CN116199492B - 一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料及制备方法和应用 - Google Patents

一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料及制备方法和应用 Download PDF

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CN116199492B CN202310233751.7A CN202310233751A CN116199492B CN 116199492 B CN116199492 B CN 116199492B CN 202310233751 A CN202310233751 A CN 202310233751A CN 116199492 B CN116199492 B CN 116199492B
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Abstract

本发明提供一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料及制备方法和应用,所述基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料包括:牡蛎壳、水和独立包装的修复微生物;所述修复微生物利用牡蛎壳为底物合成方解石。本发明创造性地将牡蛎壳、水和独立包装的修复微生物应用于制备混凝土和岩石修复材料,其中牡蛎壳可以替代传统技术中的胶结液,提供钙源和氮元素;修复微生物筛选自待修复混凝土或岩石同类环境下未出现缝隙的混凝土及岩石周围的土壤样本,修复微生物为混菌体系,可以利用牡蛎壳为底物合成具有胶凝和填充作用的碳酸钙结晶方解石,从而达到修复效果。

Description

一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料及制备方法和 应用
技术领域
本发明属于微生物环境修复领域,具体涉及一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料及制备方法和应用。
背景技术
在基础建设施工过程中常会遇到存在裂隙的岩石层,裂隙广泛而普遍的发育于所有岩性岩石中,裂隙是影响岩石性质的重要因素,岩体的裂隙会造成岩体稳定性差,进而导致工程灾害等潜在风险。岩石裂隙的存在不仅降低了岩石的强度,同时也使岩石的透水性升高。一般岩石裂隙越大、发育率越高,强度越低。为了避免部分岩土工程灾害发生,对岩石表面裂隙进行修复尤为重要。对于岩石裂隙,目前常采取剔打、清缝、灌浆填充等方法进行化学或物理改良,或者根据实际情况,采用钢筋混凝土梁板跨越等方法改善该问题,然而这些方法存在工艺要求较高、造价高、环境不友好和加固效果不佳等问题。
近年来,微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)这一新兴加固技术弥补了传统修复方法在工程应用中的局限。其原理为:一些细菌通过新陈代谢产生脲酶,尿素在脲酶的催化作用下水解,产生铵根离子和碳酸根离子,微生物表面具有整体的负电荷,导致带正电荷的阳离子不断沉积,与水解尿素生成的碳酸根离子析出具有胶凝和填充作用的碳酸钙结晶方解石。
岩石裂隙由于微生物诱导的碳酸钙晶体得到了有效的封堵加固,使得岩体的整体性、力学性能,包括强度、刚度和渗透性等均得到提高。随着这一新兴加固技术的不断研究,学者们发现MICP技术具有加固均匀、加固效果稳定、适用范围广、施工扰动小、灌浆压力低以及环境友好等优势,有利于土木工程的绿色发展,符合生态建设要求。
目前微生物诱导碳酸钙沉淀技术应用于土石砖类建筑修复、混凝土裂缝修复、智能自修复混凝土、岩土体加固、大坝及土中构筑物防渗堵漏、砂土液化防治等多领域,且已进行了众多研究并取得了极大进展。
CN106699026A公开一种基于产脲酶微生物矿化沉积的裂缝自修复再生混凝土及其制备方法,其组分为载有产脲酶微生物的膨胀珍珠岩、水泥、石子、砂、硅灰、水、尿素、氯化钙、产脲酶微生物悬浮液及减水剂。它以产脲酶微生物作为混凝土裂缝修复剂,通过产脲酶微生物的新陈代谢产生尿素酶,将尿素分解为NH4 +和CO3 2+,进而矿化沉积碳酸钙修复裂缝。在制备过程中,通过将一部分裂缝修复剂直接掺入混凝土中,实现对再生粗骨料自身上的裂缝、孔洞、以及再生骨料和新水泥石基体之间的粘结薄弱区进行裂缝自修复,从而提高再生混凝土的力学性能;同时,将另一部分裂缝修复剂首先吸附到膨胀珍珠岩载体内,然后再掺入混凝土中,用以提高再生混凝土在服役期间的裂缝自修复能力。
CN109610658A公开了一种利用微生物诱导碳酸钙沉积修复混凝土裂缝的方法,包括以下步骤:制备液体的合成培养基,配置0.1mol/L的氢氧化钠溶液矫正培养基pH=9.0~10.0,将巴氏芽孢杆菌接种到培养基中,放入恒温振荡箱,温度设置30℃,转速设置200rpm,进行培养,全程保持无菌状态;将培养好的菌液和尿素混合,静置一段时间,然后将混合液与钙盐溶液同时滴灌到混凝土裂缝中。与传统混凝土裂缝修复方法比较,该发明处理混凝土裂缝具有时效快,强度高的优势。
