CN108947380A - 使用多孔材料固定化菌剂和近中性粘结剂用于细菌粘液基涂覆材料的制造方法 - Google Patents

使用多孔材料固定化菌剂和近中性粘结剂用于细菌粘液基涂覆材料的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了使用多孔材料固定化菌剂和近中性粘结剂用于细菌粘液基涂覆材料的制造方法。本文可以提供考虑到混凝土耐化学性的最佳的形成粘液的细菌和最佳的粘液形成条件，并且当混合现有的混凝土时可以提供用于细菌自养型生存环境的最佳吸附方法，而不是简单地置入细菌。而且，考虑到细菌的生长环境，可以提供具有pH 8至pH 10水平的最佳粘合剂的应用技术，并且与用于放置细菌的相关的现有技术相比，可以提供经济的并能够容易且充分吸附大量细菌的方法。此外，考虑到关于混凝土污水管的化学腐蚀的机理和形成粘液的细菌的耐硫酸盐机理，可以提供用于改进混凝土的耐化学性和耐久性的新概念性涂覆材料技术。

Description

使用多孔材料固定化菌剂和近中性粘结剂用于细菌粘液基涂 覆材料的制造方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土保护材料技术，并且更具体而言，涉及一种细菌粘液基混凝土保护涂覆材料。
背景技术
本发明源自通过建设和交通部(ministry of Construction andTransportation)的建设技术研究项目的研究资助的支持的研究。
[项目唯一编号：16SCIP-B103706-02，研究项目名称：自愈绿色混凝土技术开发]
暴露于腐蚀性环境如废水和粪便和牲畜废水的混凝土由于各种退化现象和化学腐蚀而导致结构可用性和安全性问题，则具有寿命约为20年至小于30年(Kim，Jong-pil，2005)。因此，在发达国家，制订了混凝土耐久性设计的相关标准和规范，并且建立且应用了系统性系统(ACI 318-11，2011；ACI 201.2R-08，2008；BS EN 7543，2003)。在美国在ACI318-11(2011)标准的情况下，混凝土的耐久性设计被视为结构设计的部分，并且ACI201.2R-08(2008)提出了当混凝土受到冰冻和融化，化学腐蚀，磨损和碱团聚反应影响时的破坏机理和相应的措施。BS EN 7543(2003)提供了关于预测结构的耐久性，目标耐用性，设计耐久性等所需准则的原理图。同时，国际标准化组织ISO(2004)一直在研究由基于TC71/SC7的化学腐蚀引起的混凝土的劣化所致的修补和加固，但目前还没有建立标准。在韩国，“混凝土标准规范-耐久性(Concrete Standard Specification-Durability)”已于2004年在建设和交通部和韩国混凝土研究所的监督下建立。像这样，对于增加耐久年限的增加，预计在结合各种政策和的社会要求的建筑行业中，涂覆材料在暴露于腐蚀环境的混凝土的维护方面的应用会显著增加(Kim，Sung-soo，2013)。
由于海水盐化和土壤中硫酸的化学腐蚀，混凝土涂覆材料的使用迅速增加。已知由硫酸盐引起的混凝土耐久性的劣化大于其他化学腐蚀引起的混凝土的耐久性劣化(Al-Amoudi，2002)。因此，通常使用对水具有高渗透性的环氧树脂，聚氨酯，丙烯酸等有机涂覆材料控制混凝土的腐蚀(Cheon，Byung-sik，2004)。然而，在混凝土和涂覆材料的粘合表面上形成的涂覆膜难以蒸发存在于混凝土内部的水分，导致涂覆膜分离现象。此外，在冬季施工时，在涂覆膜界面上形成的水分被冷冻而在界面上产生膨胀压力(Kim，Sung-soo，2003)。因此，会发生混凝土的裂缝和变形，并且耐久年增加的效率显著降低。另外，有机涂覆材料含有大量环境污染物和有害物质，要严格规范全球使用的原料和生产工艺方法。因此，不含重金属和挥发性有机化合物(VOC)的生态友好涂覆材料已经在诸如欧洲的发达国家开发和商业化(Bazant et al.，1994)。另一方面，超过约60％的国内油漆(涂覆材料)行业依赖外国技术(韩国科技信息研究所(Korea Institute of Science and TechnologyInformation)(KISTI))。因此，需要国内技术开发满足技术和环境要求的新型环保涂覆材料。另外，为了摆脱国内建筑行业的低科技形象，需要一种移植先进技术(生物/纳米/生态(Bio/Nano/Eco))的建材技术新概念。
最近，为了保持混凝土结构的目标性能和耐久性寿命，进行了诸如混凝土表面涂层，裂缝修复和使用碳酸钙形成微生物的自愈混凝土等新技术的研究(Achal，2009；DeMuynck，2008；Kim，Hwa-jung，2010)。然而，使用微生物的混凝土还处于原始技术的开发阶段，并且大多数定性评价都是基于图像分析的。此外，大多数使用微生物的混凝土研究都着重于使用基于芽孢杆菌的微生物的裂纹处理，并且没有对涂覆材料进行研究。具体而言，微生物的粘膜可以改进混凝土结构的耐腐蚀性，同时解决现有涂覆材料的缺点。然而，大多数研究主要集中于关于裂纹愈合的研究，通过使用微生物的生物矿化的耐久性改善和自愈合混凝土的研究，以及使用能够净化水的微生物的研究。
然而，在现有研究中，主要研究了能够持续保持目标性能和寿命的自愈混凝土和净化水混凝土的使用细菌的生态友好型混凝土，但很少有细菌元素技术和与基于形成粘液的细菌的涂覆材料相关的国内外国专利和类似研究。
发明内容
本发明提供使用粘液(糖萼(glycocalyx)膜)细菌作为基础技术的涂覆材料，其中细菌和混凝土技术相互结合，并基于上述技术评价细菌粘液基涂覆材料相对于耐硫酸行为的效果。为此，本发明的目的是选择能够形成粘液的最佳细菌，提供用于产生粘液的细菌的培养及最佳培养基条件，提供用于固定形成粘液的细菌的最佳吸附剂，以及建立细菌粘液基涂覆材料技术。
本发明的一个实施方式提供了一种涂覆材料，包括吸附有形成粘液的细菌的吸附剂和粘合剂。
本发明的另一个实施方式提供了一种用于制备涂覆材料的方法，该方法包括：培养形成粘液的细菌以形成粘液；通过使用用于固定形成粘液的细菌的吸附剂吸附形成粘液的细菌；并将吸附细菌的吸附剂与粘合剂混合。
附图说明
根据结合附图的以下描述能够更详细地理解示例性实施方式，其中：
图1是示出了在荚膜红细菌，生芽红细菌，类球红细菌，沼泽红假单胞菌和胶状红长命菌中细胞周围形成粘液(糖萼)膜的状态的照片，
图2是示出了硫酸对混凝土的性能劣化机理的示意图，
图3是形成粘液的细菌基涂覆材料机理的示意图和涂覆材料内微结构的SEM分析照片，
图4是示出了根据本发明的实施方式的用于吸附细菌的吸附垫a和浸渍吸附垫的培养溶液容器b的实例的示意图，
图5是示出了根据本发明的实施方式在七天后发生改变的培养的细菌的外观的照片，
图6是示出了根据本发明的实施方式的培养的荚膜红细菌的粘液膜的形状和结构的显微照片，
图7是示出了根据本发明的实施方式的每个培养基中的粘膜冻干状态的照片，
图8是示出了根据本发明的实施方式的荚膜红细菌和粘液生成量的图，
图9是示出了根据本发明的实施方式的荚膜红细菌和粘液的组分比率的图，
图10是示出了根据本发明的实施方式的高吸附性树脂的表面结构的照片，
图11是示出了根据本发明的实施方式的高度多孔树脂的表面结构的照片，
图12是示出了根据本发明的实施方式的膨胀蛭石的表面结构的照片，
图13是示出了根据本发明的实施方式的膨胀蛭石的表面结构的照片，
图14和图15是示出了根据本发明的实施方式的每种吸附剂相对于荚膜红细菌的表面组织的观察结果的照片，
图16是示出了根据本发明的实施方式的红粘土类粘合剂的X-射线衍射分析(XRD)结果的图，
图17是用于解释说明本发明的实验实施例1中用于测定浸渍于约5％的硫酸溶液中的混凝土中的硫酸渗透深度的方法的示意图和照片，
图18和图19是示出了本发明的实验实施例1中根据细菌是否混入涂覆材料和一种培养基中的X射线衍射分析(XRD)图的图，
图20和图21是示出了本发明的实验实施例1中根据细菌是否混入涂覆材料和培养基种类中的内部微观结构的照片，
图22和图23是示出了对于本发明的实验实施例1中第一组硫酸浸渍后的各浸渍时间的测试样品的外观的照片，
图24是示出了观察本发明的实验实施例1中硫酸渗透进入第一组中的深度所获得的结果的照片，
图25和图26是示出了通过分析从本发明的实验实施例1中第一组的混凝土表面收集的样品的反应产物的主要衍射峰而获得的结果的图，
图27至图29是示出了分析从本发明的实验例1中的第一组的混凝土表面收集的试样的组织结构和化学成分要素得到的结果的照片，
图30是示出了对于本发明的实验实施例1中第一组的各硫酸浸渍时间的重量变化的图，
图31是示出了对于本发明的实验实施例1中的第一组的各硫酸浸渍时间抗压强度劣化的图，
图32和图33是示出了本发明的实验实施例1中第一组的硫酸浸渍后约28天时测试样品的中心部分的动态弹性模量和测试样品的表面的动态弹性模量的劣化的图，
图34和图35是示出了对于本发明的实验实施例1中的第二组的硫酸浸渍后的每个浸渍时间的测试样品的外观的照片，
图36是示出了通过观察本发明的实验实施例1中硫酸渗透进入第二组的深度获得的结果的照片，
图37和38是示出了通过分析从本发明的实验实施例1中的第二组的混凝土表面收集的样品的反应产物的主要衍射峰获得的结果的图，
图39和图40是示出了通过分析从本发明的实验实施例1中的第二组的混凝土表面收集的样品的组织结构和化学组成元素获得的结果的照片，
