CN106082767A - 一种植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料 - Google Patents

一种植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料，该植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料由巴氏嗜碱芽孢杆菌菌液、植物纤维、营养液组成；营养液由麦芽糊精、棉籽饼粉、酵母浸粉、柠檬酸钠配制而成。本发明植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料有以下优点：1)可以将微生物长时间的、高存活率的保存在水泥基体中，以实现水泥基基体在其服役期的终生自修复；2)植物的加入不会影响混凝土的力学性能，且可以增强混凝土的抗拉性、韧性；3)植物在裂缝产生时，可以及时的释放微生物；4)由于天然植物来源广泛，且所需植物不需特别复杂的工艺处理，所以成本低廉，具备环保性和经济性。

Description

一种植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料
技术领域
本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料。
背景技术
1925年，Abrams首先发现水泥基材料有微弱的自愈合现象。近一百年来，无数专家学者提出过多种促使水泥基材料裂缝自愈合的方法。Jonkers等曾采用无机多孔材料为微生物载体，这类物质如膨胀性黏土颗粒、陶粒陶砂等往往具有丰富的连通孔状结构，为微生物生长代谢创造所需的物质能量交换环境，其表面相对致密的结构也能保护微生物免受混凝土高碱环境的侵害；根特大学De Belie等也曾采用无机多孔材料—硅藻土作为细菌载体，对细菌在水泥浆中的酶化活性和混凝土裂缝自修复效果进行了研究微胶囊对微生物具有良好的包覆性，借此可以保护微生物免受混凝土高碱环境的侵害；东南大学的钱春香等人采用了直接将微生物悬浊液与乳酸钙掺入混凝土中，待混凝土出现裂缝时，微生物诱导碳酸钙沉淀修补裂缝；同济大学的闫治国等人发明了一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统用以修复混凝土中的裂缝，其主要做法是将具有诱导碳酸钙沉淀能力的微生物与其所需培养基同时内置于胶囊中，在混凝土发生裂缝时，胶囊破裂，微生物诱导碳酸钙沉淀修补裂缝。
总结起来，现有的微生物混凝土自修复材料存在以下缺点及不足：
1.直接将微生物放置在混凝土环境中，微生物在强碱性环境下很难存活太长时间，难以实现混凝土在其服役期的终生自修复。
2.载体与水泥基材料相容性问题，水泥基材料内部植入其他材料可能会影响其整体性和耐久性。较大的载体如玻璃管、胶囊等的厚度和脆性大小不但影响到玻璃管是否能在裂缝处断裂和载体能否顺利流出，而且最佳的管壁厚度和脆性、管状或者球形载体的密度和排列规律等难以确定。
3.体积较大的载体如玻璃管、胶囊等，其内部的修复剂流出后由载体自身所产生的孔洞造成基体缺陷，可能会影响其抗压、抗渗等力学性能。
4.由于胶囊材料的制作工艺复杂，造价昂贵，难以实现在普通工程中的普遍应用，且实际产品至今未得到应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料，旨在解决背景技术所述的问题。
本发明是这样实现的，
一种植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料，该植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料由巴氏嗜碱芽孢杆菌菌液、植物纤维、营养液组成；营养液按质量百分比组分由麦芽糊精59.5％、棉籽饼粉21.6％、酵母浸粉16.2％、柠檬酸钠2.7％组成。
进一步，一种植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的制备方法包括：
将培养好的巴氏芽孢杆菌菌液与植物纤维按比例在特定环境下培养；
将装载微生物的植物纤维经自然风干得到植物装载微生物的自修复水泥基材料。
进一步，所述植物纤维直径小于1mm，长度为10mm～20mm。
进一步，所述培养好的巴氏芽孢杆菌菌液为：经过无氧和有氧环境培养得到兼性厌氧芽孢杆菌菌液，菌液含巴氏芽孢杆菌浓度为1.0×109cell/ml。
进一步，使用植物纤维之前，用pH值为12.0的溶液浸泡24h，除掉植物纤维中的天然抑菌成分。
进一步，将培养好的巴氏芽孢杆菌菌液与植物纤维按比例在特定环境下培养方法为：
将植物纤维浸泡在兼性厌氧芽孢杆菌菌液中，在30℃环境下培养48h，pH初始值为9.0，以后每间隔8h，pH值增加0.5。
进一步，培养方法中营养液用量为：巴氏芽孢杆菌菌液中每100ml含有营养液18.5g，18.5g营养液中含有麦芽糊精11g、棉籽饼4g、酵母浸粉3g、柠檬酸钠0.5g。
进一步，将装载微生物的植物纤维经自然风干24～48h得到植物装载微生物的自修复水泥基材料。
进一步，一种植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的使用方法，其特征在于，该植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料使用方法为：将植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料搅拌方式加入混凝土中，植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料按照每立方米混凝土含有0.05立方米-0.10立方米的比例计量添加。