现有研究已将微生物土体改良技术广泛应用于土体的防渗封堵,但在封堵岩石裂隙方面的应用研究还不充分。因此有必要对岩石裂缝修复进行研究,以完善微生物修复裂隙技术,为该技术的应用推广提供理论和技术支持。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料及制备方法和应用。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,所述基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料包括:
牡蛎壳、水和独立包装的修复微生物;所述修复微生物利用牡蛎壳为底物合成方解石。
本发明创造性地将牡蛎壳、水和独立包装的修复微生物应用于制备混凝土和岩石修复材料,其中牡蛎壳可以替代传统技术中的胶结液,提供钙源和氮元素;修复微生物筛选自待修复混凝土或岩石同类环境下未出现缝隙的混凝土及岩石周围的土壤样本,修复微生物为混菌体系,可以利用牡蛎壳为底物合成具有胶凝和填充作用的碳酸钙结晶方解石,从而达到修复效果。
本发明所述可注射微生物修复材料在使用时仅需将牡蛎壳、水和修复微生物等成分混匀后,使用注射装置(例如图1所示注射装置)注射至裂隙中即可,微生物可以在缝隙中利用牡蛎壳合成大量的方解石,能够修复填补缝隙,降低混凝土或岩石渗透性,减少内部结构破损,达到稳固建筑的效果。
优选地,所述修复微生物与牡蛎壳的质量比为1:(1-8)。
所述(1-8)中的具体数值可以选择1、2、3、4、5、6、7或8等,上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择,在此便不再一一赘述。
本发明所述修复微生物与牡蛎壳的质量比为1:(1-8)时,所述基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的方解石产物含量更高,应用于混凝土或岩石缝隙修复效果好。
优选地,所述修复微生物的活菌数不低于107cfu/g;
所述不低于107cfu/g中的具体数值可以选择107cfu/g、2×107cfu/g、4×107cfu/g、6×107cfu/g、8×107cfu/g、108cfu/g或5×108cfu/g等,上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择,在此便不再一一赘述。
本发明所述修复微生物的活菌数不低于107cfu/g时,所述基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料混匀后方解石的合成速率快,最终产物含量也更高,应用于混凝土或岩石缝隙修复效果更好。
优选地,所述牡蛎壳为粉状牡蛎壳;
优选地,所述粉状牡蛎壳的颗粒目数为20-300目。
所述20-300目中的具体数值可以选择20目、50目、80目、120目、150目、180目、210目、240目、270目或300目等,上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择,在此便不再一一赘述。
优选地,所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料还包括尿素;
本发明所述基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料还包括尿素,脲解型菌是混凝土修复领域中非常重要的微生物,脲解型菌可以水解尿素产生铵根离子和碳酸根离子,碳酸根离子可以和牡蛎壳粉中的钙离子结合生成碳酸钙结晶-方解石,在本发明所述可注射微生物修复材料中加入尿素,可以提高矿化产物方解石产量,进而有利于降低修复后原裂缝部位的渗透性。
优选地,所述尿素与牡蛎壳的质量比为1:(1-10)。
所述1-10中的具体数值可以选择1、2、3、4、5、6、7、8、9或10等,上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择,在此便不再一一赘述。
优选地,所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料还包括碳源和/或无机盐;
优选地,所述碳源包括酵母提取物、葡萄糖、蔗糖或果糖中的任意一种或至少两种的组合,所述至少两种的组合包括酵母提取物和葡萄糖的组合、葡萄糖和蔗糖的组合或蔗糖和果糖的组合等,其他任意的组合方式均可选择,在此便不再一一赘述。
优选地,所述碳源包括酵母提取物。
优选地,所述无机盐包括(NH4)2SO4、NH4Cl、NaH2PO4、Na2HPO4或NaCl中的任意一种或至少两种的组合;所述至少两种的组合包括(NH4)2SO4和NH4Cl的组合、NH4Cl和NaH2PO4的组合或NaH2PO4和Na2HPO4的组合等,其他任意的组合方式均可选择,在此便不再一一赘述。
