CN107162624B - 一种用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂，由混合菌液、营养组分及辅助组分混合而成，其中混合菌液是将目标菌株红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)和科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)按常规方式接种于基础培养基中培养后收集混合菌株湿细胞而获得，混合菌液最终浓度控制在(3～5)×107 cell/mL范围，营养组分包括葡萄糖、谷氨酸钠与酵母膏，辅助组分包括硅灰、减水剂及引气剂。本发明能够弥补水泥基透水砖易堵塞的缺点，基于本发明制备的自疏通水泥基透水砖能经济长效且主动地避免悬浮颗粒、沙尘等发生团聚且能够分解油污，以保证孔隙结构的完整性并延长其使用寿命，自疏通效果较好，且具有良好的环境友好性。同时，微生物复合外加剂的加入不会影响水泥基透水砖的整体性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制备自疏通水泥基透水砖的外加剂，具体涉及一种用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂。
背景技术
随着我国城镇化进程的快速发展，城市内涝的出现也越来越频繁。而海绵城市建设即是为适应城市环境变化和应对雨水灾害而提出的新一代城市雨洪管理概念。其中透水砖制品是海绵城市建设的一个核心部件，对于消减路面径流量、径流污染物负荷以及减轻城市“热岛效应”等方面具有显著作用。
目前我国市场上常见的透水砖种类主要分树脂砂基透水砖、水泥基透水砖以及陶瓷烧结透水砖。树脂砂基透水砖以环氧树脂为骨料间的结合剂，性能最优，但成本较高；陶瓷烧结透水砖性能较好，但能耗、成本均较高；水泥基透水砖以硅酸盐水泥为骨料间的结合剂，性能一般，但成本较低。因此目前水泥基透水砖应用最为广泛。
但在水泥基透水砖的应用过程中发现，一方面，地表洪流中含有的大量悬浮颗粒（如泥土、细砂、碎片等）以及地面交通、附近植被以及风所携带的沙尘等会不断进入透水混凝土的孔隙而造成堵塞；另一方面，交通、日常生活等产生的油污在进入孔隙中后会与孔隙壁紧密粘贴在一起并形成油膜，水流极难透过，使透水性能进一步降低。
针对透水砖的堵塞现象，近年来，国内外对透水砖的维护措施及对透水性能恢复等方面的研究已逐步开展。已有研究表明，去除聚集在透水砖表层的细颗粒及沉积物能够部分甚至全部恢复其渗透系数。但目前研究发现效果较好的措施如下：采用真空抽吸作为日常的预防性维护措施，而采用高压水冲洗作为修复性维护措施。此措施恢复效果较好，但成本较高，并不实用。因此有必要研究一种用于具备自疏通效果的水泥基透水砖，为了达到此目的，本发明研发一种用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂，该微生物复合外加剂在水泥基透水砖的使用过程中能经济长效且主动地避免悬浮颗粒、沙尘等发生团聚且能够分解油污，以保证孔隙结构的完整性并延长其服役寿命，该微生物复合外加剂制备的自疏通水泥基透水砖自疏通效果较好，且具有良好的环境友好性。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂，由混合菌液、营养组分以及辅助组分混合而成，其中，混合菌液是将目标菌株红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)和科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)按常规方式接种于基础培养基中培养后收集混合菌株湿细胞而获得，所述混合菌液的浓度为(3～5)×107 cell/mL，营养组分包括有葡萄糖、谷氨酸钠与酵母膏，辅助组分包括有硅灰、减水剂及引气剂，向混合菌液加入营养组分和辅助组分即得复合外加剂。
每100mL复合外加剂各组分含量为混合菌液90～94 mL，葡萄糖1.3～2.0 g、谷氨酸钠0.7～2.1 g、酵母膏0.3～0.5 g，硅灰15～20 g、减水剂2.5～3.5 g、引气剂0.15～0.3g。
所述基础培养基由如下重量份的原料制得：牛肉膏5～8 g、蛋白胨8～10 g、碳酸氢钠0.8～0.85 g、氯化钠1.5～1.8 g、琼脂8～12 g、去离子水1000mL，并用1mol/L 的NaOH溶液将其pH值调至9.5～11。
所述混合细菌的培养方式为：接种在基础培养基后置于27～35℃的水浴摇床中以100～150rpm的速度振荡培养24～48小时。
所述混合菌液的收集方式为：将获取的混合细菌菌液在离心机上以3000～4000rpm的速度离心10～20min后，去除上层清液并用去离子水收集菌株湿细胞。