图41是示出了对于本发明的实验实施例1中的第二组的各硫酸浸渍时间的重量变化的图，
图42是示出了对于本发明的实验实施例1中的第二组的各硫酸浸渍时间的抗压强度劣化的图，
图43和图44是示出了本发明的实验实施例1中的第二组的硫酸浸渍后第28天时测试样品的中心部分的动态弹性模量和测试样品的表面的动态弹性模量的劣化的图，
图45和图46是示出了本发明的实验实施例1中的第三组的硫酸浸渍后的每个浸渍时间的测试样品的外观的照片，
图47是示出了通过观察本发明的实验实施例1中硫酸渗透进入第三组的深度获得的结果的照片，
图48和图49是示出了通过分析从本发明的实验实施例1中的第二组的混凝土表面收集的样品的主要衍射峰获得的结果的图，
图50和图51是示出了通过分析从本发明的实验实施例1中的第三组的混凝土表面收集的样品的组织结构和化学组成元素获得的结果的照片，
图52是示出了对于本发明的实验实施例1中的第三组的各硫酸浸渍时间的重量变化的图，
图53是示出了对于本发明的实验实施例1中的第三组的各硫酸浸渍时间的耐压强度劣化的图，
图54和图55是示出了本发明的实验实施例1中的第三组的硫酸浸渍后约28天时测试样品的中心部分的动态弹性模量和测试样品的表面的动态弹性模量的劣化的图，
图56是示出了与现有技术相比对于本发明的实验实施例1中的硫酸浸渍后的各浸渍时间的测试样品的外观的照片，
图57是示出了与现有技术相比对于本发明的实验实施例1中的各硫酸浸渍时间的重量变化的图。
图58是示出了与现有技术相比对于本发明的实验实施例1中的各硫酸浸渍时间的耐压强度的劣化的图，
图59和图60是示出了与现有技术相比本发明的实验实施例1中的硫酸浸渍后约28天时的测试样品的中心部分的动态弹性模量和测试样品的表面的动态弹性模量的劣化的图，
图61是示出了本发明的实验实施例2中的硫酸浸渍后的各浸渍时间的测试样品的外观的照片，
图62是示出了根据本发明的实验实施例2中的浸渍时间的测试样品的抗压强度的变化的图，
图63是示出了根据本发明的实验实施例2中的浸渍时间的测试样品的质量变化的图，
图64是示出了在本发明的实验实施例2中浸渍到约5％的硫酸中之后约28天时通过分析微结构以评价细菌的吸附获得的结果的照片，
图65是示出了根据本发明的实验实施例3中的浸渍时间的测试样品的质量变化的图，
图66是示出了根据本发明的实验实施例3中的浸渍时间的测试样品的抗压强度变化的图，
图67是示出了通过将本发明的实验实施例4中的培养基中浸渍约7天后收集的涂覆材料表面上形成的样品再次接种(传代培养)而确认菌落形成而获得的结果的照片，
图68是示出了通过测定根据本发明的实验实施例4中氧化镁-磷酸盐复合物的测试样品的抗压强度和pH值的结果的图，
图69是示出了根据本发明的实验实施例4中的磷酸盐种类通过测定抗压强度和pH获得的的结果的图。
具体实施方式
接下来，将参照示例性实施方式详细描述本发明。本说明书和权利要求书中使用的术语不限于其词典含义，而是仅用于使之能够清楚和一致地理解本发明。因此，本领域技术人员应该明晰的是，所提供的本发明的实施方式的以下描述仅用于说明目的，而不是为了限制由所附权利要求及其等同物限定的本发明的目的。因此，本文中描述的实施方式和附图仅仅是示例性的而不是穷尽列举的，并应当理解的是，可以作出各种修改和等同物代替这些实施方式。
本发明公开了一种包括用于吸附形成粘液的细菌的吸附剂和粘合剂的涂覆材料。涂覆材料通过包括培养形成粘液的细菌以形成粘液的步骤，通过使用用于固定形成粘液的细菌的吸附剂吸附形成粘液的细菌的步骤，以及将吸附细菌的吸附剂与粘合剂混合的步骤而制备。
适用于本发明的细菌没有特别限制，只要细菌能够形成粘液。例如，细菌可以包括荚膜红细菌(Rhodobacter capsulatus)、生芽红细菌(Rhodobacter blasticus)、类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides)、沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)、胶状红长命菌(Rubrivivax gelatinosus)、紫色硫细菌(purple sulfur bacteria)、绿色硫细菌(green sulfur bacteria)、沼泽红假单胞菌、苏云金芽孢杆菌(Bacillusthuringiensis)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)等(上述材料保存于韩国国家微生物研究资源中心(Korea National Microorganisms Research Resource Center))。荚膜红细菌可以在好氧和厌氧条件下生长。Jung，Jung-hwa(2010)已经使用荚膜红细菌以在污水和废水处理设施中的去除氮和磷。
图1示出了荚膜红细菌，生芽红细菌，类球红细菌，沼泽红假单胞菌和胶状红长命菌的这些细菌中围绕细胞形成的粘液(糖萼(glycocalyx))膜的状态。
根据本发明的涂覆材料可以用于防止混凝土结构的表面被化学腐蚀。在下文中，以由硫酸所致的混凝土性能劣化的机理和粘液细菌基涂覆材料机理作为实施例进行说明。
图2是示出了由硫酸所致的混凝土性能劣化机理的示意图。
参考图2，暴露于硫酸环境的混凝土的腐蚀步骤可以大致分为三个步骤。在第一步骤中，污水和废水中含有的有机化合物的硫酸根离子(SO4 2-)通过硫酸盐还原菌(SRB)生成硫化氢。也就是说，硫酸根离子可以被硫氧化细菌氧化而生成硫酸(H2SO4)(参见以下的反应式1)。在第二步骤中，所生成的硫酸可以与作为水泥组分的氢氧化钙(Ca(OH)2)反应而生成二水合石膏(CaSO4·2H2O)(参见以下的反应式2)。在第三步骤中，生成的二水石膏可以与铝酸三钙(C3A)反应而生成钙矾石(参见下面的反应式3)。如前文描述，通过与混凝土的水合物反应产生的钙矾石和石膏可以引起混凝土的膨胀和软化作用，导致组织结构的破坏和破裂。
[反应式1]
H2S+2O2→H2SO4
[反应式2]
Ca(OH)2+H2SO4→CaSO4·2H2O
[反应式3]
CaSO4+3CaO3Al2O3+26H2O→CaO3Al2O3·3CaSO4·32H2O
图3是形成粘液的细菌基的涂覆材料机理的示意图和涂覆材料内的微观结构的SEM分析照片。
参考图3，形成粘液的细菌(荚膜红细菌)通过代谢活动在细胞周围形成粘液(糖萼)。因此，离子交换表面可以扩大体积以表现出菌落和微生物群的形式。细菌的特性会从周围环境吸引各种含钙离子(溶解在水中的硅、镁、钙等)。在涂覆材料中形成的二氧化硅组分(SiO2)和少量碳酸钙(CaCO3)可以是通过将无机材料偶联到有机材料而合成的矿物质。这可能并不意味着纯粹化学概念的沉淀反应，而是伴随微生物代谢作用的生化概念的沉淀反应(Kim，2009)。涂覆材料的内部组织可以通过如前文描述形成的粘液膜而致密化，并且水渗透性变差，从而防止了引入诸如硫酸盐的有害物质。虽然硫酸盐会引入涂覆材料中，但在涂覆材料中形成的诸如二氧化硅组分(SiO2)的有机-无机矿物质可以将精细颗粒填充到内部孔中。因此，随着浸渍时间的增加，内部组织可以通过火山灰反应(pozzolanicreaction)变得更加致密，并且改进了耐久性能。因此，能够确定的是，细菌和培养基(酶)的物种特异性决定了矿物晶体中的特性，从而给出了物种特异性和培养基(酶)对涂覆材料的耐久性和密度的改善的影响。
这些细菌中的紫色硫细菌和绿色硫细菌可以通过使用硫化氢作为电子供体在厌氧或兼性厌氧条件下溶解硫化氢，并且因此可以更有利地采用。荚膜红细菌可以是用于去除污水和废水处理设施中的氮和磷的细菌，并且因此还可以给粘液细菌基涂覆材料提供自净化功能。
本发明基于通过研究在根据每种细菌的特性培养细菌时，为细菌产生最佳培养环境的特异性培养基产物而获得的结果，提供最佳的培养基产物和培养条件。
具体而言地，荚膜红细菌，生芽红细菌，类球红细菌，沼泽红假单胞菌，胶状红长命菌，紫色硫细菌和绿色硫细菌可以在相对于约5pH至约9pH的条件下的约1升纯净水，含有约0.1g至约5g的酵母提取物，约1g至约50g六水合琥珀酸二钠，约0.1mL至约5mL无水乙醇，约0.1mL至约5mL柠檬酸铁溶液，约0.1g至约5g磷酸二氢钾(KH2PO4)，约0.1g至约5g七水合硫酸镁(MgSO4·7H2O)，约0.1g至约5g氯化钠(NaCl)，约0.1g至约5g氯化铵(NH4Cl)和约0.01g至约0.5g二水合氯化钙(CaCl2·2H2O)的培养基中培养，更优选可以在相对于在约6pH至约8pH的条件下的约1L纯净水，含有约0.5g至约2g酵母提取物，5g至约20g六水合琥珀酸二钠，约0.2mL至约1mL无水乙醇，约0.5mL至约2mL柠檬酸铁溶液，约0.2g至约1g磷酸二氢钾(KH2PO4)，约0.2g至约1g七水合硫酸镁(MgSO4·7H2O)，约0.2g至约1g氯化钠(NaCl)，约0.2g至约1g氯化铵(NH4Cl)和约0.02g至约0.1g二水合氯化钙(CaCl2·2H2O)的培养基中培养。