优选地,所述无机盐包括(NH4)2SO4
第二方面,本发明提供如第一方面所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的制备方法,所述制备方法包括如下步骤:
(1)取待修复混凝土或岩石同类环境下的无裂缝混凝土或岩石周围的土壤样本,与牡蛎壳混合,加水培养,筛选,制得所述修复微生物;
(2)修复微生物单独分装,牡蛎壳和水独立包装或牡蛎壳与水共包装,制得所述基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料。
本发明所述基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的制备方法包括修复微生物筛选,修复微生物、牡蛎壳及水的包装。本发明制备方法工艺简单,适宜工业放大。
本发明的修复微生物筛选自待修复混凝土或岩石同类环境下的无裂缝混凝土或岩石周围的土壤样本,筛选到的菌株适宜在同类环境下生长繁殖,且菌株筛选条件为牡蛎壳合成方解石的能力,因此,筛选到的修复微生物修复同类环境下混凝土或岩石裂隙能力强,速度快。本发明所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料应用于混凝土及岩石修复,修复效果好。
优选地,步骤(1)所述环境包括寒冷环境、高温环境、干燥环境、潮湿环境、干湿交替环境、海水环境或盐渍土环境中的一种。
本发明所述基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料根据不同环境筛选不同的修复微生物,操作灵活性高,适用范围广。
优选地,所述混凝土周围的土壤样本为混凝土周围50cm内的土壤样本。
所述50cm内中的具体数值可以选择50cm、48cm、46cm、44cm、42cm、40cm、38cm、36cm、34cm或32cm等,上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择,在此便不再一一赘述。
优选地,步骤(1)所述牡蛎壳混合前粉碎;
优选地,所述粉碎后过筛;
优选地,所述过筛用筛网的目数为20-300目。
所述20-300目中的具体数值可以选择20目、50目、80目、120目、150目、180目、210目、240目、270目或300目等,上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择,在此便不再一一赘述。
优选地,步骤(1)所述混合还包括与碳源和/或无机盐的混合。
优选地,步骤(1)所述培养的温度为15-35℃,培养的时间为5-20天;
所述15-35℃中的具体数值可以选择15℃、18℃、21℃、24℃、27℃、30℃、33℃或35℃等,上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择,在此便不再一一赘述。
所述5-20天中的具体数值可以选择5天、8天、11天、14天、17天或20天,上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择,在此便不再一一赘述。
优选地,步骤(1)所述筛选的指标包括培养物中矿化产物方解石不低于70g/L。
所述不低于70g/L的具体数值可以选择70g/L、71g/L、72g/L、73g/L、74g/L或75g/L等。
上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择,在此便不再一一赘述。
优选地,步骤(1)所述筛选后还包括扩大培养的操作;
优选地,所述扩大培养后还包括冷冻干燥的操作。
优选地,步骤(2)还包括尿素的包装;
优选地,所述尿素的包装为独立包装或与牡蛎壳共包装。
优选地,步骤(2)还包括碳源和/或无机盐的包装;
优选地,所述碳源和/或无机盐的包装为独立包装或与牡蛎壳共包装。
第三方面,本发明提供如第一方面所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料或如第二方面所述的制备方法在混凝土或岩石建筑修复中的应用。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
1、本发明创造性地将牡蛎壳、水和独立包装的修复微生物应用于制备混凝土和岩石修复材料,其中牡蛎壳可以替代传统技术中的胶结液,提供钙源和氮元素;修复微生物筛选自待修复混凝土或岩石同类环境下未出现缝隙的混凝土及岩石周围的土壤样本,修复微生物为混菌体系,可以利用牡蛎壳为底物合成具有胶凝和填充作用的碳酸钙结晶方解石,从而达到修复效果。
本发明所述可注射微生物修复材料在使用时仅需将牡蛎壳、水和修复微生物等成分混匀后,使用注射装置(例如图1所示注射装置)注射至裂隙中即可,微生物可以在缝隙中利用牡蛎壳合成大量的方解石,能够修复填补缝隙,降低混凝土或岩石渗透性,减少内部结构破损,达到稳固建筑的效果。
