CN108277256B - 一种表征微生物自愈合混凝土中细菌生存状况的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种表征微生物自愈合混凝土中细菌生存状况的方法，是将含有矿化细菌的水泥试件于一定龄期时破碎，分成质量相同的两份，一份直接加入培养液中培养，另一份经灭菌后再加培养液中培养；加入氯化钙溶液使沉淀完全析出后经过滤、烘干、研磨后测定得到两份样品中各自的碳酸钙含量，相减所得数值即为相应龄期下该水泥试件中仍存活的矿化细菌经过再培养后能产生的碳酸钙的量。该值的大小可以反映不同龄期时水泥环境下矿化细菌的生存状况。本发明提供的方法可以快速准确地测定水泥环境中细菌的数量和矿化活性。

Description

一种表征微生物自愈合混凝土中细菌生存状况的方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种表征微生物自愈合混凝土中细菌生存状况的方法。
背景技术
混凝土的弹性模量和抗拉强度较低，会产生微裂缝，对其性能产生不利影响。利用微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术可以实现对混凝土裂缝的自修复，由此制作的混凝土称为微生物自愈合混凝土。微生物自愈合混凝土具有广阔的应用前景，但目前存在的瓶颈是混凝土内部恶劣的环境和孔隙的逐渐缩小将导致预埋入的矿化细菌不断死亡，从而在一段时间后混凝土将丧失自愈合能力。
为了研究延长矿化细菌在混凝土中生存时间的问题，必须首先得到该类细菌在水泥环境中的生存状况。然而目前并没有可以直接观测水泥试件中矿化细菌生存状况的设备，常规的研究方法包括通过测定试件的强度指标、裂缝开展后的修复率等方法来间接反映细菌的生存状况，但都操作复杂、耗时较长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种更加快速直观的表征微生物自愈合混凝土中细菌生存状况的方法。
本发明表征微生物自愈合混凝土中细菌生存状况的方法，包括如下步骤：
步骤1：将含有矿化细菌的水泥试件标准养护至相应龄期后物理破碎，获得破碎样品；
步骤2：取两份质量相同的破碎样品，分别记为破碎样品a和破碎样品b，破碎样品a直接加入液体培养基中，破碎样品b先经灭菌后再加入液体培养基中，然后于相同条件下培养24小时，随后分别加入适量2mol/L氯化钙溶液使沉淀完全析出，过滤收集沉淀物并干燥，获得的沉淀物分别记为沉淀物a和沉淀物b；
步骤3：分别测定沉淀物a和沉淀物b中碳酸钙的含量，用沉淀物a中碳酸钙含量减去沉淀物b中碳酸钙的含量，所得值即为相应龄期下该水泥试件中仍存活的矿化细菌经再培养后产生的碳酸钙的量。由于上述过程已经排除了水泥水化产生的碳酸钙的影响，因此该值的大小可以反映相应龄期时水泥环境下矿化细菌的生存状况，包括细菌的数量和矿化活性。
步骤1中，所述矿化细菌为含脲酶细菌，具有可矿化沉积碳酸钙的性能。
步骤1中，所述标准养护是指在温度20±2℃、相对湿度≥95％的条件下养护成型。
步骤2中，所述液体培养基由酪蛋白胨1.5g、大豆蛋白胨0.5g、NaCl0.5g、尿素2g以及蒸馏水100ml混合构成；所述液体培养基的pH＝7。
步骤2中，所述灭菌是于121℃下高压蒸汽灭菌15分钟。
步骤2中，相同条件下培养24小时是指在温度30℃、振荡速率为100转/分钟的振荡培养箱中培养24小时。
步骤2中，加入氯化钙溶液后再于30℃、100转/分钟下振荡培养15分钟以使沉淀完全析出。
步骤2中，所述干燥是于105℃下烘干2小时。
步骤3中，测定沉淀物a和沉淀物b中碳酸钙含量的方法如下：
分别取样进行热重分析测试，得到样品随温度变化的质量损失率曲线；固体粉末中的CaCO3在600-800℃间受热分解，释放CO2气体，使粉末质量减少，因此计算600-800℃的质量减少量即可获得样品中CaCO3含量。
作为一种优选，将沉淀物a和沉淀物b研磨至均匀粉末状再随机取样测定其碳酸钙含量。
本发明的有益效果体现在：
1、常规的通过矿化细菌修复作用后的强度恢复率或是裂缝面积修复率等来表征细菌生存状况的方法耗时很长。与之对比，本发明在操作时间上具有明显优势，正常情况下一组测试可以在48小时内全部完成；
2、与常规的通过强度、修复率等指标来间接反映细菌矿化性能的方法相比，本发明可以直接体现细菌的矿化能力。
附图说明
图1是无载体试件和有载体试件中矿化细菌在不同龄期时的生存状况。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述。
实施例1：
待测样品为无载体的水泥净浆试件，使用P.O 42.5的水泥，按照水灰比为0.5进行拌制后，入4cm×4cm×4cm的立方体模具中标准养护成型(温度20℃±2℃、相对湿度≥95％)。矿化细菌在水泥拌制过程中以离心得到的菌泥形式直接加入，并保证试件中的初始菌浓度为7.8×108cfu/cm3。
待试件的龄期为3天、7天、14天和28天时，分别将对应龄期的试件物理破碎。取试件破碎后得到的样品，将其分为质量相同的两份(各5g)并各自置于锥形瓶中。其中一份样品直接加入100ml液体培养基，另一份样品先经过121℃高压蒸汽灭菌15min后再加100ml成分相同的液体培养基。二者均在温度为30℃，振荡速率为100转/分钟的振荡培养箱中培养24小时后，分别加入适量2mol/L氯化钙溶液使沉淀完全析出。将两个锥形瓶底部的沉积物过滤、洗净、烘干、研磨。通过热重分析的方法，测定这两份沉积物中碳酸钙的含量，分别记作ω1和ω2。ω1-ω2反映了不同龄期时试件中仍存活的矿化细菌经过提取、再培养后将产生的碳酸钙的量。由于此过程中排除了水泥水化产生的碳酸钙的影响，因此ω1-ω2的大小可反映在不同龄期时的试件内仍存活细菌的生存状况，这是一种包括细菌数量和矿化活性的综合指标。
将对应龄期下的ω1-ω2值以曲线的形式表现，所得结果见图1。
实施例2：
待测样品为以陶粒作为细菌载体的试件。使用P.O 42.5的水泥，水灰比为0.5，与每份50克陶粒充分拌匀后，入4cm×4cm×4cm的立方体模具中于标准条件下(温度20℃±2℃、相对湿度≥95％)养护成型。用离心得到的菌泥加少量清水后形成菌液浸泡沸石24小时，干燥处理后在各试件的拌制过程中加入。剩余菌液以代替相同质量拌合用水的方式加入到水泥试件中，从而保证试件中的初始菌浓度仍为7.8×108cfu/cm3。
待试件的龄期为3天、7天、14天和28天时，分别将对应龄期的试件物理破碎。取试件破碎后得到的样品，将其分为质量相同的两份(各5g)并各自置于锥形瓶中。其中一份样品直接加入100ml液体培养基，另一份样品先经过121℃高压蒸汽灭菌15min后再加100ml成分相同的液体培养基。二者均在温度为30℃、振荡速率为100转/分钟的振荡培养箱中培养24小时后，分别加入适量2mol/L氯化钙溶液使沉淀完全析出。将两个锥形瓶底部的沉积物过滤、洗净、烘干、研磨。通过热重分析的方法，测定这两份沉积物中碳酸钙的含量，分别记作ω1和ω2。ω1-ω2反映了不同龄期时试件中仍存活的矿化细菌经过提取、再培养后将产生的碳酸钙的量。由于此过程中排除了水泥水化产生的碳酸钙的影响，因此ω1-ω2的大小可反映在不同龄期时的试件内仍存活细菌的生存状况，这是一种包括细菌数量和活性的综合指标。
将对应龄期下的ω1-ω2值以曲线的形式表现，所得结果见图1。
上述两例中分别测定了有载体和无载体情况下矿化细菌在水泥环境中的生存状况，通过对图1的分析可知：
(1)对于两种试件而言，早期试件中矿化细菌的数量将大幅减少，活性下降。随着龄期的增长，矿化细菌的数量逐渐趋于稳定，但继续小幅下降；
(2)使用载体保护细菌与无载体保护细菌相比，相同龄期时细菌的数量和活性将得到一定程度的提升。对图示曲线趋势进行预测，相比于没有载体保护的情况，矿化细菌由载体保护的话可以存活更长的时间。
以上结论与现有相关研究成果基本一致，且利用强度指标、修复率等其他方法得到的细菌生存状况也与利用本发明测定得到的结果相同。说明本发明可以快速准确地测定微生物自修复混凝土中矿化细菌的生存状况。

