CN113307655B - 一种水泥基外养内护材料及其制备方法 - Google Patents

一种水泥基外养内护材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水泥基外养内护材料及其制备方法，所述水泥基材料各组分原料如下，按重量份数计，酵母菌粉态芽孢2～5份、节杆菌粉态芽孢2～5份、多羟基醛5～10份、有机钙5～10份、丙三醇10～20份、环氧硬脂酸丁酯1～5份、水45～75份，本发明结构科学合理，使用安全方便，将水泥基外养内护材料均匀喷涂在新浇筑的水泥基材料表面，通过丙三醇以及环氧硬脂酸丁酯混合在一起可以在混凝土粗糙的表面形成一种保护膜，保护膜可以有效地封堵水泥基材料的孔隙，可以有效地防止水泥基材料内部水分的挥发，起到水泥基材料保水的作用，确保水泥基材料水化过程的充分进行。

Description

一种水泥基外养内护材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体为一种水泥基外养内护材料及其制备方法。
背景技术
水泥基材料具有较高的抗压强度、良好的耐久性以及较低的成本，已广泛应用于建筑工程、水利工程、桥梁工程、港口和海洋工程等现代土木工程中，目前又向着大跨结构、高耸结构、巨型结构和特种结构应用与发展，未来相当长时间内，水泥基材料仍将是世界土木工程不可缺少的、最主要的建设材料，但是水泥基在实际使用下存在以下问题：
1、水泥基材料为了具有较高的强度，通常采用较低的水胶比，在水泥基材料中通常加入高效减水剂和矿物掺合料，如果不能满足水泥基材料的早期养护要求，水泥水化不足会导致自收缩、干燥收缩等现象，而这将引起水泥基材料早期裂缝，水泥基材料自收缩引起的开裂现象会导致裂缝的产生由于水泥基材料产生裂缝后会降低自身的抗渗性，在外界环境的影响下，容易使有害物质和水分进入，对钢筋造成腐蚀，严重影响工程的耐久性和服役寿命；
2、目前，水泥基材料早期养护方法主要有洒水养护、覆盖养护、塑料膜养护、内养护等，但普遍存在养护效果不理想、施工复杂、成本高等弊端，难以大规模的推广应用；
基于此，我们提出一种水泥基外养内护材料及其制备方法，提供一种基于水泥基材料早期养护的外养内护新途径来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水泥基外养内护材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种水泥基外养内护材料，所述水泥基材料各组分原料如下，按重量份数计，酵母菌粉态芽孢2～5份、节杆菌粉态芽孢2～5份、多羟基醛5～10份、有机钙5～10份、丙三醇10～20份、环氧硬脂酸丁酯1～5份、水45～75份；
进一步的，所述酵母菌粉态芽孢是由酵母菌在第一培养基溶液中经过发酵繁殖制成；所述节杆菌粉态芽孢是由节杆菌在第二培养基溶液中经过发酵繁殖制成；
进一步的，第一培养基溶液由5°麦芽汁1000mL和琼脂15～20g制备而成；第二培养基溶液由离子水1000mL、蛋白胨5～10g、酵母1～3g、牛肉浸取物1～5g、氯化钠5～6g和硫酸镁0.4～0.5g制成；
进一步的，所述多羟基醛为蔗糖、淀粉、纤维素中的一种或多种；
进一步的，所述有机钙为乳酸钙；
进一步的，具体有以下制备步骤：
(1)酵母菌培养液的制备：将酵母菌接种于灭菌后的第一培养基溶液，于28～30℃下振荡培养24h，得到酵母菌培养液；
(2)酵母菌粉态芽孢的制备：向酵母菌培养液中加入芽孢高效转化剂，得到酵母菌芽孢培养液，经喷雾干燥获得酵母菌粉态芽孢；
(3)节杆菌培养液的制备：将节杆菌接种至第二培养基溶液中，恒温振荡培养24～48小时，得到节杆菌培养液；
(4)节杆菌粉态芽孢的制备：向节杆菌培养液中加入芽孢高效转化剂，得到节杆菌芽孢培养液，经喷雾干燥获得节杆菌粉态芽孢；
(5)外养内护材料的制备：将酵母菌粉态芽孢、节杆菌粉态芽孢、多羟基醛、有机钙加入到水中，搅拌均匀，再加入丙三醇和环氧硬脂酸丁酯，得到外养内护材料。