2、本发明所述基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的制备方法包括修复微生物筛选,修复微生物、牡蛎壳及水的包装。本发明制备方法工艺简单,适宜工业放大。
本发明的修复微生物筛选自待修复混凝土或岩石同类环境下的无裂缝混凝土或岩石周围的土壤样本,筛选到的菌株适宜在同类环境下生长繁殖,且菌株筛选条件为牡蛎壳合成方解石的能力,因此,筛选到的修复微生物修复同类环境下混凝土或岩石裂隙能力强,速度快。本发明所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料应用于混凝土及岩石修复,修复效果好。
附图说明:
图1为注射装置结构示意图。
图中:1、推杆;2、通气孔;3、第一注入孔;4、第一壳体;5、第二壳体;6、搅拌转置;7、出液孔;8、引流管;9、支架;10、活塞;11、第二注入孔;12、营养液/水注入孔。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件,或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可通过正规渠道商购获得的常规产品。
下述内容中酵母提取物为来源于的阿拉丁公司货号为Y139521的产品。
实施例1
本实施例提供一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其制备方法如下:
(1)修复微生物制备:取青岛市(潮湿环境)无裂缝混凝土周围20cm内的土壤样本1kg,使用无菌水1000倍稀释土壤样本后,取100μL接种至10mL培养基(酵母提取物20g/L;(NH4)2SO4 10g/L;Tris 20.4g/L;牡蛎粉100g/L;余量为水)中,检测样本的OD600值,筛选出生长最快的20个样本。
分别取上述20个样本各100μL,接种于10mL含牡蛎粉的培养基(酵母提取物20g/L;(NH4)2SO4 10g/L;Tris 20.4g/L;牡蛎粉100g/L;尿素10g/L;余量为水)中,在30℃,200rpm的条件下培养5d后,使用X射线衍射仪在电压为35kV,电流为25mA,狭缝为1&0.3&1的条件下,检测培养物中的矿化产物方解石含量。将方解石含量高于70g/L的样本的上清液混合在一起,制得所述修复微生物菌液。
将修复微生物菌液使用培养基(酵母提取物20g/L;(NH4)2SO4 10g/L;Tris20.4g/L,余量为水)在30℃,200rpm扩大培养,离心后菌体沉淀加入5%的甘露醇,真空冷冻干燥后获得修复微生物冻干粉(活菌数约107cfu/g)。
(2)1份修复微生物冻干粉装至胶囊A;5份牡蛎壳粉末、1份尿素、0.1份酵母提取物、0.1份(NH4)2SO4混匀后装至胶囊B,12.8份水装至C瓶中,制得所述牡蛎壳的可注射微生物修复材料。本实施例中牡蛎壳粉末的颗粒目数均为200目。
实施例2
本实施例提供一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其制备方法如下:
(1)修复微生物制备:取内蒙古自治区呼和浩特市(盐渍土环境)无裂缝混凝土周围25cm内的土壤样本2kg,使用无菌水1000倍稀释土壤样本后,取100μL接种至10mL培养基(酵母提取物20g/L;(NH4)2SO4 10g/L;Tris 20.4g/L;牡蛎粉100g/L;余量为水)中,检测样本的OD600值,筛选出生长最快的20个样本。
分别取上述20个样本各100μL,接种于10mL含牡蛎粉的培养基(酵母提取物20g/L;(NH4)2SO4 10g/L;Tris 20.4g/L;牡蛎粉100g/L;尿素10g/L;余量为水)中,在30℃,200rpm的条件下培养2d后,使用X射线衍射仪在电压为35kV,电流为25mA,狭缝为1&0.3&1的条件下,检测培养物中的矿化产物方解石含量。将方解石含量高于72g/L的样本的上清液混合在一起,制得所述修复微生物菌液。
将修复微生物菌液使用培养基(酵母提取物20g/L;(NH4)2SO4 10g/L;Tris20.4g/L,余量为水)在30℃,200rpm扩大培养,离心后菌体沉淀加入5%的甘露醇,真空冷冻干燥后获得修复微生物冻干粉(活菌数约2×107cfu/g)。
(2)2份修复微生物冻干粉装至胶囊A;2份牡蛎壳粉末,2份尿素、0.3份酵母提取物、0.2份(NH4)2SO4装至胶囊B,13.5份水装至C瓶中,制得所述基于牡蛎壳的可注射微生物修复材料。本实施例中牡蛎壳粉末的颗粒目数均为300目。
实施例3
本实施例提供一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其制备方法如下:
(1)修复微生物制备:取甘肃省庆阳市(冬季寒冷干燥环境)无裂缝混凝土周围50cm内的土壤样本5kg,使用无菌水1000倍稀释土壤样本后,取100μL接种至10mL培养基(酵母提取物20g/L;(NH4)2SO4 10g/L;Tris 20.4g/L;牡蛎粉100g/L;余量为水)中,检测样本的OD600值,筛选出生长最快的20个样本。
分别取上述20个样本各100μL,接种于10mL含牡蛎粉的培养基(酵母提取物20g/L;(NH4)2SO4 10g/L;Tris 20.4g/L;牡蛎粉100g/L;尿素10g/L;余量为水)中,在30℃,220rpm的条件下培养4d后,使用X射线衍射仪在电压为35kV,电流为25mA,狭缝为1&0.3&1的条件下,检测培养物中的矿化产物方解石含量。将方解石含量高于75g/L的样本的上清液混合在一起,制得所述修复微生物菌液。
将修复微生物菌液使用培养基(酵母提取物20g/L;(NH4)2SO4 10g/L;Tris20.4g/L,余量为水)在30℃,180rpm扩大培养,离心后菌体沉淀加入5%的甘露醇,真空冷冻干燥后获得修复微生物冻干粉(活菌数约5×107cfu/g)。
(2)0.5份修复微生物冻干粉装至胶囊A;4份牡蛎壳粉末,0.4份尿素、0.1份酵母提取物、0.3份(NH4)2SO4装至胶囊B,14.7份水装至C瓶中,制得所述基于牡蛎壳的可注射微生物修复材料。本实施例中牡蛎壳粉末的颗粒目数均为100目。
实施例4
本实施例提供一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(2)中胶囊B中不含尿素,并将12.8份水替换为13.8份水,其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(2)中胶囊B中不含酵母提取物,并将12.8份水替换为12.9份水,其余均与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(1)方解石含量高于70g/L的样本替换为方解石含量高于65g/L的样本,其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(1)1份修复微生物冻干粉;5份牡蛎壳粉末(修复微生物冻干粉:牡蛎壳粉末=1:5)替换为6份修复微生物冻干粉;5份牡蛎壳粉末(修复微生物冻干粉:牡蛎壳粉末=1:0.83),并将12.8份水替换为7.8份水,其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(1)1份修复微生物冻干粉;5份牡蛎壳粉末(修复微生物冻干粉:牡蛎壳粉末=1:5)替换为0.55份修复微生物冻干粉;5份牡蛎壳粉末(修复微生物冻干粉:牡蛎壳粉末=1:9.09),并将12.8份水替换为13.25份水,其余均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(1)5份牡蛎壳粉末、1份尿素(牡蛎壳粉末:尿素=5:1)替换为5份牡蛎壳粉末、0.42份尿素(牡蛎壳粉末:尿素=12:1),并将12.8份水替换为13.38份水,其余均与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(1)5份牡蛎壳粉末、1份尿素(牡蛎壳粉末:尿素=5:1)替换为5份牡蛎壳粉末、6份尿素(牡蛎壳粉末:尿素=0.83:1),并将12.8份水替换为7.8份水,其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(2)不含牡蛎壳粉末,并将牡蛎壳粉末等质量替换为胶结液(氯化钙与尿素质量比为1:1)的混合物,其余均与实施例1相同。
测试例1
对实施例1、4-10或对比例1制得的修复材料的修复效果进行评价,具体评价如下:
使用稳定流动法,通过水压力渗透测试仪检测并计算混凝土试样修复前系数,每组含有3个试样,且混凝土试样的人造缝隙大小位置均保持一致。
将实施例或对比例修复材料中的胶囊和瓶中的成分混匀,借助如图1所示的注射装置注射入混凝土试样的人造缝隙中,使修复材料完全填满缝隙,放置1个月后,使用稳定流动法,再次通过水压力渗透测试仪检测修复后具有裂缝破损的混凝土试样的渗透性能。修复率(%)=(修复前渗透系数-修复后渗透系数)/修复前渗透系数×100%。结果如表1所示。
表1
组别 修复率(%)
实施例1 94.71
实施例4 83.35
实施例5 82.52
实施例6 89.97
实施例7 85.61
实施例8 82.31
实施例9 90.49
实施例10 92.55
对比例1 81.78
由表1数据可知,实施例4较实施例1的修复材料中缺少尿素,其修复率较实施例1低,表明尿素搭配牡蛎粉使用,提供足量的尿素底物,能够显著降低裂缝混凝土的渗透性,提高所述修复材料的修复率。
实施例5较实施例1修复材料中缺少酵母提取物,其修复率较实施例1低,表明在微生物修复材料中加入少量的微生物营养物质,有利于微生物快速增殖和进行后续的修复反应。