本发明另外提供上述用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂的应用，由该微生物复合外加剂制成的自疏通水泥基透水砖，由如下重量份的原料制得：水泥15～20份，粗集料100～120份，微生物复合外加剂5～7份，按此配比放入搅拌机中搅拌均匀并成型，24小时后脱模。
本发明制备的自疏通水泥基透水砖与将微生物复合外加剂更换为等量的水及等比例的减水剂且其余配比相同的水泥基透水砖相比，透水性能和抗压强度优异，使用6个月后透水系数衰减较小，且透水时效明显提高，本发明利用微生物的代谢产物使得粉尘在透水砖孔隙中不会发生团聚且能够分解油污从而使得水泥基透水砖具有自疏通效果。
通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过将高浓度菌株湿细胞、营养组分及辅助组分以复合外加剂的方式在成型时加入水泥基透水砖基体并分散均匀。硬化后的透水砖具有较高的孔隙率，为菌体的生长提供适当的空间并保证其长期稳定存在。在水泥基透水砖的使用过程中，休眠的菌体开始接触氧气和水分，在营养介质的作用下复苏，一方面科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)在随后的新陈代谢活动中逐步将谷氨酸钠转变为碳酸钠，当粉尘等颗粒物进入水泥基透水砖的空隙中时，碳酸钠能够起到保水作用，将粉尘吸附在孔隙的内壁中，避免其发生团聚从而堵塞孔隙，当水通过孔隙时能够将吸附在孔隙内壁的粉尘冲刷走，起到自疏通效果；另一方面红平红球菌(Rhodococcuserythropolis)在随后的新陈代谢活动中能够分解浸入孔隙的交通日常生活等产生的油污从而避免其形成油膜并阻塞孔隙，此外红平红球菌分解油污能够产生糖脂类表面活性剂，此类表面活性剂能够阻止粉尘发生团聚，间接起到自疏通效果。
现有的水泥基透水砖不具备自疏通效果，当其发生阻塞后只能使用真空抽吸及高压水冲洗进行疏通，成本较高。而使用此种微生物复合外加剂制备的自疏通水泥基透水砖具有较好的自疏通效果，且自疏通效果持续时间较长，并具有较好的环境友好性。此外，微生物复合外加剂的组分亦不会影响水泥的正常水化，因而不会影响结构的整体性能。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
本发明提供的一种用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂，将菌株红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)和科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)按常规方式接种于基础培养基中，该基础培养基的成分按质量份计为：牛肉膏5 g、蛋白胨8 g、碳酸氢钠0.8 g、氯化钠1.5 g、琼脂9 g、去离子水1000 ml，并用1mol/L的NaOH溶液pH值调至9.7，随后于27℃在水浴摇床上以100rpm的速度震荡培养24小时。将获取的混合细菌菌液在离心机上以3000rpm的速度离心10min后，去除上层清液并用去离子水收集菌株湿细胞，并将菌液最终浓度控制在3.2×107 cell/mL范围。向混合菌液加入营养组分和辅助组分即得复合外加剂，每100mL复合外加剂各组分含量为混合菌液90 mL，所述营养组分的成分为：葡萄糖1.9 g、谷氨酸钠2.0 g、酵母膏0.5g，所述辅助组分的成分为：硅灰18g、减水剂3.4g、引气剂0.3g。
实施例2
本发明提供的一种用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂，将菌株红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)和科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)按常规方式接种于基础培养基中，该基础培养基的成分按质量份计为：牛肉膏7 g、蛋白胨9 g、碳酸氢钠0.83 g、氯化钠1.6 g、琼脂10 g、去离子水1000 ml，并用1mol/L的NaOH溶液pH值调至10.3。随后于30℃在水浴摇床上以120rpm的速度震荡培养36小时。将获取的混合细菌菌液在离心机上以3000rpm的速度离心20min后，去除上层清液并用去离子水收集菌株湿细胞，并将菌液最终浓度控制在4.1×107 cell/mL范围。向混合菌液加入营养组分和辅助组分即得复合外加剂，每100mL复合外加剂各组分含量为混合菌液93 mL，所述营养组分的成分为：葡萄糖1.5 g、谷氨酸钠0.7 g、酵母膏0.4 g，所述辅助组分的成分为：硅灰18 g、减水剂3.0 g、引气剂0.22g。