本申请加入丙三醇这类油性物质以及环氧硬脂酸丁酯可以在混凝土粗糙的表面形成一种保护膜，保护膜可以有效地封堵水泥基材料的孔隙，可以有效地防止水泥基材料内部水分的挥发，起到水泥基材料保水的作用，确保水泥基材料水化过程的充分进行；
本申请利用酵母菌粉态芽孢的酶化作用，既可以分解多羟基醛这种糖类物质，同时还可以分解乳酸钙这种有机钙，分解后形成二氧化碳，利用节杆菌粉态芽孢可以加速二氧化碳的水化反应，使得二氧化碳反应形成碳酸根，形成碳酸根作用在于：混凝土内部水化过程中有一些氢氧化钙没有完全水化，此时碳酸根可以与基体内部没有完全水化的氢氧化钙反应生成碳酸钙这类碳酸盐矿物，用于填充混凝土内部的孔隙，形成一个密室结构，可以有效地提升水泥基材料的力学性能；
二氧化碳与基体内部没有完全水化的氢氧化钙反应生成碳酸钙，若是氢氧化钙水化比较彻底或者说基体内部仅剩下少量的氢氧化钙，此时节杆菌粉态芽孢使得二氧化碳反应形成碳酸根可以与外加的钙源发生反应，这里的钙源是乳酸钙，乳酸钙在早期已经被酵母菌粉态芽孢分解，钙离子被释放，形成的碳酸根还可以与钙离子反应形成碳酸钙这类矿物，进一步的填充了混凝土的孔隙；
多羟基醛用于被酵母菌分解形成二氧化碳然后与节杆菌反应形成碳酸根，乳酸钙用于作为钙源与形成的碳酸根反应生成矿物，提供钙源的同时也可以被酵母菌分解生成二氧化碳来形成碳酸根。
进一步的，步骤(2)和步骤(4)中的芽孢高效转化剂均为氯化锰，氯化锰的添加量为1～5g/L；
进一步的，步骤(2)和步骤(4)中的酵母菌芽孢培养液和节杆菌芽孢培养液的浓度均为107～108个/mL；
进一步的，步骤(2)和步骤(4)中的喷雾干燥的温度为100～120℃、速度为5～20mL/min、喷嘴直径1～3cm。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1、将水泥基外养内护材料均匀喷涂在新浇筑的水泥基材料表面，通过丙三醇以及环氧硬脂酸丁酯混合在一起可以在混凝土粗糙的表面形成一种保护膜，保护膜可以有效地封堵水泥基材料的孔隙，可以有效地防止水泥基材料内部水分的挥发，起到水泥基材料保水的作用以及修复水泥裂缝的作用，确保水泥基材料水化过程的充分进行，有效地解决了水泥水化不足导致水泥干燥收缩而产生裂缝的问题。
2、以水泥基外养内护材料喷涂在水泥基外表面的形式，通过水泥基材料的毛细孔深入到水泥基(混凝土)基体内部，并经过两个反应过程：其一是酵母菌粉态芽孢分解多羟基醛和乳酸钙的过程，也就是通过加入酵母菌粉态芽孢形成碳化反应来形成二氧化碳和水，其二是节杆菌粉态芽孢将二氧化碳转化为碳酸根，碳酸根与基体内部未反应的氢氧化钙反应生产碳酸钙，也就是一种碳酸盐矿物来填充混凝土的孔隙，起到提升水泥基材料力学性能的作用。
3、酵母菌粉态芽孢分解多羟基醛和乳酸钙，形成的二氧化氮在节杆菌粉态芽孢的作用下形成碳酸根，碳酸根不仅可以在早期与基体内部的氢氧化钙反应形成碳酸钙矿物来填充混凝土的孔隙，同时还可以在后期，乳酸钙中释放的钙离子与未和氢氧化钙反应掉的碳酸根反应生成碳酸钙矿物来进一步填充混凝土的孔隙，使得水泥基材料在长期服役过程中与有机钙反应形成矿物，达到进一步提升水泥基材料力学性能的效果。
4、该水泥基外养内护材料在水泥基材料外部形成保护膜，到达水泥基材料外部养护的效果，同时从通过外涂养护材料的方式由外至内渗透至水泥基材料内部对其进行养护，通过该外养内护同时进行的方式对水泥基材料起到长期养护的作用，可以有效地对水泥基材料进行养护，提高混凝土的耐久性能以及使用寿命。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明水泥基外养内护材料表面缺陷对比示意图；
图2是本发明水泥基外养内护材料孔隙特征对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供技术方案：一种水泥基外养内护材料及其制备方法：
实施例1：
