CN112028517A - 一种巴氏芽孢杆菌dsm33诱导碳酸钙沉淀均匀覆盖再生粗骨料的方法 - Google Patents

一种巴氏芽孢杆菌dsm33诱导碳酸钙沉淀均匀覆盖再生粗骨料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种巴氏芽孢杆菌DSM33诱导碳酸钙沉淀均匀覆盖再生粗骨料的方法。首先，配置微生物培养基和钙源溶液；其次，低温烘干再生粗骨料，并将其浸泡于微生物培养基中，使其吸收足够多的微生物；再次，将再生粗骨料从微生物培养基中取出，放置于一个无菌的沉淀培养基中；接着，将含有钙源的溶液均分为若干份，将均分后的钙源溶液逐次逐天加入沉淀培养基中；最后，将再生粗骨料取出，并放置于大气中风干处理。本发明操作步骤清晰明确，符合工程实际，高效地利用了微生物所产生的碳酸钙沉淀，使其均匀地附着在再生粗骨料表面，填补和覆盖了再生粗骨料表面的孔隙和老砂浆，最终显著地降低了再生粗骨料的吸水率，提升了再生骨料混凝土的抗压强度。

Description

一种巴氏芽孢杆菌DSM33诱导碳酸钙沉淀均匀覆盖再生粗骨 料的方法
技术领域
本发明涉及建筑材料、微生物学和固体废弃物资源化利用的交叉技术领域，具体涉及一 种巴氏芽孢杆菌DSM33诱导碳酸钙沉淀均匀覆盖再生粗骨料的方法。
背景技术
随着商品混凝土产量的增加，建筑行业对砂石资源的需求也持续增加。然而，由于目前 天然砂、石资源的开采被严格控制，使得砂石资源出现供不应求的现象。除此之外，建筑行 业还面临着建筑废弃物大量排放的问题。而将建筑废弃物进行破碎、筛分处理得到再生粗骨 料，并利用再生粗骨料全部或部分取代天然粗骨料，浇筑成再生骨料混凝土，既能缓解建筑 行业天然砂石资源供应的紧张，又能处理大量排放的建筑废弃物。
但是，相比于天然粗骨料，再生粗骨料的吸水率更高、表观密度更低、压碎值指标更大。 这是因为，再生粗骨料表面粘附有老砂浆。这也会导致用再生粗骨料浇筑成的混凝土的力学 性能和耐久性能均变弱。而为了提升再生粗骨料的利用率和应用等级，则需要强化再生粗骨 料的性能，从而制备出高性能的再生骨料混凝土。
现有的再生粗骨料改性工艺主要分为两类：一类是除去再生粗骨料表面的老砂浆；另一 类是强化再生粗骨料表面的老砂浆。通过微生物诱导碳酸钙沉淀来强化再生粗骨料表面的老 砂浆是一种绿色友好且具有实际应用潜力的新型改性工艺。该改性工艺是利用自然环境中原 本就存在的无害矿化菌种，通过菌种的代谢作用，生成碳酸钙晶体。因此，该工艺是对自然 界中的生物活动加以利用，符合绿色可持续以及环境友好型的发展要求。但是，在实际应用 过程中，该工艺还存在黏附在再生粗骨料表面的碳酸钙沉淀不均匀的缺点，从而会影响微生 物改性再生粗骨料的稳定性和效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，在再生粗骨料表面均匀覆盖碳酸钙沉淀，提升微生物诱导 碳酸钙沉淀改性再生粗骨料的效率，通过对沉淀方案的优化提供了一种巴氏芽孢杆菌 DSM33诱导碳酸钙沉淀均匀覆盖再生粗骨料的方法。
本发明具体采用下述技术方案实现：
一种巴氏芽孢杆菌DSM33诱导碳酸钙沉淀均匀覆盖再生粗骨料的方法，包括以下步骤：
(1)配置微生物培养基和钙源溶液，所述的微生物培养基中包括巴氏芽孢杆菌DSM33；
(2)改性前先低温烘干再生粗骨料至恒重，烘干温度不高于45℃，所述的再生粗骨料的尺寸为5-30mm；
(3)将烘干的再生粗骨料放置于微生物培养基中，然后放入恒温箱中，恒温培养一段 时间；
(4)将饱和吸收巴氏芽孢杆菌DSM33的再生粗骨料从培养基中取出，然后将其放置于一个无菌的沉淀培养基中，并放回恒温箱中；
(5)将钙源溶液均分为若干份，将均分后的钙源溶液分批次逐天加入沉淀培养基中， 进行沉淀处理；
(6)改性结束后，将改性后的再生粗骨料从培养基中取出，放至于大气中风干。
上述技术方案中，进一步地，步骤(1)中所述的微生物培养基中的微生物浓度为107～ 109cell/ml，钙源溶液的钙离子浓度为0.55±0.05mol/L。
进一步地，步骤(1)中所配置的微生物培养基的组分包括15～25g/L的胰蛋白胨、15～25 g/L的尿素、3～7g/L的氯化钠和去离子水。
进一步地，步骤(3)和步骤(4)中恒温箱的温度为30±5℃。
进一步地，步骤(4)中沉淀培养基的组分为2.5～3.5g/L的胰蛋白胨、4～6g/L的氯化 铵、15～25g/L的尿素、1.5～2.5g/L的碳酸钠和去离子水。
进一步地，步骤(5)中需要保证再生粗骨料处于静置状态。
进一步地，步骤(6)中沉淀处理的时间不宜超过7天。
相较于现有技术，本发明具有下述有益效果：