进一步，所述搅拌方式或采用先干拌，后加水方法，具体为：
混凝土破坏时，首先是胶凝材料破坏，因此需要将纤维尽可能与胶凝材料混合，搅拌的投料次序以及方法应以搅拌过程中不产生结团和保证一定的生产率为原则,并通过试拌或是根据经验确定，宜采用植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料、水泥、粗细集料先干拌均匀混合后加水湿拌；或采用分散机在拌和过程中分散加入。
本发明的植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料与现有各类微生物自修复水泥基方案相比具有以下优点：
1)植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料可以将微生物长时间的、高存活率的保存在水泥基体中，以实现水泥基基体在其服役期的终生自修复。
2)植物的加入不会影响混凝土的力学性能，且可以增强混凝土的抗拉性、韧性。
3)植物在裂缝产生时，可以及时的释放微生物。
4)由于天然植物来源广泛，部分植物生长周期短，且所需植物不需特别复杂的工艺处理，所以成本低廉，具备环保性和经济性。
本发明制备出的植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料与现有微生物水泥基自修复材料相比具有制备方法简单、成本低等优点，能极大的推广微生物诱导碳酸钙沉积修复混凝土裂缝技术在实际工程中的普遍应用，具有重要的应用背景和现实意义。
附图说明
图1是本发明实施例提供的植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明首次提出以植物为载体，将微生物成岩特性引入到混凝土自愈合领域。植物的加入可以增强混凝土材料的抗拉性和韧性。当混凝土结构在工作中某处产生裂缝初期，由于植物抗拉性能优异，裂缝扩展到植物处时，植物会提供一个极大闭合力阻止裂纹尖端的扩展；同时，微生物从休眠状态被触发，伴随着水泥基材料内部渗透性改变，水分随之侵入，使其内部形成高碱性环境，微生物在该环境中新陈代谢产生的二氧化碳逐渐转化为碳酸根离子，与水泥基材料内部大量游离的钙离子结合生成碳酸钙结晶体，利用其粘结性自动修复水泥基材料裂缝。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步描述。
一种植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料，该植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料由巴氏嗜碱芽孢杆菌菌液、植物纤维、营养液组成；营养液按质量百分比组分由麦芽糊精59.5％、棉籽饼粉21.6％、酵母浸粉16.2％、柠檬酸钠2.7％组成。
如图1所示：一种植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的制备方法，该植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的制备方法包括：
S101：将培养好的巴氏芽孢杆菌菌液与植物纤维按比例在特定环境下培养；
S102：将装载微生物的植物纤维经自然风干得到植物装载微生物的自修复水泥基材料。
进一步，所述植物纤维直径小于1mm，长度为10mm～20mm。
进一步，所述培养好的巴氏芽孢杆菌菌液为：经过无氧和有氧环境培养得到兼性厌氧芽孢杆菌菌液，菌液含巴氏芽孢杆菌浓度为1.0×109cell/ml。
进一步，使用植物纤维之前，用pH值为12.0的溶液浸泡24h，除掉植物纤维中的天然抑菌成分。
进一步，将培养好的巴氏芽孢杆菌菌液与植物纤维按比例在特定环境下培养方法为：
将植物纤维浸泡在兼性厌氧芽孢杆菌菌液中，在30℃环境下培养48h，pH初始值为9.0，以后每间隔8h，pH值增加0.5。
进一步，培养方法中营养液用量为：巴氏芽孢杆菌菌液中每100ml含有营养液18.5g，18.5g营养液中含有麦芽糊精11g、棉籽饼4g、酵母浸粉3g、柠檬酸钠0.5g。
进一步，将装载微生物的植物纤维经自然风干24～48h得到植物装载微生物的自修复水泥基材料。
进一步，一种植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的使用方法，该植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料使用方法为：将植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料搅拌方式加入混凝土中，植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料按照每立方米混凝土含有0.05立方米-0.10立方米的比例计量添加。
进一步，所述搅拌方式或采用先干拌，后加水方法，具体为：
混凝土破坏时，首先是胶凝材料破坏，因此需要将纤维尽可能与胶凝材料混合，搅拌的投料次序以及方法应以搅拌过程中不产生结团和保证一定的生产率为原则,并通过试拌或是根据经验确定，宜采用植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料、水泥、粗细集料先干拌均匀混合后加水湿拌；或采用分散机在拌和过程中分散加入。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