Claims (5)

1.一种表征微生物自愈合混凝土中细菌生存状况的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：将含有矿化细菌的水泥试件标准养护至相应龄期后物理破碎，获得破碎样品；
步骤2：取两份质量相同的破碎样品，分别记为破碎样品a和破碎样品b，破碎样品a直接加入液体培养基中，破碎样品b先经灭菌后再加入液体培养基中，然后于相同条件下培养24小时，随后分别加入适量2mol/L氯化钙溶液使沉淀完全析出，过滤收集沉淀物并干燥，获得的沉淀物分别记为沉淀物a和沉淀物b；
步骤3：分别测定沉淀物a和沉淀物b中碳酸钙的含量，用沉淀物a中碳酸钙含量减去沉淀物b中碳酸钙的含量，所得值即为相应龄期下该水泥试件中仍存活的矿化细菌经再培养后产生的碳酸钙的量，以该值的大小反映相应龄期时水泥环境下矿化细菌的生存状况；
步骤1中，所述矿化细菌为含脲酶细菌；
步骤1中，所述标准养护是指在温度20±2℃、相对湿度≥95%的条件下养护成型；
步骤2中，所述液体培养基由酪蛋白胨1.5g、大豆蛋白胨0.5g、NaCl0.5g、尿素2g以及蒸馏水100ml混合构成；所述液体培养基的pH=7；
步骤2中，相同条件下培养24小时是指在温度30℃、振荡速率为100转/分钟的振荡培养箱中培养24小时；
步骤2中，加入氯化钙溶液后再于30℃、100转/分钟下振荡培养15分钟以使沉淀完全析出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤2中，所述灭菌是于121℃下高压蒸汽灭菌15分钟。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤2中，所述干燥是于105℃下烘干2小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤3中，测定沉淀物a和沉淀物b中碳酸钙含量的方法如下：
分别取样进行热重分析测试，得到样品随温度变化的质量损失率曲线；固体粉末中的CaCO3在600-800℃间受热分解，释放CO2气体，使粉末质量减少，因此计算600-800℃的质量减少量即可获得样品中CaCO3含量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
将沉淀物a和沉淀物b研磨至均匀粉末状再随机取样测定其碳酸钙含量。
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