同时，苏云金芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌可以在相对于在约4pH至约10pH的条件下的约1L纯净水，含有约1g至约10g的动物组织的胃消化物，约0.5g至约3g的酵母提取物，约1g至约10g的氯化钠，和约0.5g至约3g的牛肉提取物的培养基中培养，更优选可以在相对于在约6pH至约8pH的条件下的约1L纯净水，含有约3g至约7g的动物组织的胃消化物，约1g至约2g的酵母提取物，约3g至约7g的氯化钠，和约1g至约2g的牛肉提取物的培养基中培养。
本文中，相对于培养基的重量，可以以约0.1％至约1％的比率使用麦芽糖，葡萄糖或果糖以作为用于培养基的碳源。当考虑到细菌的生长速率和粘液产生量时，麦芽糖可以以约0.2％至约0.5％的比率使用。
具有优异的多孔阳离子交换能力的材料可以用作用于吸附形成粘液的细菌的材料。例如，可以使用高吸水性树脂，高度多孔树脂，膨胀蛭石，珍珠岩，硅藻土等。
当细菌用于混凝土制造环境时，如果细菌被简单地使用，则细菌可能会缓慢生长或灭绝，因为在混凝土固化后不存在水分。根据本发明，为了创造细菌能够在固化的混凝土中生长的环境，由于具有许多孔的多孔结构(以体积计约40％或更高的有效水分比率和约50％或更高的孔隙率)，具有优异的吸水性和保湿能力的材料可以用于吸附细菌。
本发明中公开的细菌吸附材料具有其中有机材料通过存在于材料表面上的可交换阳离子(Mg2+，Ca2+等)吸附而吸附细菌和细菌生长所需的有机复合营养物(培养基组分)的性质。此外，细菌吸附材料具有约6至约9的pH，并且因此可以是为细菌生长创造最佳环境的最理想材料。
通过使用吸附剂，可以使用浸渍法吸附细菌。在这种情况下，在对于细菌的最佳吸附效率的浸渍条件下，在吸附到吸附剂期间使用的形成粘液的细菌的混合比率，相对于细菌培养溶液的重量可以为约50倍至约200倍，当吸附剂由高吸水性树脂或高度多孔树脂制成时更优选为约100倍至约150倍，而当吸附剂由膨胀的蛭石、珍珠岩或硅藻土制成时相对于细菌培养溶液的重量也可以为约5倍至约20倍，更优选为约10倍至约15倍。此外，在吸附剂浸入细菌培养溶液后，吸附剂可以在约40％至约80％的湿度和约5℃至约40℃的温度的条件下储存约1天至约10天，更优选在约50％至约70％的湿度和约10℃至约30℃的温度的条件下储存约2天至约5天。
吸附剂具有约1.0或更低的比重，并且在浸入培养溶液中时漂浮。因此，本发明可以考虑有效吸附细菌的方法。图4示出了吸附细菌的吸附垫a和浸渍吸附垫的培养溶液容器b的实例。
参考图4，吸附剂可以通过切换式夹子110放入和卸下。当使用多个吸附垫120时，吸附垫120可以通过使用连接钢杆130彼此连接。而且，配重140连接到最下面的吸附垫120，使得吸附垫120浮起，同时保持彼此隔开预定的距离。此外，图4示出了螺旋打开式盖150，螺旋式开口160和环形销170，其防止吸附垫120被其他细菌污染。
通过使用诸如铝的钢材料就可以制造诸如膨胀蛭石的吸附剂能够插入的筛网型吸附垫。本文中，筛网可以具有通过考虑要使用的吸附剂的粒度而确定的尺寸。考虑到要使用的吸附剂和细菌的种类，筛网网眼可以具有约100μm至约5mm的尺寸，而筛网型吸附垫可以具有约0.5mm至约50mm的厚度。优选筛网网眼可以具有约300μm至约3mm的尺寸，并且筛网型吸附垫可以具有约1mm至约30mm的厚度，更优选筛网网眼可以具有约500μm至约1mm的尺寸，并且筛网型吸附垫可以具有约2mm至约10mm的厚度。
筛网型吸附垫可以具有根据培养溶液容器的直径而变化的长度和宽度。切换式夹子安装于筛网型吸附垫上以允许吸附剂自由地放入筛网型吸附垫中和从其中卸下，并且环型销安装于筛网型吸附垫上而固定筛网型吸附垫。筛网型吸附垫通过使用诸如铝的钢棒相互连接。此外，用于防止筛网型吸附垫浮起的配重安装于筛网型吸附垫的最下层。用于设计浸渍深度的配重的重量通过下面的数学式1确定。
[数学式1]
在数学式1中，d表示吸附垫的浸渍深度，WL表示活载荷，WS表示静载荷，L和B分别表示吸附垫的长度和宽度，而γw表示培养溶液每单位体积的重量。在设定目标浸渍深度d的因素中，静载荷WS可以根据吸附垫的体积和比重而变化。因此，活载荷WL可以通过使用配重进行灵活变化以确保目标浸渍深度。
如前文的描述，使用吸附剂的细菌吸附可以通过在将吸附剂放入筛网型吸附垫120中之后将吸附垫120漂浮于细菌培养溶液中而进行实施。因此，放入吸附垫120中的吸附剂可以漂浮于培养溶液的中心深度而均匀地吸附细菌和有机复合营养物(培养基组分)。
在通过使用吸附剂吸附细菌后，可以将吸附有细菌的吸附剂与粘合剂混合而制备最终的涂覆材料。
红粘土基粘合剂、α半水石膏、高炉矿渣、飞灰、普通硅酸盐水泥或氧化镁-磷酸盐粘合剂都可以用作粘合剂，考虑到关于混凝土污水管化学腐蚀的机理和形成粘液的细菌的耐硫酸盐的机理，优选将红粘土基粘合剂、α半水石膏用作粘合剂，并且考虑到细菌的持续生长，更优选将氧化镁-磷酸盐粘合剂用作粘合剂。
氧化镁-磷酸盐粘合剂具有的一种性质是氧化镁(MgO)和磷酸根(PO4-)彼此反应以形成氧化镁-磷酸盐复合物，并且然后，固化形成的氧化镁-磷酸盐复合物。氧化镁-磷酸盐复合材物的pH和强度发展性能可以主要受到氧化镁和磷酸盐的混合比率的影响。同时，大体积混合混凝土(约10％至约20％的水泥)可以期望长期降低pH值并产生所需的抗压强度(粘结强度)。因此，可以保持用于细菌连续生长的合理pH(约8pH至约10pH)，并且对于确保合理粘合强度而作为粘合剂的氧化镁-磷酸盐复合物可以用作涂覆材料的主要粘合剂。
由于涂覆材料的效率和粘结强度是通过细菌的混合和生长率以及粘合剂的强度和量决定的，因此吸附剂、粘合剂和细骨料(如果需要)的混合比率可以是决定涂覆材料性能的重要因素。具体而言，由于粘合剂的固化时间是污水管道的涂层结构中最重要的性能之一，因此必须控制固化时间。因此，涂覆材料组分相对于所需性能(流动，抗压强度，耐硫酸性等)的混合设计将是非常重要的。
在本文中，吸附细菌的吸附剂和粘合剂彼此混合，当粘合剂是红粘土基粘合剂时，粘合剂的用量可以是吸附细菌的吸附剂重量的约0.5倍至约3倍，更优选约1倍至约1.5倍。当粘合剂是α半水石膏、高炉矿渣、飞灰、普通硅酸盐水泥或氧化镁-磷酸盐粘合剂时，粘合剂的用量可以是吸附细菌的吸附剂的重量的约0.5倍至约3倍，更优选约为1.5倍至约2.5倍。
通过测定吸附细菌的吸附剂和粘合剂以充分将吸附剂与粘合剂在混合容器中混合的最终制备的涂覆材料，可以施加到暴露于化学腐蚀的混凝土结构的表面而防止混凝土结构被化学腐蚀。本文中，在长期的经济性以及性能实施方面中，施加的厚度可以为约0.5mm至约10mm，优选为约2mm至约4mm。
下文中，将会对本发明的实施方式进行更详细的说明。
粘液细菌
在这个实施方式中，使用了保存于韩国国家微生物研究资源中心(KoreaNational Microorganisms Research Resource Center)的荚膜红细菌(Rhodobactercapsulatus)，沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)，苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)作为形成粘液的细菌。
表1示出了用于培养荚膜红细菌和沼泽红假单胞菌的基本培养基，且表2示出了用于培养苏云金芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的基本培养基。
【表1】
【表2】
组成
动物组织的胃液消化 5g
酵母提取物 1.5g
氯化钠 5g
牛肉提取物 1.5g
蒸馏水 1L
在荚膜红细菌的情况下，相对于培养基的重量，将基于培养基的碳源(葡萄糖，麦芽糖和果糖)的每种均放入约0.3％，并且随后将pH调节至约6.8。然后，根据每种碳源接种约0.1％(v/v)的荚膜红细菌，并进行培养。接种的细菌通过使用培养箱在约30℃的温度下培养约7天，并在厌氧条件下照射约2,000lux。图5示出了在约7天后接种的细菌的变化状态。本文中，通过肉眼观察培养基的颜色变化，以确认培养状态。
通过显微镜观察培养的荚膜红细菌的粘液膜的形状和结构。为了将粘液膜与荚膜红细菌的细胞区分开，通过Maneval染色法对荚膜红细菌进行染色。图6示出了通过显微镜观察到的结果。本文中，染成粉红色的部分是荚膜红细菌的细胞，而细胞周围的白色部分是糖萼膜。
为了根据培养基评价细菌的生长速度和粘液产生，实施了以下实验。将通过离心培养的荚膜红细菌约30分钟获得的上清液以1:1(v/v)与乙醇的比率放入，并在约4℃的温度下沉积约12小时以分离粘液膜。
图7是示出了根据各培养基将粘液膜冻干的状态的照片，图8是示出了荚膜红细菌和粘液生成的图，而图9是示出了荚膜红细菌的粘液组分的比率。
根据实验结果，可以看出，如图8所示，荚膜红细菌以约0.89g/L的生长速度在麦芽糖中快速生长。此外，在麦芽糖中培养的荚膜红细菌的粘液大量产生至0.25g/L。具体而言，如图9中所示，在麦芽糖中培养的荚膜红细菌每一个细胞会产生最大量的粘液。然而，尽管在果糖中培养的荚膜红细菌以约0.3g/L的量的最低生长速率产生，但每个细胞的粘液产生量却与葡萄糖中培养的荚膜红细菌的产生量相似为约21％。
粘液细菌基吸附剂