本发明通过将饱和吸收微生物的再生粗骨料放置于无菌的沉淀培养基中，使得沉淀过程 中，微生物所诱导产生的碳酸钙晶体能均匀且高效且均匀地粘附在再生粗骨料的表面。本发 明中采用巴氏芽孢杆菌DSM33，在众多菌种中，巴氏芽孢杆菌DSM33的自我繁殖能力和 生存能力强，且在常温常压下即可完成对再生粗骨料的改性。因而，该工艺具备实际工程应 用的可行性。且本发明的微生物诱导碳酸钙沉淀改性工艺，能高效且均匀地在再生粗骨料表 面形成碳酸钙沉淀，提升改性的稳定性和效果。本发明通过将钙源溶液分批次逐天加入沉淀 培养基中，来控制碳酸钙沉淀反应的速率，保证微生物不会因为大量碳酸钙晶体的形成而失 去与外界交换物质能力，并及时补充钙源确保碳酸钙沉淀的稳定形成。本发明进一步控制沉 淀处理中再生粗骨料处于静置状态，提升了碳酸钙沉淀粘附在再生粗骨料表面的稳定性和效 率。此外，强化后的再生粗骨料浇筑成的混凝土，抗压强度有进一步地提升。本发明的改性 工艺操作步骤清晰，符合工程实际，满足绿色可持续的发展要求，对建筑废弃物的充分利用 具有良好的推动作用。
具体实施方式
为更透彻地理解本发明，结合实施例对本发明进一步进行阐释。
各实施例中所用的微生物和培养基等材料如下所述：
微生物为巴氏芽孢杆菌DSM33是处于休眠状态的粉体，在使用前，需要对菌种进行激 活处理。首先利用无菌操作箱与无菌器皿，配制能激活菌种的微生物培养基，其成分如表1 所示。
表1微生物培养基组分表
Figure BDA0002671843280000031
随后将粉状菌种溶解于微生物培养基中，并置于30℃的摇床培养箱中，恒温培养3天。 菌种在激活培养基中经过2天的激活期和1天的增殖期后，利用高速离心机提取出高纯度的 菌种。
利用微生物培养基溶液将微生物稀释到预设的浓度(108cell/mL)。配置微生物沉淀培 养基，用1mol/L的氢氧化钠溶液和1mol/L的盐酸溶液将微生物沉淀培养基的pH值调整 为9.5。微生物沉淀培养基的成分如表2所示。
表2微生物沉淀培养基溶液组分表
Figure BDA0002671843280000032
实施例1
本实施例所改性的再生粗骨料为立方体再生粗骨料，再生粗骨料的尺寸为30mm×30 mm×30mm。立方体再生粗骨料从尺寸100mm的天然骨料混凝土立方体中切割获得。
(1)配置浓度108cell/ml的微生物培养基(组分如表1所示)，和钙离子浓度0.55mol/L 的氯化钙溶液；
(2)改性前，用40℃的烘箱将立方体再生粗骨料烘干至恒重；
(3)将烘干的立方体再生粗骨料放置于微生物培养基中，然后放入30℃的恒温箱中， 恒温培养1天；
(4)配置沉淀培养基，培养基的组分如表2所示；
(5)将饱和吸收微生物的立方体再生粗骨料从微生物培养基中取出，然后将其放置于 一个无菌的沉淀培养基中，并放回30℃的恒温箱中；
(6)将含有钙源的溶液均分为5份，将均分后的钙源溶液逐次按天加入沉淀培养基中， 进行沉淀处理，沉淀过程持续6天；
(7)改性结束后，将改性后的立方体再生粗骨料至于大气中风干。
改性前后立方体再生粗骨料的吸水率和质量如表3所示。
表3实施例1中改性前后立方体再生粗骨料的吸水率和质量
Figure BDA0002671843280000041
从表3中可知，改性后立方体再生骨料质量增加了1.9g，吸水率降低了38.6％。
实施例2
本实施例所改性的再生粗骨料为工厂生产的再生粗骨料，再生粗骨料的粒径为5-20mm。
(1)配置浓度108cell/ml的微生物培养基，和钙离子浓度0.55mol/L的钙源溶液；
(2)改性前，用40℃的烘箱将再生粗骨料烘干至恒重；
(3)将烘干的再生粗骨料放置于微生物培养基中，然后放入30℃的恒温箱中，恒温培养1天；
(4)配置沉淀培养基，培养基的组分如表2所示；
(5)将饱和吸收微生物的再生粗骨料从培养基中取出，然后将其放置于一个无菌的沉 淀培养基中，并放回30℃的恒温箱中；
(6)将含有钙源的溶液均分为5份，将均分后的钙源溶液逐次按天加入沉淀培养基中， 进行沉淀处理，沉淀过程持续6天；
(7)改性结束后，将改性后的再生粗骨料至于大气中风干。
改性前后立方体再生粗骨料的吸水率和质量如表4所示。
表4实施例2中改性年后再生粗骨料的吸水率和表观密度
Figure BDA0002671843280000051
从表4可以发现，改性后，工厂生产的再生粗骨料的吸水率从8.22％降为7.39％，降 低了11.2％。
实施例3
用实施例2中未改性和改性后的再生粗骨料浇筑成再生骨料混泥土，混凝土的配合比如 表5所示。
表5实施例3中混凝土的配合比(kg/m3)
Figure BDA0002671843280000052
未改性和改性的再生粗骨料浇筑成的混凝土在龄期28天时的抗压强度如表6所示。
表6实施例3中未改性和改性再生粗骨料浇筑成的混凝土的抗压强度
Figure BDA0002671843280000053
从表6中可以发现，未改性再生粗骨料浇筑成的混凝土在28天龄期时的抗压强度为49.3 MPa，而改性后再生粗骨料浇筑成的混凝土在28天龄期时的抗压强度为52.4MPa，抗压强 度提升了6.3％。