水泥基材料各组分原料如下，按重量份数计，酵母菌粉态芽孢2份、节杆菌粉态芽孢2份、多羟基醛5份、乳酸钙5份、丙三醇10份、环氧硬脂酸丁酯1份、水75份；
酵母菌粉态芽孢是由酵母菌在第一培养基溶液中经过发酵繁殖制成；节杆菌粉态芽孢是由节杆菌在第二培养基溶液中经过发酵繁殖制成；第一培养基溶液为5°麦芽汁1000ml和琼脂15g制备而成；第二培养基溶液由离子水1000mL、蛋白胨5g、酵母1g、牛肉浸取物1g、氯化钠5g和硫酸镁0.4g制成；
多羟基醛为蔗糖；
一种外养内护水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)酵母菌培养液的制备：将酵母菌接种于灭菌后的由5°麦芽汁1000ml和琼脂15g制备而成的第一培养基溶液，于28℃下振荡培养24h，得到酵母菌培养液；
(2)酵母菌粉态芽孢的制备：向酵母菌培养液中加入氯化锰，氯化锰的添加量为1g/L，得到浓度为107个/mL的酵母菌芽孢培养液，经喷雾干燥获得酵母菌粉态芽孢，喷雾干燥的温度为100℃、速度为5mL/min、喷嘴直径1cm；
(3)节杆菌培养液的制备：将节杆菌接种至由离子水1000mL、蛋白胨5g、酵母1g、牛肉浸取物1g、氯化钠5g和硫酸镁0.4g制成的第二培养基溶液中，恒温振荡培养24小时，得到节杆菌培养液；
(4)节杆菌粉态芽孢的制备：向节杆菌培养液中加入氯化锰，氯化锰的添加量为1g/L，得到浓度为107个/mL的节杆菌芽孢培养液，经喷雾干燥获得节杆菌粉态芽孢，喷雾干燥的温度为100℃、速度为5mL/min、喷嘴直径1cm；
(5)外养内护材料的制备：将2份酵母菌粉态芽孢、2份节杆菌粉态芽孢、5份多羟基醛、5份有机钙加入到75份水中，充分搅拌均匀，再加入10份丙三醇和1份环氧硬脂酸丁酯，得到外养内护材料。
实施例2：
水泥基材料各组分原料如下，按重量份数计，酵母菌粉态芽孢3份、节杆菌粉态芽孢3份、多羟基醛8份、乳酸钙8份、丙三醇15份、环氧硬脂酸丁酯3份、水60份；
酵母菌粉态芽孢是由酵母菌在第一培养基溶液中经过发酵繁殖制成；节杆菌粉态芽孢是由节杆菌在第二培养基溶液中经过发酵繁殖制成；第一培养基溶液为5°麦芽汁1000ml和琼脂18g制备而成；第二培养基溶液由离子水1000mL、蛋白胨8g、酵母2g、牛肉浸取物3g、氯化钠5g和硫酸镁5g制成；
多羟基醛为淀粉；
一种外养内护水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)酵母菌培养液的制备：将酵母菌接种于灭菌后的由5°麦芽汁1000ml和琼脂18g制备而成的第一培养基溶液，于30℃下振荡培养24h，得到酵母菌培养液；
(2)酵母菌粉态芽孢的制备：向酵母菌培养液中加入氯化锰，氯化锰的添加量为3g/L，得到浓度为5.24×107个/mL的酵母菌芽孢培养液，经喷雾干燥获得酵母菌粉态芽孢，喷雾干燥的温度为110℃、速度为10mL/min、喷嘴直径2cm；
(3)节杆菌培养液的制备：将节杆菌接种至由离子水1000mL、蛋白胨8g、酵母2g、牛肉浸取物3g、氯化钠5g和硫酸镁5g制成的第二培养基溶液中，恒温振荡培养30小时，得到节杆菌培养液；
(4)节杆菌粉态芽孢的制备：向节杆菌培养液中加入氯化锰，氯化锰的添加量为3g/L，得到浓度为108个/mL的节杆菌芽孢培养液，经喷雾干燥获得节杆菌粉态芽孢，喷雾干燥的温度为110℃、速度为10mL/min、喷嘴直径2cm；
(5)外养内护材料的制备：将3份酵母菌粉态芽孢、3份节杆菌粉态芽孢、8份多羟基醛、8份有机钙加入到60份水中，充分搅拌均匀，再加入15份丙三醇和3份环氧硬脂酸丁酯，得到外养内护材料。
实施例3：
水泥基材料各组分原料如下，按重量份数计，酵母菌粉态芽孢5份、节杆菌粉态芽孢5份、多羟基醛10份、乳酸钙10份、丙三醇20份、环氧硬脂酸丁酯5份、水45份；
酵母菌粉态芽孢是由酵母菌在第一培养基溶液中经过发酵繁殖制成；节杆菌粉态芽孢是由节杆菌在第二培养基溶液中经过发酵繁殖制成；第一培养基溶液为5°麦芽汁1000ml和琼脂20g制备而成；第二培养基溶液由离子水1000mL、蛋白胨10g、酵母3g、牛肉浸取物5g、氯化钠6g和硫酸镁0.5g制成；