为了固定形成粘液的细菌和吸附有机复合营养物(培养基)，首先评价具有优良吸附性能的每种吸附剂的特性。在这个实施方式中，评价了四种吸附剂，即，TPY CO,.LTD.(华城市，韩国)的高吸水性树脂(水凝胶)，TPY CO,.LTD.(华城市，韩国)的高度多孔树脂(水凝胶)，Yu Hwa M.S.Co.,Ltd(仁川，韩国)的膨胀蛭石和YU HWA M.S.CO.,LTD(仁川，韩国)的珍珠岩。通常而言，细菌的吸附受材料的表面组织、比表面积和表面疏水性的影响(pederesn，1990；Kidda et al，1992)。因此，在这个实施方式中，评价了吸附细菌前的每种吸附剂的表面结构和比表面积。使用扫描电子显微镜(SEM)观察表面结构。此外，通过使用BET(Brunauer，Emmett，Teller)评价比表面积。
首先，高吸水性树脂可以是通过交联亲水性聚合物如羧基(COO-)而制成的3D网状结构(Hwang，Jun-seok，2008)。高吸水性树脂具有其中吸水性树脂由于亲水性而吸收和膨胀自重几百倍的水的性质。然而，高吸水性树脂具有其中由于交联结构而使高吸水性树脂不被水溶解的性质(Park，Sang-bum，1994)。如图10所示，高吸水性树脂的表面结构可以具有即使不存在表面孔，也可以将作为几百微米或更大尺寸的每个孔以蜂窝形式提供的形状。因此，高吸水性树脂可以吸收和吸附水并通过其内部扩散而膨胀(Hwang，Jun-seok，(2008))。高吸水性树脂的比表面积经测定为约0.11m2/g。
接着，通过高吸水性树脂(水凝胶)的粉碎可以使高度多孔树脂在其表面上具有各种尺寸的孔，并且通过毛细现象快速吸收和吸附水并迅速膨胀。具体而言，如图11所示，高度多孔树脂具有的多孔结构，其中孔彼此连接。高度多孔树脂的比表面积经过测定为约3.54m2/g。
接下来，如图12中所示，膨胀蛭石具有其中在各个层之间形成的梳状层的表面结构。表面结构可以是通过在约900℃至1000℃的温度下膨胀蛭石而将水分变为蒸汽而形成的结构(Song，Jae-hong，2009)。膨胀蛭石的物理特性和化学组成如下表3中所示。
【表3】
接着，当将珍珠岩的粗石粉碎至约8筛目至约12筛目的尺寸并在约1000℃或更高的温度下加热时，珍珠岩中所含的挥发性组分可以在软化的颗粒中变化并膨胀而形成内部孔。如图13所示，珍珠岩的表面结构具有其中表面被玻璃质膜包围的形状。珍珠岩的化学组成和物理特性在以下表4和5中示出。
【表4】
SiO2 Al2O3 K2O Na2O Fe2O3 CaO MgO
70～75 12～16 1～4 2.5～5 0.15～1.5 0.1～2 0.2～0.5
【表5】
颜色 比重 比表面积 孔率 热导率 pH 细度模量
浅灰 0.15 1.47 90 0.03～0.05 6.5～7.5 2.94
为了固定粘液基细菌，将每种吸附剂浸渍于荚膜红细菌，沼泽红假单胞菌，苏云金芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌中，培养约24小时以吸附细菌。具体而言，参照图4，将制备的细菌培养溶液注入培养溶液容器中，将定量的吸附剂放入吸附垫中(筛网网眼尺寸约700×700μm，垫厚度约5mm，连接五级)，然后浸入并漂浮于培养溶液容器中。然后，盖上盖子以在约60％的湿度和约20℃的温度的条件下储存容器约72小时。此后，通过切换式夹子从培养溶液容器中取出收集有吸附了细菌的吸附剂的吸附垫。
本文中，当制备吸附细菌的吸附剂时，在约10kg(2个配重，每个重量为5kg)的活载荷WL，约10kg(5个吸附垫，每个重量约2kg)的静载荷WS，吸附垫尺寸(L×B＝0.3m×0.3m)和约1,000kg/m3的培养溶液的单位体积重量(γw)的条件下，将吸附垫的平均浸渍深度d确定为约0.22m。
为了评加作为吸附细菌的吸附剂吸附荚膜红细菌，沼泽红假单胞菌，苏云金芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的吸附剂的吸附性能，使用扫描电子显微镜(SEM)的分析结果如图3(使用膨胀的蛭石)和图4(使用高吸水性树脂)中所示，并观察内部和表面结构的形状。图3举例说明了作为比较的当不使用微生物时获得的结果。如图3和图4中所示，可以看出细菌表现出良好的吸附状态(参见圆形部分)。
此外，为了评价相对于荚膜红细菌的细菌吸附，通过具有约1,000至约10,000倍放大倍数的扫描电子显微镜(SEM)观察用于每种吸附剂的表面组织，并且观察结果如图14和15中所示，根据实验结果，可以看出，形成粘液的荚膜红细菌吸附于所有的吸附剂上。在高度多孔树脂中，观察到以组群形式的荚膜红细菌。此外，这与膨胀蛭石的情况相似。
基于吸附细菌的材料的涂覆材料
如前文的描述，能够形成粘液的细菌荚膜红细菌通过使用麦芽糖和葡萄糖培养约7天，其选择为通过评价粘液产生和生长的光学培养基条件，并且通过使用具有优异表面组成和比表面积的高度多孔树脂浸渍并吸附培养的荚膜红细菌约24小时，且由此进行固定。然后，使用吸附荚膜红细菌而形成粘液的高度多孔性树脂和红粘土基粘结剂制备涂覆材料。
作为粘合剂用于制备粘液细菌基涂覆材料的G.FRIEND CO.,LTD.(堤川市，韩国)的红粘土基粘合剂被用作红粘土基粘合剂。使用的红粘土基粘合剂的化学组成(X射线荧光分析仪：XFR)和X射线衍射分析(XRD)的结果如下表6和图16所示。使用的红粘土基粘合剂在约850℃的温度下烧结，通过化学组成和X射线衍射分析而观察到的主要组分由SiO2和C3A(Al2O3)构成。此外，在约20℃或更低和约55℃或更高的温度下显示出具有非典型结晶相的非典型峰。粉末的比重和细度分别为2.8和3200cm2/g。
【表6】
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO NgO K2O Na2O LOI
40 32.9 7.79 7.79 0.39 1.54 0.76 14.89
测定细菌吸附的高度多孔树脂和红粘土基粘合剂(红粘土水泥灰浆)，并且随后放入混合容器中约3分钟以制备涂覆材料。通过使用刷子施加混凝土的方法进行以下实验。在约±0.5mm的误差范围内，在干燥约12小时后，使用游标卡尺测量涂覆有涂覆材料的混凝土的厚度。
实验实施例1(使用的细菌：荚膜红细菌)
为了评价涂有粘液细菌涂覆材料的混凝土的耐硫酸性，将涂覆材料混合实验分为总共三组，共进行了18次混合实验。用于混合混凝土的涂覆材料的各组混合的细节如下表7中所示。
【表7】
各组的变量包括置换率，细菌与粘合剂的混合比率，和涂覆材料的厚度。在第一组中，使用粘合剂的置换率作为主变量，并且将细菌与吸附剂的混合比率的100倍的重量置换率设定于约1至约2的范围内。在第二组中，固定了通过第一组中的实验结果确定的粘合剂的置换率。而且，主变量是细菌与吸附剂的混合比率，而混合比率范围为在重量上约20倍至约200倍。在第三组中，固定了通过第一组和第二组中的实验结果确定的粘合剂置换率和细菌与吸附剂的混合比率，并将涂层厚度用作主变量，且范围为约0.5mm至约3mm。在所有组中，将不施涂涂覆材料的混凝土和不混合细菌的涂覆材料进行相互比较并分析。通过与现有技术的比较和分析而获得的结果将在下文中描述。
在该实验实施例中，施加涂覆材料的混凝土的混合细节如下表8中所示。考虑到用于污水排放设施的现浇混凝土的设计强度，水和水泥的比率设定为约0.45。将国内YU HWAM.S.CO.,LTD(仁川，韩国)的一种普通硅酸盐水泥用作水泥。细骨料和粗骨料各自的最大直径约为5mm或更大，并且使用了最大直径约25mm的天然砂子和碎石。所用的砂子和碎石的分别具有约2.62和2.6密度，且分别具有约2.5和6.3细度模量。混合时所使用的骨料保持湿润状态，以成为表面干饱和状态。
【表8】
使用容量为约300L的强力混合器混合混凝土。在混合方法中，将粗骨料和细骨料放入具有约300L容量的混合容器中并干混约1分钟，随后将水泥放入并再次干混约1分钟30秒。最后，注入水并混合约2分钟。在所有混合过程中，不加入减水剂和加气剂。为了评价混凝土的耐硫酸性，将混凝土沉积到具有Φ100×200的尺寸的圆形试件模具。将沉积的测试件从模具上分离约1天，以在恒定的温度和湿度环境下进行约28天的时间的固化。固化温度约为20±2℃，而湿度为约60±5％。
用于所制备的涂覆材料和涂有涂覆材料的混凝土的性能评价的方法如下。
[涂覆材料评价方法]
(1)水合产物
为了评价涂覆材料的水合产物，根据混凝土和细菌是否混合，在约28天的时间内收集样品。为了对所收集的样品进行X射线衍射分析(XRD)，将样品粉碎至约1mm或更小的尺寸。X射线衍射分析(XRD)可以使用其中样品表面上的晶体层根据角度发生散射以获得衍射相的分析仪器。通过使用分析仪器分析每个样品的水合产物的主要衍射峰。
(2)内部微观结构和元素分析
为了分析收集的样品的内部微观结构和化学元素，使用了电子显微镜(SEM)和能量色散光谱(EDS)。将电子束以约5,000至约30,000的放大倍数发射到样品中以确认内部微结构。同时，在发射电子束时通过使用发射的X-射线能量来检测表面中包含的元素的种类和含量。
[混凝土性能评价方法]
为了根据主变量评价涂布涂覆材料的混凝土的耐硫酸性，将样品浸入基于JIS K8951标准的化学样品溶液中。使用在蒸馏水中溶解至约5％浓度的硫酸作为化学样品溶液，并考虑到所制备的硫酸溶液的浓度较稀，而将溶液约14天置换一次。
(1)外观检查
为了评价浸渍于5％硫酸溶液中的混凝土的每次浸渍时间的性能劣化，在浸渍于溶液中之后1、3、7和28天的每一时间通过裸眼评价测试样品的外观。
(2)硫酸渗透深度