Claims (7)

1.一种巴氏芽孢杆菌DSM33诱导碳酸钙沉淀均匀覆盖再生粗骨料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配置微生物培养基和钙源溶液，所述的微生物培养基中包括巴氏芽孢杆菌DSM33；
(2)改性前先低温烘干再生粗骨料至恒重，烘干温度不高于45℃，所述的再生粗骨料的尺寸为5-30mm；
(3)将烘干的再生粗骨料放置于微生物培养基中，然后放入恒温箱中，恒温培养一段时间；
(4)将饱和吸收巴氏芽孢杆菌DSM33的再生粗骨料从培养基中取出，然后将其放置于一个无菌的沉淀培养基中，并放回恒温箱中；
(5)将钙源溶液均分为若干份，将均分后的钙源溶液分批次逐天加入沉淀培养基中，进行沉淀处理；
(6)改性结束后，将改性后的再生粗骨料从培养基中取出，放至于大气中风干。
2.根据权利要求1所述的巴氏芽孢杆菌DSM33诱导碳酸钙沉淀均匀覆盖再生粗骨料的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的微生物培养基中的微生物浓度为107～109cell/ml，钙源溶液的钙离子浓度为0.55±0.05mol/L。
3.根据权利要求1所述的巴氏芽孢杆菌DSM33诱导碳酸钙沉淀均匀覆盖再生粗骨料的方法，其特征在于，步骤(1)中，所配置的微生物培养基包括15～25g/L的胰蛋白胨、15～25g/L的尿素、3～7g/L的氯化钠和去离子水。
4.根据权利要求1所述的巴氏芽孢杆菌DSM33诱导碳酸钙沉淀均匀覆盖再生粗骨料的方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(4)中恒温箱的温度为30±5℃。
5.根据权利要求1所述的巴氏芽孢杆菌DSM33诱导碳酸钙沉淀均匀覆盖再生粗骨料的方法，其特征在于，步骤(4)中沉淀培养基包括2.5～3.5g/L的胰蛋白胨、4～6g/L的氯化铵、15～25g/L的尿素、1.5～2.5g/L的碳酸钠和去离子水。
6.根据权利要求1所述的巴氏芽孢杆菌DSM33诱导碳酸钙沉淀均匀覆盖再生粗骨料的方法，其特征在于，步骤(5)中需要保证再生粗骨料处于静置状态。
7.根据权利要求1所述的巴氏芽孢杆菌DSM33诱导碳酸钙沉淀均匀覆盖再生粗骨料的方法，其特征在于，步骤(5)中沉淀处理的时间不宜超过7天。
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