；不同起始pH条件下钙化沉积实验的电镜扫描图片如附图3所示。
实施例5：不同起始温度条件下菌株对碳酸钙的沉积效果的测定
保持其他条件(如pH，培养方式静置或振荡等)采用不同的温度梯度(5℃,10℃,15℃,20℃)对菌株的生长条件的控制，找出菌株活性最高时的温度，活性的高低此次试验用碳酸钙的沉积效果的来表征，过程中用电导率和pH的变化来反应其沉积时候的状态。
往标记好的采样瓶中分别加入50mL菌液，50mL配置好的50mmol/L CaCl2溶液和50mL配置好的50mmol/L Na2CO3溶液,用pH计调节pH，用稀HCl溶液和稀NaOH溶液来调节pH，根据pH计显示的数据加入适当的酸或碱，用玻璃棒搅拌后再次测量，待pH计示数稳定后再调节，直到溶液的pH到8.0为止。然后迅速用电导率测定仪测其初始电导率。重复以上操作，每个温度重复一次。将以上的对照做好之后将菌放在5℃,10℃,15℃,20℃的恒温培养箱中静置培养沉积。前期过每隔2小时测一次，测3次后，根据变化情况，隔4个小时测一次，然后再根据变化情况再每隔12个小时测一次，直到电导率和pH趋于稳定后才停止测，本实验测到82h。结果：不同温度下沉积过程中pH随时间的变化如附图4所示；不同温度下沉积过程中电导率随时间的变化如附图5所示；不同起始温度条件下钙化沉积实验的电镜扫描图片如附图6所示。
实施例6：混凝土块覆膜后电镜扫描的结果和分析
混凝土块覆膜后电镜扫描的结果如附图7所示，从左到右，从上到下，依次为1-18号，每3张为一组，放大倍数分别为2000,5000,10000。
1-3号为菌液喷涂覆膜法对照组，4-6号为菌液喷涂覆膜法试验组；7-9号为琼脂固载覆膜法对照组,10-12号为琼脂固载覆膜法试验组；13-15号为海藻酸钠固载覆膜法对照组,16-18号为海藻酸钠固载覆膜法试验组。从附图7中可以看出，无论使用哪种方法对混凝土表面进行覆膜修复，在其表面都可以发现碳酸钙的晶型，其中方解石居多，每一个处理方法处理过的混凝土块上都有方解石，均有很好的覆膜效果。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种利用嗜冷碳酸盐矿化菌修复混凝土表面的方法，其特征在于，步骤为：
第一步，制备高浓缩菌液：将菌株嗜冷假单胞菌Pseudomonas psychrophila接种到牛肉膏蛋白胨培养液里，每升培养液含牛肉膏2-4g、蛋白胨8-10g,并控制pH为8，于5℃-10℃下培养3-4天，取出以5000-8000rpm下离心5-7分钟得到高浓缩菌液；
第二步，配置好0.5-1mol/L的CaCl2溶液和0.5-1mol/L Na2CO3溶液备用；
第三步：覆膜操作：将第二步配置好的CaCl2溶液和Na2CO3溶液搅拌均匀后涂抹于待修复的混凝土上，直至混凝土干燥后，将第一步制备得到的高浓度菌液喷涂到待修复的混凝土表面，每8-12个小时重复一次覆膜操作，持续3天后静置养护。
2.根据权利要求1所述的利用嗜冷碳酸盐矿化菌修复混凝土表面的方法，其特征在于，第三步覆膜操作还进一步包括在喷涂菌液后将琼脂固体培养基融化后涂抹在混凝土块上。
3.根据权利要求1所述的利用嗜冷碳酸盐矿化菌修复混凝土表面的方法，其特征在于，第三步覆膜操作还进一步包括在喷涂菌液后将海藻酸钠固体培养基融化后涂抹在混凝土块上。
4.根据权利要求2所述的利用嗜冷碳酸盐矿化菌修复混凝土表面的方法，其特征在于，所述琼脂固体培养基是通过在每升牛肉膏蛋白胨培养液里加入琼脂粉18g，加热充分融化得到。
5.根据权利要求3所述的利用嗜冷碳酸盐矿化菌修复混凝土表面的方法，其特征在于，所述海藻酸钠固体培养基是通过在每升牛肉膏蛋白胨培养液里加入海藻酸钠18g，加热充分融化得到。
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