为了测定浸入5％硫酸溶液中的混凝土的硫酸渗透深度，如图17中所示，在浸渍后约28天时切下一部分样品，观察腐蚀深度。
(3)由硫酸腐蚀的混凝土的表面结构和反应产物
为了评价浸渍于5％硫酸溶液中的混凝土的表面结构和反应产物，如图17中所示，在浸渍之后约28天时从表面(约0至约1cm)收集样品。为了评价收集的样品的反应产物，使用了X-射线衍射分析(XRD)。同时，为了评价内部微结构和表面中所含元素的种类和含量，使用了电子显微镜(SEM)和能量色散光谱(EDS)。
(4)重量
为了测量重量，在浸渍之后1、3、7和28天时将浸渍于5％硫酸溶液中的模具取出进行使用。通过使用毛巾去除从其上去除溶液的模具外表面上的水分，然后在约105±5℃的温度下在干燥器中进行干燥，以通过使用由1g单位表示的天平测定重量W(g)。此外，忽略了涂覆材料的重量，如数学式2所示，示出了每次浸渍时间的重量与浸渍于硫酸溶液中之前的重量之比。
[数学式2]
在数学式2中，W表示重量(％)，Wt表示每次浸渍时间的测试件的质量(kg)，而W0表示浸渍前的测试件的质量(kg)。
(5)抗压强度
为了评价抗压强度，根据KS(2013)在浸渍之后1、3、7和28天时取出浸渍于溶液中的模具进行使用。通过使用毛巾去除从其上除去溶液的模具外表面上的水分，随后在约105±5℃的温度下在干燥器中进行干燥，以通过使用具有约500kN性能的通用测试仪测定混凝土的抗压强度。此外，为了评价每次硫酸浸渍时间的抗压强度的劣化，测定了将其浸渍于5％硫酸溶液中之前的抗压强度。
(6)动态弹性模量
为了评价动态弹性模量，根据KS(2013)通过初级共振频率评价动态弹性模量。在浸渍后约28天时将浸入溶液中的模具取出进行测量。使用性能为约500Hz至约10,000Hz的共振频率测定仪(ERUDITE)作为测量仪。为了比较相对于测量部分在硫酸腐蚀的测试样品的中心部分和表面的劣化程度，在中心部分和表面各处测量三次劣化，以计算劣化程度。同时，通过数学式3和4计算出通过共振频率测试的动态弹性模量。
[数学式3]
Ep＝C1WF1 2
[数学式4]
C1＝400×10-5×(L/A)
在数学式3中，Ep表示动态弹性模量(MPa)，W表示测试件的质量(kg)，且F表示纵向振动中的初级共振频率(Hz)。在数学式4中，L表示测试件的长度(mm)，且A表示测试件的截面积(mm2)。
涂覆材料评价结果
(1)水合产物
图18和19示出了根据细菌是否混入涂覆材料中和培养基类型的X-射线衍射分析(XRD)图。通过使用在麦芽糖和葡萄糖的每种中培养约7天的细菌，制备作为待评价对象的细菌的涂覆材料。本文中，细菌与高度多孔树脂的混合比率为按重量计约100倍。同时，涂覆材料浸渍约24小时以吸附细菌，并且吸附剂与粘合剂的比率为约1:1.5。通过浸渍高度多孔树脂吸附未混合细菌的涂覆材料。蒸馏水与高度多孔树脂的比率和吸附剂与粘合剂的比率是相同的。
根据通过X射线衍射分析(XRD)的结果，在不混合细菌的涂覆材料中，在约10℃的温度下确认石膏的晶相。形成的石膏导致涂覆材料的软化反应，并与作为水合反应产物的硅酸三钙(C3G)反应形成钙钒石。因此，由于形成的石膏和钙矾石，未混合细菌的涂覆材料的体积可能增加，而因此可能发生膨胀和裂纹。在混合细菌的涂覆材料中，形成了大量作为二氧化硅组分的硅酸盐矿物(SiO2，石英)。SiO2可以作为具有约0.1μ.至约1μm的粒径、具有高反应性并且可以填充到水泥颗粒的孔中的细颗粒提供。因此，如下文的描述，混合细菌的测试样品中抗压强度可以相对较高。这是由于SiO2使得涂覆材料中的内密度提高而决定的(Shiand Day，2001)。另外，Ghosh(2009)报道了SiO2会从混合了蛋白包围细胞的西瓦氏细菌(Shewanella bacteria)的砂浆中沉淀出来，并且因此提高了强度。然而，目前没有关于通过荚膜红细菌形成的SiO2的报道。因此，可预期的是，新型机-无机晶体通过作为由细菌形成的外部材料的粘液、蛋白质、氨基酸而形成。而且，虽然与不混合细菌的涂覆材料相比，在混合的麦芽糖培养基中培养的荚膜红细菌的涂覆材料中，CaCO3强度峰数量增加，但是葡萄糖培养基却不受影响。因此，可预期的是细菌和培养基(酶)的物种特异性决定了矿物晶体中的特性以对涂覆材料耐久性的改善提供了物种特异性和培养基(酶)效果。
(2)内部微观结构
图20和21示出了根据细菌是否混入涂覆材料中和培养基种类的内部微结构。在不混合细菌的涂覆材料的情况下，存在许多内部微孔、石膏和钙矾石。另一方面，在混合细菌的涂覆材料中，内部微孔几乎不存在，并且这是因为SiO2的密度得以改善所致(Shi andDay,2001)。此外，荚膜红细菌菌落形成于涂覆材料中而构成了一个组。
混凝土性能评价结果(第一组)
(1)外观变化
第一组中的主变量是细菌吸附剂和粘合剂的比率，且图22和23示出了由于浸入硫酸中导致的每次浸渍时间的测试样品的外观状态。在未涂覆测试样品C的外观发生变化的情况下，随着浸渍时间增加，糊料减少而露出骨料。此外，在未混合细菌的测试样品G1-B1，G1-B1.5和G1-B2.0的每次浸渍时间的外观变化的情况下，随着吸附剂与粘合剂的比率下降，会严重发生涂覆材料脱层。因此，吸附剂与粘合剂的比率为约1.0的测试样品在浸渍后约28天时具有与测试样品C相似的外观。在对于每次浸渍时间粘液细菌基测试样品的外观发生变化的情况下，随着浸渍时间增加，吸附剂与粘合剂的比率为约1.0的测试样品的涂覆材料在角落部分上出现脱层。然而，在吸附剂与粘合剂的比率为约1.5至约20的测试样品中，根据浸渍时间的硫酸腐蚀测试样品的效果并不显著。
(2)硫酸渗透深度
图24示出了通过对Φ100×200mm测试样品的横截面实施图像分析而获得的结果，测试样品在浸渍之后约28天时分为四个部分，从而观察测试件根据粘合剂减少率的硫酸渗透深度。渗透深度表示从脱色现象的测试件表面的一点处至发生白颜色的距离。未施加涂覆材料的测试样品C的表面的约3.39mm被脱色为白色。此外，在未混合细菌的测试样品G1-B1.0，G1-B1.5和G1-B2.0的情况下，随着粘合剂按照降低率降低，显著发生了脱色成白色的脱色现象。另一方面，在混合细菌的所有测试样品中，无论涂覆材料是否脱层，混凝土的表面上没有发生脱色成白色的脱色现象。
(3)表面微观结构和反应产物
图25和26示出了通过使用X-射线衍射分析(XRD)分析从混凝土表面(约0至约1cm)收集的样品的反应产物的主要衍射峰而获得的结果，而图27至图29示出了通过使用电子显微镜(SEM)和能量色散谱(EDS)分析从混凝土表面收集的样品的组织结构和化学组成元素而获得的结果。在所有测试样品中，产生了作为主要反应产物的石膏(CaSO4·H2O)，石英(SiO2)和硫氧化物(SO2)的峰。具体而言，在未施加涂覆材料的测试样品中，作为反应产物的石膏(CaSO4·H2O)和硫氧化物(SO2)强度增加，并且大量石膏(CaSO4·H2O)和钙矾石在内部微观结构中得以证实。因此，确定了测试样品C具有比其他每个测试样品的抗压强度小的抗压强度。此外，无论吸附剂与粘合剂的比率如何，每个未混合细菌的测试样品G1-B1.0，G1-B1.5和G1-B2.0具有与测试样品看起来相似的表面。另一方面，在混合了细菌的测试样品中，随着吸附剂和粘合剂的比率的增加，当与测试样品C比较时，二氧化硅(SiO2)的峰数量和强度增加。在内部微结构中，随着吸附剂和粘合剂的比率的增加，改善了内部密度，并且证实了少量的钙凡石。此外，根据EDS分析结果，在混合有细菌的测试样品中，Si元素较高，且额外地证实了由于培养基组分所致的Mg、Na、Cl、P等。
(4)重量变化
图30示出了第一组中每次硫酸浸渍时间的重量变化。在未施加涂覆材料的测试样品C中，在浸渍后约7天至约28天的时间之间，测试样品C的重量降低约6％至约11％。此外，在未混合细菌的测试样品G1-B1.0，G1-B1.5和G1-B2.0中，随着吸附剂与粘合剂的比率降低，每个测试样品的重量在浸渍后约3天时降低。此外，在吸附剂与粘合剂的比率为约1.5的测试样品中，测试样品在浸渍后约28天时重量显著降低了约4％。另一方面，混合在麦芽糖中培养的细菌的测试样品相对于浸渍后约3天时的重量变化，不受吸附剂与粘合剂的比率的影响。然而，吸附剂与粘合剂的比率为约1.0的测试样品在浸渍后约28天时却显著降低了约8％。在混合葡萄糖中培养的细菌的测试样品的情况下，相对于每次浸渍时间的重量变化，会稍微受吸附剂与粘合剂的比率的影响。
(5)抗压强度
图31示出了第一组中每次硫酸浸渍时间的抗压强度的劣化(fck/fck(0))。在本文中，fck表示根据浸渍时间的测试样品抗压强度，且fck(0)表示在浸入硫酸前测试样品的抗压强度。未施加涂覆材料的测试样品的抗压强度在浸渍后约28天时显著降低了约18％。另一方面，无论吸附剂与粘合剂的比率以及浸渍时间，未混合细菌的测试样品G1-B1.0，G1-B1.5，G1-B2.0的抗压强度的劣化都彼此相似。无论吸附剂与粘合剂的比率，混合在葡萄糖中培养的细菌的测试样品的抗压强度的劣化随着浸渍时间的增加而增加或相似地保持。另一方面，无论浸渍时间和吸附剂与粘合剂的比率，混合在麦芽糖中培养的细菌的测试样品的抗压强度的劣化比未施加涂覆材料的测试样品高约22％至35％，并且比不混合细菌的测试样品高约3％至约10％。这是因为涂覆材料的内部密度由于细菌形成的糖萼和二氧化硅组分(SiO2)而得以改进所致。
(6)动态弹性模量