实施例：
1.所述竹植物的制备过程为：竹材→制竹片→蒸竹片→压碎分解，然后筛选出诉述竹植物，最后将其用pH值为12.0的溶液浸泡24h。
2.所述微生物获取过程为：以牛肉膏蛋白胨琼脂培养基为细菌接种所用培养基，初态将培养基的pH值调到9.0，将配制完成的培养基利用高压灭菌锅进行灭菌，然后在无菌环境中，每100ml培养基中接入5ml菌种。进一步的，培养箱内进行培养，培养时间为20h。培养箱的环境分别设置为有氧和无氧两种环境，温度设置为30℃。
3.所述竹植物装载微生物过程为：将竹植物浸泡在兼性厌氧芽孢杆菌菌液中，在30℃环境下培养48h，其菌液含微生物浓度为1.0×109cell/ml左右，每100ml菌液含有麦芽糊精10g，棉籽饼3g，酵母浸粉2g，柠檬酸钠0.3g，Ph初始值为9.0左右，以后每间隔8h，pH值增加0.5。进一步的，装载完成后，竹植物经自然条件风干24～48h得到竹植物装载微生物产品。
4.所述产品加入混凝土的关键步骤为：水、水泥、沙、骨料，按《普通混凝土配合比设计规程》进行配比，产品所占基体体积率约为2％～3％，采用“先干拌，后加水”的方式进行添加，保证竹植物均匀分布。并且，所用水中，每100m l含有麦芽糊精10g，棉籽饼3g，酵母浸粉2g，柠檬酸钠0.3g。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料，其特征在于，该植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料由巴氏嗜碱芽孢杆菌菌液、植物纤维、营养液组成；营养液按质量百分比组分由麦芽糊精59.5％、棉籽饼粉21.6％、酵母浸粉16.2％、柠檬酸钠2.7％组成。
2.如权利要求1所述植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的制备方法，其特征在于，该植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的制备方法包括：
将培养好的巴氏芽孢杆菌菌液与植物纤维按比例在特定环境下培养；
将装载微生物的植物纤维经自然风干得到植物装载微生物的自修复水泥基材料。
3.如权利要求2所述的植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的制备方法，其特征在于，所述植物纤维直径小于1mm，长度为10mm～20mm。
4.如权利要求2所述的植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的制备方法，其特征在于，所述培养好的巴氏芽孢杆菌菌液为：经过无氧和有氧环境培养得到兼性厌氧芽孢杆菌菌液，菌液含巴氏芽孢杆菌浓度为1.0×109cell/ml。
5.如权利要求2所述的植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的制备方法，其特征在于，使用植物纤维之前，用pH值为12.0的溶液浸泡24h，除掉植物纤维中的天然抑菌成分。
6.如权利要求2所述的植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的制备方法，其特征在于，将培养好的巴氏芽孢杆菌菌液与植物纤维按比例在特定环境下培养方法为：
将植物纤维浸泡在兼性厌氧芽孢杆菌菌液中，在30℃环境下培养48h，pH初始值为9.0，以后每间隔8h，pH值增加0.5。
7.如权利要求6所述的植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的制备方法，其特征在于，培养方法中营养液用量为：巴氏芽孢杆菌菌液中每100ml含有营养液18.5g，18.5g营养液中含有麦芽糊精11g、棉籽饼4g、酵母浸粉3g、柠檬酸钠0.5g。
8.如权利要求2所述的植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的制备方法，其特征在于，将装载微生物的植物纤维经自然风干24～48h得到植物装载微生物的自修复水泥基材料。
9.如权利要求1所述植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的使用方法，其特征在于，该植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料使用方法为：将植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料搅拌方式加入混凝土中，植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料按照每立方米混凝土含有0.05立方米-0.10立方米的比例计量添加。
10.如权利要求9所述的植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料的使用方法，其特征在于，所述搅拌方式采用先干拌，后加水方法，具体为：植物纤维装载微生物的自修复水泥基材料、水泥、粗细集料先干拌均匀混合后加水湿拌；搅拌方式或采用分散机在拌和过程中分散加入。
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