多羟基醛为纤维素；
一种外养内护水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)酵母菌培养液的制备：将酵母菌接种于灭菌后的由5°麦芽汁1000ml和琼脂20g制备而成的第一培养基溶液，于30℃下振荡培养24h，得到酵母菌培养液；
(2)酵母菌粉态芽孢的制备：向酵母菌培养液中加入氯化锰，氯化锰的添加量为5g/L，得到浓度为108个/mL的酵母菌芽孢培养液，经喷雾干燥获得酵母菌粉态芽孢，喷雾干燥的温度为120℃、速度为20mL/min、喷嘴直径3cm；
(3)节杆菌培养液的制备：将节杆菌接种至由离子水1000mL、蛋白胨10g、酵母3g、牛肉浸取物5g、氯化钠6g和硫酸镁0.5g制成的第二培养基溶液中，恒温振荡培养48小时，得到节杆菌培养液；
(4)节杆菌粉态芽孢的制备：向节杆菌培养液中加入氯化锰，氯化锰的添加量为5g/L，得到浓度为107～108个/mL的节杆菌芽孢培养液，经喷雾干燥获得节杆菌粉态芽孢，喷雾干燥的温度为120℃、速度为20mL/min、喷嘴直径3cm；
(5)外养内护材料的制备：将5份酵母菌粉态芽孢、5份节杆菌粉态芽孢、10份多羟基醛、10份有机钙加入到45份水中，充分搅拌均匀，再加入20份丙三醇和5份环氧硬脂酸丁酯，得到外养内护材料。
对比例1：
水泥基材料各组分原料如下，按重量份数计，节杆菌粉态芽孢3份、多羟基醛8份、乳酸钙8份、丙三醇15份、环氧硬脂酸丁酯3份、水60份；
节杆菌粉态芽孢是由节杆菌在第二培养基溶液中经过发酵繁殖制成；第二培养基溶液由离子水1000mL、蛋白胨8g、酵母2g、牛肉浸取物3g、氯化钠5g和硫酸镁5g制成；
多羟基醛为淀粉；
一种外养内护水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)节杆菌培养液的制备：将节杆菌接种至由离子水1000mL、蛋白胨8g、酵母2g、牛肉浸取物3g、氯化钠5g和硫酸镁5g制成的第二培养基溶液中，恒温振荡培养30小时，得到节杆菌培养液；
(2)节杆菌粉态芽孢的制备：向节杆菌培养液中加入氯化锰，氯化锰的添加量为3g/L，得到浓度为108个/mL的节杆菌芽孢培养液，经喷雾干燥获得节杆菌粉态芽孢，喷雾干燥的温度为110℃、速度为10mL/min、喷嘴直径2cm；
(3)外养内护材料的制备：将3份节杆菌粉态芽孢、8份多羟基醛、8份有机钙加入到60份水中，充分搅拌均匀，再加入15份丙三醇和3份环氧硬脂酸丁酯，得到外养内护材料。
对比例2：
水泥基材料各组分原料如下，按重量份数计，酵母菌粉态芽孢3份、多羟基醛8份、乳酸钙8份、丙三醇15份、环氧硬脂酸丁酯3份、水60份；
酵母菌粉态芽孢是由酵母菌在第一培养基溶液中经过发酵繁殖制成；第一培养基溶液为5°麦芽汁1000ml和琼脂18g制备而成；
多羟基醛为淀粉；
一种外养内护水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)酵母菌培养液的制备：将酵母菌接种于灭菌后的由5°麦芽汁1000ml和琼脂18g制备而成的第一培养基溶液，于30℃下振荡培养24h，得到酵母菌培养液；
(2)酵母菌粉态芽孢的制备：向酵母菌培养液中加入氯化锰，氯化锰的添加量为3g/L，得到浓度为5.24×107个/mL的酵母菌芽孢培养液，经喷雾干燥获得酵母菌粉态芽孢，喷雾干燥的温度为110℃、速度为10mL/min、喷嘴直径2cm；
(3)外养内护材料的制备：将3份酵母菌粉态芽孢、8份多羟基醛、8份有机钙加入到60份水中，充分搅拌均匀，再加入15份丙三醇和3份环氧硬脂酸丁酯，得到外养内护材料。
以实施例2为对照做对比试验1和对比试验2，对比例1中不添加酵母菌粉态芽孢，对比例2中不添加节杆菌粉态芽孢，将实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2中获得的水泥基材料外养内护材料均匀喷涂在新浇筑的水泥基材料表面，在恒温环境，持续监测水泥基材料中水分流失情况，分析水泥基材料表面缺陷和孔隙特征，并与未喷洒外养内护材料做对比试验得到下表：