图32和33示出了测试样品在硫酸浸渍之后约28天时测试样品的中心部分的动态弹性模量的劣化(Ed_c/Ed_c(0))和测试样品表面的动态弹性模量的劣化(Ed_s/Ed_s(0))。本文中，Ed_c表示浸渍后约28天时中心部分的动态弹性模量，Ed_s表示表面的动态弹性模量，Ed_c(0)表示未被硫酸腐蚀的测试样品C的中心部分的动态弹性模量，而Ed_s(0)表示未被硫酸腐蚀的测试样品表面的动态弹性模量。未施加涂覆材料的测试样品C的中心部分的动态弹性模量的劣化降低了约33％，且表面的动态弹性模量的劣化最快地降低至约50％。无论吸附剂与粘合剂的比率，未混合细菌的测试样品G1-B1.0，G1-B1.5和G1-B2.0的中心部分的动态弹性模量的劣化随着吸附剂与粘合剂的比率降低而降低，并且表面上的动态弹性模量的劣化降低了约27％至约31％。另一方面，无论培养基的种类，混合细菌的测试样品中心部分的动态弹性模量的劣化随吸附剂与粘合剂的比率增加而较高，并且测试样品表面上的动态弹性模量的劣化除了测试样品G1-M1.0之外都较高。
混凝土性能评价结果(第二组)
(1)外观变化
第二组中的主变量是细菌的混合比率，且图34和35示出了根据向硫酸中的浸渍的混凝土的外观。在未混合细菌的测试样品G2-W50，G2-W100和G2-W200中，无论蒸馏水的混合比率，浸渍后约28天时其表面上发生了涂覆材料的脱层，露出了混凝土，。另一方面，无论培养基种类以及细菌和吸附剂的混合比率，除了约50倍重量的细菌与吸附剂混合比率之外，粘液细菌基测试样品直至在浸渍之后约7天时并未受到影响，并且在浸渍后约28天时在表面上略微发生了涂覆材料的脱层。
(2)硫酸渗透深度
图36示出了通过分析横截面图像以根据细菌与吸附剂的混合比率观察在浸渍后约28天时测试样品的硫酸穿透深度而获得的结果。在未混合细菌的所有测试样品G2-W50，G2-W100和G2-W200中，混凝土的表面都脱色为白色。在蒸馏水与吸附剂的混合比率为约50倍的测试样品G2-W50中，混凝土的表面显著脱色至约3.71mm的尺寸。另一方面，在混合细菌的所有测试样品中，尽管涂覆材料的脱层发生于细菌与吸附剂的混合比率约100倍重量时，但混凝土的表面并未脱色至白色。这是因为涂覆材料的内部密度由于通过细菌形成的内部粘液的形成和二氧化硅组分(SiO2)得以改进所致。
(3)内部微观结构和反应产物
图37，图38，图39和图40示出了第二组中根据主变量的反应产物的主要衍射峰(使用X射线衍射分析(XRD))，表面结构(使用电子显微镜(SEM))和元素分析(使用能量色散光谱(EDS))。根据分析结果，在未混合细菌的测试样品中，无论蒸馏水与吸附剂的混合比率如何，石膏和硫氧化物的强度都增加。在本文中，在内部微观结构中已经确认了具有针状形状的钙矾石，并且在元素分析结果中测出了大量的硫(S)。如前文的描述，通过反应产物发生了混凝土的膨胀和软化作用，并发生了起始结构的破坏和裂纹。另一方面，在混合细菌的测试样品中，随着细菌与吸附剂的混合比率增加，SiO2的峰数和强度都增加，并且证实了大量粘液膜和内部密度的形成在内部结构中得以改善。此外，根据EDS分析结果，与第一组相同，在细菌相对于吸附剂的重量混入达约200倍重量的测试样品G2-M200和G2-D200中，Si元素较高，并且额外的证实了由于培养基和细菌所致Mg、Na、Cl、P等。
(4)重量变化
图41示出了根据细菌与吸附剂的混合比率对于每次浸渍时间的重量变化。根据浸渍时间，随着蒸馏水与吸附剂的混合比率增加，未混合细菌的测试样品G2-W50、G2-W100和G2-W200的重量减少。另一方面，在混合细菌的测试样品的重量变化的情况下，测试样品在浸渍之后3天时稍微受到培养基是否存在和细菌的混合比率的影响。然而，当与其它混合细菌的测试样品相比时，混合了相对于吸附剂的重量的约50倍的细菌的测试样品G2-M50和G2-D50，在浸渍之后约28天时减少了最大量的重量。
(5)抗压强度
图42示出了根据第二组中的硫酸浸渍的抗压强度的劣化(fck/fck(0))。无论蒸馏水与吸附剂的混合比率如何，在浸渍后约7天时未混合细菌的测试样品G2-W50、G2-W100和G2-W200的抗压强度的劣化增加了约9％至约11％，并且在浸渍后约28天时，增加了约12％至约15％。混合细菌的测试样品的抗压强度的劣化稍微受到细菌的混合比率以及浸渍后约3天时培养基是否存在的轻微影响。然而，在浸渍后约28天时混合细菌的测试样品的抗压强度的劣化比未施加涂覆材料的测试样品的抗压强度的劣化高约39％。此外，细菌与吸附剂的混合比率为约100％的测试样品的抗压强度的劣化比蒸馏水与吸附剂重量的混合比率的测试样品的抗压强度的劣化高约4％。这是因为涂覆材料的内部密度由于细菌形成的糖萼和二氧化硅组分(SiO2)得以改进所致。
(6)动态弹性模量
图43和图44示出了第二组中根据主变量在硫酸浸渍后约28天时每个测试样品中心部分的动态弹性模量的的劣化(Ed_c/Ed_c(0))和每个测试样品的表面的动态弹性模量的劣化(Ed_s/Ed_s(0))。在所有混合比率中，中心部分的动态弹性模量的劣化在约0.97至约1.08的范围内都相似。另一方面，在未混合细菌的测试样品G2-W50，G2-W100和G2-W200中，表面的动态弹性模量的劣化随着蒸馏水与吸附剂的混合比率增加而降低。这是因为涂覆材料由于水与粘合剂的比率增加而强度变差所致。另一方面，无论培养基的种类如何，混合细菌的测试样品在中心部分处的动态弹性模量的劣化随着细菌与吸附剂的混合比率增加而增加。此外，混合细菌的测试样品在表面上的动态弹性模量的劣化，在细菌与吸附剂的混合比率处于约1.00至约1.05的范围内时，与浸渍之前是相似的。
混凝土性能评价结果(第三组)
(1)外观变化
图45和图46示出了由于硫酸浸渍而导致测试样品对于每次浸渍时间的外观。在上述实验中，由于在浸渍硫酸后1天时混凝土的外观并未变化，因此未观察到外观变化。在浸渍后约7天时，未混合细菌的测试样品G3-C0.5，G3-C1.0和G3-C3.0每一个的外观除了测试样品具有约0.5mm的涂层厚度之外并未受到涂层厚度的影响。而且，混合细菌的所有测试样品都受到涂层厚度和培养基种类的轻微影响。另一方面，当与混合细菌的测试样品相比时，在未混合细菌的每个测试样品G3-C0.5，G3-C1.0和G3-C3.0的外观变化中，在浸渍之后约28天时，涂覆材料发生并不大的脱层现象。具体而言，在具有涂层厚度为约0.5mm的测试样品G3-C0.5中，涂覆材料发生脱层而露出混凝土。在混合细菌的测试样品的外观变化中，涂覆材料的脱层随着涂层厚度的降低而增加。
(2)硫酸渗透深度
图47示出了通过分析横截面图像以根据涂层厚度在浸渍之后约28天时观察测试样品的硫酸渗透深度的结果。在未混合细菌的所有测试样品G3-C0.5，G3-C1.0和G3-C3.0中，在浸渍后约7天至约28天时，由于涂覆材料的脱层而暴露了表面。因此，具有约1.0mm或更小涂层厚度的测试样品的硫酸渗透深度为约2.99mm至约2.15mm，并类似于未涂层的测试样品C。另一方面，在混合细菌的测试样品中，尽管涂覆材料脱层，但仍未测量到硫酸渗透深度。
(3)表面结构和反应产物
图48、图49、图50和图51示出了第三组中根据主变量的反应产物的主要衍射峰(使用X-射线衍射分析(XRD))，表面结构(使用电子显微镜(SEM))和元素分析(使用能量色散光谱(EDS))的结果。根据分析结果，在所有测试样品中，产生了作为主要反应产物的石膏G，石英Q，硫氧化物S和碳酸钙(CaCO3)的峰。具体而言，无论细菌的混合如何，在具有约1mm的涂层厚度的测试样品中，作为反应产物的石膏和硫氧化物的强度增加，并且在内部微结构中证实了大量的石膏和钙矾石。此外，根据EDS分析结果，由于形成石膏和钙矾石的钙消耗所致，衍射峰相对较低。无论培养基的种类如何，在具有约3.0mm的涂层厚度并混合细菌的测试样品中，SiO2的强度增加。因此，确定了测试样品比每一其他测试样品的抗压强度和耐硫酸性更高。此外，根据EDS分析结果，与第一组和第二组一相同，Si元素较高，并且另外证实了由于培养基成分和细菌所致了Mg、Na、Cl、P等。
(4)重量变化
图52示出了第三组中每次硫酸浸渍时间的重量变化。无论涂层厚度，未混合细菌的测试样品G3-G3，G3-C1.0和G3-C3.0在浸渍之后约3天时重量不变。另一方面，在浸渍后约28天时具有约0.55mm的涂层厚度的测试样品的重量显著降低了约8％。在混合细菌的测试样品中，无论培养基种类和涂层厚度，对于每次浸渍时间，比未混合细菌的测试样品高约1％至约2％，或类似于未混合细菌的测试样品。
(5)抗压强度
图53示出了第三组中每次硫酸浸渍时间的抗压强度的劣化(fck/fck(0))。除了涂层厚度约0.55mm，未混合细菌的测试样品G3-G3，G3-C1.0和G3-C3.0的抗压强度的劣化随着浸渍时间的增加而增加了约8％至约10％。随着涂层厚度增加，浸渍后3天时麦芽糖中培养的细菌的测试样品的抗压强度的劣化也增加，并且这种现象也与葡萄糖培养基相似。此外，无论培养基的种类如何，在浸渍后约28天时的抗压强度的劣化在具有约1.0mm涂层厚度的测试样品中最大。因此，在浸渍后约28天时，混合细菌的测试样品G3-M3.0的抗压强度的劣化比没有施加涂覆材料的测试样品高约36％，而比未混合细菌测试样品G3-3.0高约4％至约6％。这确定了通过改进涂覆材料上形成的粘液膜的形式和内部密度，抑制了硫酸的渗透，从而改善了抗压强度。