实施例3
本发明提供的一种用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂，将菌株红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)和科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)按常规方式接种于基础培养基中，该基础培养基的成分按质量份计为：牛肉膏8 g、蛋白胨10 g、碳酸氢钠0.85 g、氯化钠1.8 g、琼脂12 g、去离子水1000 ml，并用1mol/L的NaOH溶液pH值调至10.9。随后于29℃在水浴摇床上以150rpm的速度震荡培养48小时。将获取的混合细菌菌液在离心机上以4000rpm的速度离心20min后，去除上层清液并用去离子水收集菌株湿细胞，并将菌液最终浓度控制在4.9×107 cell/mL范围。向混合菌液加入营养组分和辅助组分即得复合外加剂，每100mL复合外加剂各组分含量为混合菌液95 mL，所述营养组分的成分为：葡萄糖1.3 g、谷氨酸钠1.5g、酵母膏0.3g，所述辅助组分的成分为：硅灰15g、减水剂2.5g、引气剂0.22g。
实施例4
本发明提供的一种用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂制成的自疏通水泥基透水砖，水泥占15份，粗集料占120份，微生物复合外加剂占5份。按此配比放入搅拌机中搅拌均匀并成型，24小时后脱模。
实施例5
本发明提供的一种用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂制成的自疏通水泥基透水砖，水泥占20份，粗集料占110份，微生物复合外加剂占7份。按此配比放入搅拌机中搅拌均匀并成型，24小时后脱模。
性能测试
将实施例4、5得到的水泥基透水砖分别成型，并将实施例4、5的配比中微生物复合外加剂更换为等量的水及等比例的减水剂并分别成型，命名为对比例4、5。待试件成型后即用塑料薄膜覆盖表面，置于20±5℃的环境中静置24小时，然后编号，拆模。拆模后立即将试件移入温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的标准养护条件下养护至28d 龄期，然后检测其抗压强度、透水系数、使用6个月后的抗压强度及透水系数、并测定其透水时效。
测定结果见表1：
由表1可知，应用本发明中的微生物复合外加剂所制备的自疏通水泥基透水砖的透水性能和抗压强度优异，使用6个月后透水系数衰减较小，且透水时效明显提高。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂，其特征在于：由混合菌液、营养组分以及辅助组分混合而成，其中，混合菌液是将目标菌株红平红球菌和科氏芽孢杆菌按常规方式接种于基础培养基中培养后收集混合菌株湿细胞而获得，所述混合菌液的浓度为(3～5)×107 cell/mL，营养组分包括有葡萄糖、谷氨酸钠与酵母膏，辅助组分包括有硅灰、减水剂及引气剂，向混合菌液加入营养组分和辅助组分即得复合外加剂，每100mL复合外加剂各组分含量为混合菌液90～94 mL，葡萄糖1.3～2.0 g、谷氨酸钠0.7～2.1 g、酵母膏0.3～0.5 g，硅灰15～20 g、减水剂2.5～3.5 g、引气剂0.15～0.3 g，所述基础培养基由如下重量份的原料制得：牛肉膏5～8 g、蛋白胨8～10 g、碳酸氢钠0.8～0.85 g、氯化钠1.5～1.8 g、琼脂8～12 g、去离子水1000mL，并用1mol/L 的NaOH溶液将其pH值调至9.5～11，所述混合细菌的培养方式为：接种在基础培养基后置于27～35℃的水浴摇床中以100～150rpm的速度振荡培养24～48小时。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂，其特征在于：所述混合菌液的收集方式为：将获取的混合细菌菌液在离心机上以3000～4000rpm的速度离心10～20min后，去除上层清液并用去离子水收集菌株湿细胞。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于制备自疏通水泥基透水砖的微生物复合外加剂制成的自疏通水泥基透水砖，其特征在于：由如下重量份的原料制得：水泥15～20份，粗集料100～120份，微生物复合外加剂5～7份，按此配比放入搅拌机中搅拌均匀并成型，24小时后脱模。
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