Figure BDA0003093837510000131
由上表可知：实施例1中用到2份酵母菌粉态芽孢和2份节杆菌粉态芽孢制备外养内护材料，实施例2中用到3份酵母菌粉态芽孢、3份节杆菌粉态芽孢制备外养内护材料，实施例3中用到5份酵母菌粉态芽孢、5份节杆菌粉态芽孢制备外养内护材料，制备得到的不同的外养内护都外涂在水泥基材料表面；
实施例1中制备得到的外养内护材料降低了原来表面缺陷的65％，实施例2中制备得到的外养内护材料降低了原来表面缺陷的80％，实施例3中制备得到的外养内护材料降低了原来表面缺陷的70％；通过数据可以知道，3个实施例都降低原有水泥基材料的表面缺陷，其中实施例2得到的外养内护材料降低原来水泥基材料表面缺陷的效果最好，表面缺陷降低了原来的80％，提高水泥基力学性能的效果最佳；
在水泥基材料深度为4mm时，实施例1中制备得到的外养内护材料填充水泥基材料孔隙的孔隙率为0.37％，实施例2中制备得到的外养内护材料填充水泥基材料孔隙的孔隙率为0.32％，实施例3中制备得到的外养内护材料填充水泥基材料孔隙的孔隙率为0.34％，没有外涂该外养内护材料的水泥基材料的孔隙率为0.44％，通过数据可以知道3个实施例都在一定程度上填充了水泥基材料的内部孔隙，其中实施例2的填充孔隙的效果最佳，孔隙率最低，防止水泥基内部结构水挥发的效果最好。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水泥基外养内护材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）酵母菌培养液的制备：将酵母菌接种于灭菌后的第一培养基溶液，于28～30℃下振荡培养24h，得到酵母菌培养液；
（2）酵母菌粉态芽孢的制备：向酵母菌培养液中加入芽孢高效转化剂，得到酵母菌芽孢培养液，经喷雾干燥获得酵母菌粉态芽孢；
（3）节杆菌培养液的制备：将节杆菌接种至第二培养基溶液中，恒温振荡培养24～48小时，得到节杆菌培养液；
（4）节杆菌粉态芽孢的制备：向节杆菌培养液中加入芽孢高效转化剂，得到节杆菌芽孢培养液，经喷雾干燥获得节杆菌粉态芽孢；
（5）外养内护材料的制备：按重量份数计，将2～5份酵母菌粉态芽孢、2～5份节杆菌粉态芽孢、5～10份多羟基醛、5～10份乳酸钙加入到45～75份水中，搅拌均匀，再加入10～20份丙三醇和1～5份环氧硬脂酸丁酯，得到外养内护材料。
2.根据权利要求1所述的一种水泥基外养内护材料的制备方法，其特征在于：第一培养基溶液由5°麦芽汁和琼脂制备而成；第二培养基溶液由离子水、蛋白胨、酵母、牛肉浸取物、氯化钠和硫酸镁制成。
3.根据权利要求1所述的一种水泥基外养内护材料的制备方法，其特征在于：所述多羟基醛为蔗糖、淀粉、纤维素中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种水泥基外养内护材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）和步骤（4）中的芽孢高效转化剂均为氯化锰，氯化锰的添加量为1～5g/L。
5.根据权利要求1所述的一种水泥基外养内护材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）和步骤（4）中的酵母菌芽孢培养液和节杆菌芽孢培养液的浓度均为107～108个/mL。
6.根据权利要求1所述的一种水泥基外养内护材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）和步骤（4）中的喷雾干燥的温度为100～120℃、速度为5～20mL/min、喷嘴直径1～3cm。
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