(6)动态弹性模量
图54和图55示出了根据涂层厚度在硫酸浸渍后约28天时每个测试样品的中心部分的动态弹性模量的劣化(Ed_c/Ed_c(0))和每个测试样品的表面的动态弹性模量的劣化(Ed_s/Ed_s(0))。不管细菌的混合如何，中心部分的动态弹性模量的劣化都是相似的。无论细菌的混合和培养基的种类，在具有约1.0mm涂层厚度的测试样品中，表面上的动态弹性模量的劣化也保持相似的。然而，在涂层厚度约3mm的测试样品中，混合有麦芽糖中培养的细菌的测试样品的动态弹性模量的劣化比未混合细菌的测试样品的动态弹性模量的劣化高约21％。此外，测试样品比混合葡萄糖中培养的细菌的测试样品G3-D3.0高约8％。这确定了通过由细菌产生的粘液量和硫酸腐蚀所致的反应产物的差异。
与现有技术的对照分析结果
在下文中，将描述通过实验总共4种组合关于硫酸在混凝土中的行为的根据相关现有技术的环氧涂覆材料对比于本发明而获得的结果。在测试样品名称中，将施加环氧涂覆材料的混凝土表示为“环氧树脂”，将未混合细菌的涂覆材料表示为“Hwangtoh”，施加混合麦芽糖培养基中培养的细菌的涂覆材料的混凝土表示为“麦芽糖”，施加混合葡萄糖培养基中培养的细菌的涂覆材料的混凝土表示为“葡萄糖”。YU HWA M.S.CO.,LTD(仁川，韩国)的产品用作环氧涂覆材料。本文中，环氧树脂和胺基固化剂以约1:1的比率混合，并随后施加，且主成分和物理特性如下表9中所示。通过前文描述的实验，如下表10中所示，选择粘液细菌基涂覆材料，并在相同条件下进行额外的混合以根据是否混合细菌评价涂覆材料的性能。通过使用刷子以相同的方式施加所有的测试样品。此外，为了实现相同的涂层厚度，环氧涂覆材料施用一次，并随后在干燥约12小时后再施加两次。涂层厚度固定于约1.0mm±0.05mm。为了评价混凝土的耐硫酸性，基于JIS K 8951标准，评价了浸渍于5％硫酸溶液中的混凝土对于每次浸渍时间的外观、重量变化、压缩强度和动态弹性模量。
【表9】
【表10】
(1)外观变化
图56示出了由于硫酸浸渍导致的对于每次浸渍时间的测试样品外观。在未施加涂覆材料的测试样品(对照物)的外观变化中，随着浸渍时间的增加，糊膏减少而暴露出骨料。在施加环氧涂覆材料的混凝土的外观中，在浸渍后约7天时发生裂纹和膨胀。另一方面，施加混合细菌的涂覆材料的混凝土的外观没有变化。在施加环氧树脂的混凝土的外观变化中，涂覆材料在浸渍后约28天时发生了脱层，并且类似的现象也发生于施加未混合细菌的涂覆材料的混凝土中。然而，在施加粘液细菌基涂覆材料的混凝土的外观变化中，尽管发生了脱层，但与其他测试样品相比，脱层的发生相对较小。
(2)重量变化
图57示出了对于每次硫酸浸渍时间的重量变化。在未施加涂覆材料的测试样品(对照物)中，在浸渍后约7天至约28天之间时，测试样品C的重量降低约6％至约11％。此外，施加环氧涂覆材料的混凝土(环氧树脂)在浸渍后约28天时重量显著降低至了约5％。在除了未施加涂覆材料的测试样品(对照物)以外的所有测试样品中，在浸渍后约28天时重量以相似的趋势降低了约5％至约6％。
(3)抗压强度
图58示出了对于每次硫酸浸渍时间的抗压强度的劣化(fck/fck(0))。未施加涂覆材料的测试样品的抗压强度在浸渍后约28天时降低了约22％。施加环氧涂覆材料的测试样品的抗压强度的劣化随着浸渍时间的增加而降低。另一方面，混合细菌的测试样品的抗压强度的劣化比不混合细菌的测试样品(Hwangtoh)高约5％至6％，而比施加环氧涂覆材料的测试样品高约26％至约27％。这是因为涂覆材料的内部密度由于涂覆材料的反应产物、由细菌形成的粘液膜和二氧化硅组分得以改善所致。
(4)动态弹性模量
图59和图60示出了在硫酸浸渍后约28天时每个测试样品的中心部分的动态弹性模量的劣化(Ed_c/Ed_c(0))和每个测试样品的表面的动态弹性模量的劣化(Ed_s/Ed_s(0))。在中心部分的动态弹性模块的劣化中，除了未施加涂覆材料的测试样品(对照物)外，所有测试样品在约0.97至约1.06的范围内都彼此相似。另一方面，对于在表面上的动态弹性模量的劣化，尽管施加环氧涂覆材料的测试样品比不混合细菌的测试样品(Hwangtoh)高约6％，但施加环氧涂覆材料的测试样品却比混合细菌的测试样品高约9％。
实验实施例2(使用细菌：沼泽红假单胞菌和苏云金芽孢杆菌)
通过与实验实施例1相同的方法进行实验，不同之处在于将具有约2.67g/cm3比重的α-半水石膏与具有2.91g/cm3比重的高炉矿渣(GGBS)以约1:1的重量比混合，且用作通过使用沼泽红假单胞菌和苏云金芽孢杆菌制备细菌混合涂覆材料的粘合剂，并将其中浸渍吸附剂的培养基溶液以约2.2:1的重量比(吸附剂与粘合剂的比率为2.2)混合(以10:1的细菌培养溶液:膨胀蛭石的比率包含在吸附剂中使用的膨胀蛭石)，且实验结果如下。
(1)外观变化
图61示出了由于硫酸浸渍而导致的对于每次浸渍时间的测试样品的外观。在所有的测试样品中，在浸渍后约1天和3天时，未发生外观明显变化。在混凝土测试样品(OPC)和使用混合苏云金芽孢杆菌的涂覆材料的测试样品中，在浸渍后约7天时发生外观的腐蚀。具体而言，在混凝土测试样品(OPC)的情况下，外观的腐蚀发生在浸渍后约28天时。在使用混合沼泽红假单胞菌的涂覆材料的测试样品中，外观上没有发生明显变化。
(2)抗压强度
图62示出了根据浸渍时间的测试样品的抗压强度的变化。在混合沼泽红假单胞菌和苏云金芽孢杆菌的涂覆材料的情况下，直至浸渍后约7天时抗压强度提高约45％至约25％。然后，浸渍后约28天时抗压强度降低约45％。另一方面，在混凝土测试样品(OPC)的情况下，浸渍后约7天时的抗压强度降低约5％，且浸渍后约28天时的抗压强度降低约10％。
(3)质量变化
图63示出了根据浸渍时间的测试样品的质量变化。在所有测试样品中，随着浸渍时间的增加，质量都降低。在混凝土测试样品(OPC)的情况下，浸渍后约28天时的质量减少约12％。在混合沼泽红假单胞菌和苏云金芽孢杆菌的涂覆材料的情况下，在浸渍后约28天时，质量降低约5％。
(4)显微结构分析(SEM)
图64示出了通过分析微结构以在浸入5％硫酸之后28天时评价细菌吸附而获得的结果。这证实了在混合沼泽红假单胞菌和苏云金芽孢杆菌的涂覆材料中的颗粒表面上形成细菌菌落。
实验实施例3(使用的细菌：荚膜红细菌，沼泽红假单胞菌，苏云金芽孢杆菌和枯草 芽孢杆菌)
通过与实验实施例1相同的方法进行实验，不同之处在于，将以约1:1的重量比混合的粘合剂(其中普通硅酸盐水泥(OPC)具有约3.15g/cm3的比重且高炉矿渣(GGBS)具有约2.91g/cm3的比重)用作通过使用沼泽红假单胞菌，沼泽红假单胞菌，苏云金芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的用于制备细菌混合的涂覆材料的粘合剂，并且浸渍吸附剂的培养基溶液以约2.2:1(吸附剂与粘合剂的比率为2.2)(以10:1的细菌培养溶液:膨胀蛭石的比率包含在吸附剂中使用的膨胀蛭石)的重量比混合，实验结果如下。
(1)质量变化
图65示出了根据浸渍时间的测试样品的质量变化。在仅使用水和细菌培养基作为混合用水的情况下，浸渍后约7天时硫酸溶液的质量减少约4％。在使用细菌接种培养溶液作为混合用水的情况下，硫酸溶液的质量减少约3％至约8％。
(2)抗压强度
图66示出了根据浸渍时间的测试样品的抗压强度的变化。在仅使用水和细菌培养基作为混合用水的测试样品的情况下，随着浸渍时间增加，抗压强度降低。另一方面，在使用细菌接种培养溶液作为混合用水的测试样品的情况下，随着浸渍时间增加，抗压强度并未降低。
实验实施例4(使用细菌：荚膜红细菌，红景天梭菌，苏云金芽孢杆菌和枯草芽孢杆 菌)
通过与实验实施例1相同的方法进行实验，不同之处在于，将以约1:1的重量比混合的粘合剂(其中α-半水石膏具有为约2.67g/cm3的比重且高炉矿渣(GGBS)具有约2.91g/cm3的比重)用作通过使用沼泽红假单胞菌，沼泽红假单胞菌，苏云金芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的用于制备细菌混合的涂覆材料的粘合剂，并且浸渍吸附剂的培养基溶液按照约2.2:1(吸附剂与粘合剂的比率为2.2)(以10:1的细菌培养溶液:膨胀蛭石的比率包含在吸附剂中使用的膨胀蛭石)的重量比混合。在本文中，为了评价在硫酸腐蚀环境下细菌的连续生长，基于JSTM C 7401将涂覆材料浸渍于5％硫酸溶液中。在浸渍之后约7天时从涂覆材料的表面收集样品。这证实了通过样品在培养基中重新接种(传代培养)而形成了菌落，而实验结果如图67中所示。
参照图67，在混合沼泽红假单胞菌和苏云金芽孢杆菌的涂覆材料的情况下，细菌的菌落未被证实。在混合荚膜红细菌和枯草芽孢杆菌的涂覆材料的情况下，证实了相对大量的细菌菌落。在暴露于硫酸腐蚀环境的形成粘液的细菌的连续生长方面，证实了荚膜红细菌和枯草芽孢杆菌是有利的。
实验实施例5(使用的细菌：荚膜红细菌，使用的粘合剂：氧化镁-磷酸盐复合物)
在红粘土基粘合剂，α-半水石膏，高炉矿渣，飞灰和普通硅酸盐水泥(OPC)的情况下，尽管吸附剂用作水泥组合物，但由于pH升高难以实现完全连续的细菌生长。
另一方面，在氧化镁-磷酸盐复合物的情况下，pH对应于中性约pH 7至约pH 9，并且初始反应速度相对较快。因此，在沉积后约5分钟至约15分钟内凝结可以开始，以实现高的初始强度显现(revelation)。此外，氧化镁-磷酸盐复合物的粘结强度相对高于普通水泥。当水泥混凝土用作基材时，在基材上可能发生破坏，但由于高的粘结强度，却不会出现粘结界面。此外，根据修复界面处的水分状态(通常，修补界面处于湿润状态)，粘结强度的耗损较少，而强度显现的影响相对于固化温度较小。而且，水和污水修复工程在冬季进行，而内部温度为约0℃至5℃。在一般水泥混凝土的情况下，在低温下的强度显现显著较慢。另一方面，在氧化镁-磷酸盐复合物中，由于固化温度不会很大地影响强度显现，则因此不会发生由于修复时间所导致的质量劣化。因此，根据本发明，氧化镁-磷酸盐复合物可以充分发挥作为根据本发明的涂覆材料的粘合剂的功能。
在该实验实施例中，通过与实验实施例1相同的方法制备涂覆材料，并且通过与实验实施例1相同的方法进行这些实验，不同之处在于，具有不同组成(参见以下表11)的氧化镁-磷酸盐复合物和浸渍吸附剂的培养基溶液(以10:1的细菌培养溶液:膨胀蛭石的比率包含在吸附剂中使用的膨胀蛭石)以约2:1(吸附剂与粘合剂的比率为2)的重量比混合的粘合剂，用作通过使用荚膜红细菌制备混合细菌的涂覆材料的粘合剂，而通过测定测试样品的抗压强度和pH而获得的结果如图68中所示。
【表11】
参考图68，为了实现约pH 10或更低的高抗压强度和维持和性能，可以看出，氧化镁-磷酸盐复合物中的磷酸盐含量范围为约20wt％至约40wt％，并且优选约30wt％至约40wt％。在本文中，考虑到氧化镁-磷酸盐复合物的初始反应速度，可以看出，相对于约100重量份的氧化镁-磷酸盐复合物，固定剂(retainer)(硼砂)添加至1重量份至约10重量份，而优选约3重量份至约5重量份。
为了观察根据磷酸盐种类的抗压强度和pH的影响，通过使用如表12所示的四种磷酸一氢盐和四种磷酸二氢盐，按照实验实施例1相同的方法进行这些实验，并且通过测定测试样品的抗压强度和pH获得的结果如图69中所示。
【表12】
参考图69，在磷酸一氢盐而不是磷酸二氢盐的情况下，可以看出压缩强度和pH相对较好。因此，可以优选使用磷酸二氢钠(NaH2PO4)或磷酸二氢铵(NH4H2PO4)。
根据本发明，可以提供考虑到混凝土耐化学品性的最佳形成粘液的细菌和最佳粘液形成条件。
而且，当混合现有混凝土时，可以提供细菌自养生存环境的最佳吸附方法，但不能简单地放入细菌。
而且，可以提供考虑到细菌的生长环境的具有pH 8至pH 10的水平的最佳粘合剂的施加技术。
而且，可以提供与现有技术相比用于放置细菌并能够容易且基本上吸附大量细菌的较经济的方法。
另外，可以提供考虑到关于混凝土污水管的化学腐蚀的机理和形成粘液的细菌的耐硫酸性的机理而提高混凝土的耐化学性和耐久性的新概念性涂覆材料技术。
公开了本发明的上述优选实施方式而解决技术目的，并且本领域技术人员应当理解的是，这仅仅是说明性的，而由此各种修改、改变和添加都是可能的，并且修改和改变都可以属于本发明的技术精神。

Claims (24)

1.一种涂覆材料，包含吸附有形成粘液的细菌的吸附剂和粘合剂。
2.根据权利要求1所述的涂覆材料，其中，所述形成粘液的细菌包括选自由荚膜红细菌(Rhodobacter capsulatus)、生芽红细菌(Rhodobacter blasticus)、类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides)、沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)、胶状红长命菌(Rubrivivax gelatinosus)、紫色硫细菌、绿色硫细菌、苏云金芽孢杆菌(Bacillusthuringiensis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)组成的组中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的涂覆材料，其中所述吸附剂包含选自由高吸水性树脂、高度多孔树脂、膨胀蛭石、珍珠岩和硅藻土组成的组中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的涂覆材料，其中所述粘合剂包含选自由红粘土基粘合剂、α-半水石膏、高炉矿渣、飞灰、硅酸盐水泥和氧化镁-磷酸盐粘合剂组成的组中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的涂覆材料，其中在所述氧化镁-磷酸盐粘合剂中，以10wt％至50wt％的含量含有磷酸盐。
6.根据权利要求5所述的涂覆材料，其中所述磷酸盐包括选自由磷酸二氢钾、磷酸二氢钙、磷酸二氢钠、磷酸二氢铵、磷酸氢二钾、磷酸氢钙、磷酸氢二钠和磷酸氢二胺组成的组中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的涂覆材料，其中相对于100重量份的所述氧化镁-磷酸盐粘合剂，所述氧化镁-磷酸盐粘合剂进一步包含1重量份至10重量份的固定剂。
8.根据权利要求1所述的涂覆材料，其中由所述形成粘液的细菌形成的二氧化硅具有包括孔的内部结构。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的涂覆材料，其中所述涂覆材料用于防止混凝土结构的表面被化学腐蚀。
10.根据权利要求9所述的涂覆材料，其中所述混凝土结构包括污水管。
11.根据权利要求9所述的涂覆材料，其中所述化学腐蚀由硫酸引起。
12.根据权利要求9所述的涂覆材料，其中在所述混凝土结构的表面上将所述涂覆材料施加至0.5mm至10mm的厚度。
13.一种用于制备涂覆材料的方法，所述方法包括：
培养形成粘液的细菌以形成粘液；
通过使用固定所述形成粘液的细菌的吸附剂吸附所述形成粘液的细菌；以及
将吸附有所述形成粘液的细菌的吸附剂与粘合剂混合。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述形成粘液的细菌包括选自由荚膜红细菌、生芽红细菌、类球红细菌、沼泽红假单胞菌、胶状红长命菌、紫色硫细菌、绿色硫细菌、苏云金芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌组成的组中的至少一种。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在5至9的pH条件下，在培养基中培养荚膜红细菌、生芽红细菌、类球红细菌、沼泽红假单胞菌、胶状红长命菌、紫色硫细菌或绿色硫细菌，其中相对于1L纯净水所述培养基含有0.1g至5g的酵母提取物、1g至50g的六水合琥珀酸二钠、0.1mL至5mL的无水乙醇、0.1mL至5mL的柠檬酸铁溶液、0.1g至5g的磷酸二氢钾、0.1g至5g的七水合硫酸镁、0.1g至5g氯化钠、0.1g至5g氯化铵和0.01g至0.5g二水合氯化钙。
16.根据权利要求14所述的方法，其中在4至10的pH条件下，在培养基中培养苏云金芽孢杆菌或枯草芽孢杆菌，其中相对于1L纯净水所述培养基含有1g至10g的动物组织的胃消化物、0.5g至3g的酵母提取物、1g至10g的氯化钠和0.5g至3g的牛肉提取物。
17.根据权利要求13所述的方法，其中用于所述培养的碳源包括选自由麦芽糖、葡萄糖和果糖组成的组中的至少一种。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述吸附剂包括选自由高吸水性树脂、高度多孔树脂、膨胀蛭石、珍珠岩和硅藻土组成的组中的至少一种。
19.根据权利要求18所述的方法，其中当所述吸附剂是所述高吸水性树脂或所述高度多孔树脂时，相对于细菌培养溶液的重量，在吸附期间使用的所述形成粘液的细菌与所述吸附剂的混合比率为50：1至200：1，且当所述吸附剂是所述膨胀蛭石、所述珍珠岩或所述硅藻土时，相对于所述细菌培养溶液的重量，在吸附期间使用的所述形成粘液的细菌与所述吸附剂的混合比率为5：1至20：1。
20.根据权利要求13所述的方法，其中所述形成粘液的细菌的吸附包括将所述吸附剂放入具有100μm至5mm的网眼尺寸以及0.5mm至50mm的厚度的筛网型吸附垫中，并且将所述吸附垫浸入细菌培养溶液中。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述吸附垫由钢材制成。
22.根据权利要求20所述的方法，其中在将所述吸附剂放入所述筛网型吸附垫中之后，通过将所述吸附垫漂浮于所述细菌培养溶液中进行使用所述吸附剂的吸附。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述吸附垫通过连接到所述吸附垫下端的配重漂浮，并且所述配重的重量由以下数学式1确定：
数学式1
其中d表示所述吸附垫的浸入深度，WL表示活载荷，WS表示静载荷，L和B分别表示所述吸附垫的长度和宽度，并且γw表示每单位体积的所述培养溶液的重量。
24.根据权利要求13所述的方法，其中，当吸附所述形成粘液的细菌的吸附剂与所述粘合剂彼此混合时，所述粘合剂的用量为吸附所述形成粘液的细菌的所述吸附剂的重量0.5倍至3倍。
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