实施例6较实施例1相比,其筛选条件为方解石含量高于65g/L的样本,其修复率较实施例1低,表明选择方解石结晶含量高于70g/L的样本进行后续的修复过程,混凝土的修复效果更优。
实施例7、实施例8较实施例1相比,修复微生物与牡蛎壳粉末的质量比不在1:(1-8)的优选范围内,其修复率均较实施例1低,表明修复材料中修复微生物与牡蛎壳粉末在特定的优选范围内时,用于混凝土修复的效果更好。
实施例9、实施例10较实施例1相比,牡蛎壳粉末与尿素的质量比不在(1-10):1的优选范围内,其修复率均较实施例1低,表明修复材料中牡蛎壳粉末与尿素的质量比在特定的优选范围(1-10):1内时,用于混凝土修复的效果更好。
对比例1使用常规的胶结剂,其修复率较实施例1差,表明牡蛎壳粉不仅具备提供结晶原料钙源、微生物分解底物尿素来源,还具备矿化载体的作用,而对比例1未添加牡蛎粉,无矿化载体,修复后抗渗效果差。
测试例2
对实施例1-3制得的基于牡蛎壳的可注射微生物修复材料进行不同环境下的修复效果评价。具体评价方法如下:
混凝土试样制备人造缝隙,并提前置于不同环境中处理2月后进行后续修复实验。实施例1试样置于空气湿度为73%的环境中,实施例2试样置于盐渍土中,实施例3试样置于-5℃。
试样处理后使用稳定流动法,通过水压力渗透测试仪检测计算混凝土试样修复前系数,每组含有3个试样,且混凝土试样的人造缝隙大小位置均保持一致。
随后将实施例或对比例修复材料中的胶囊和瓶中的成分混匀,借助如图1所示的注射装置注射入混凝土试样的人造缝隙中,使修复材料完全填满缝隙,分别在不同的环境中放置1个月后(实施例1试样置于空气湿度为73%的环境中,实施例2试样置于盐渍土中,实施例3试样置于-5℃)。放置后使用稳定流动法,再次通过水压力渗透测试仪检测修复后具有裂缝破损的混凝土试样的渗透性能。修复率(%)=(修复前渗透系数-修复后渗透系数)/修复前渗透系数×100%。结果如表2所示。
表2
组别 修复率(%)
实施例1 93.35
实施例2 91.28
实施例3 90.52
由表2数据可知,实施例1-3的修复率均超过90%,表明本发明所述的微生物修复材料可依据不同环境筛选对应的微生物,灵活适用于各种混凝土修复环境,该修复材料应用潜力大。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (17)

1.一种基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其特征在于,所述基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料包括:
牡蛎壳、水、独立包装的修复微生物和尿素;所述修复微生物利用牡蛎壳为底物合成方解石;
所述牡蛎壳为颗粒目数为20-300目的粉状牡蛎壳;
所述修复微生物的活菌数不低于107 cfu/g;
所述尿素与牡蛎壳的质量比为1:(1-10);
所述修复微生物与牡蛎壳的质量比为1:(1-8);
所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料还包括碳源和/或无机盐;
所述修复微生物筛选自待修复混凝土或岩石同类环境下未出现缝隙的混凝土及岩石周围的土壤样本,修复微生物为混菌体系。
2.如权利要求1所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其特征在于,所述碳源包括酵母提取物、葡萄糖、蔗糖或果糖中的任意一种或至少两种的组合。
3.如权利要求2所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其特征在于,所述碳源包括酵母提取物。
4.如权利要求1所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其特征在于,所述无机盐包括(NH4)2SO4、NH4Cl、NaH2PO4、Na2HPO4或NaCl中的任意一种或至少两种的组合。
5.如权利要求4所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料,其特征在于,所述无机盐包括(NH4)2SO4
6.如权利要求1-5中任一项所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
(1)取待修复混凝土或岩石同类环境下的无裂缝混凝土或岩石周围的土壤样本,与牡蛎壳混合,加水培养,筛选,制得所述修复微生物;
(2)修复微生物单独分装,牡蛎壳和水独立包装或牡蛎壳与水共包装,制得所述基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料;
步骤(1)所述混合还包括与碳源和/或无机盐的混合;
步骤(1)所述筛选的指标包括培养物中矿化产物方解石不低于70 g/L;
所述步骤(2)中还包括尿素的包装,碳源和/或无机盐的包装。
7.如权利要求6所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述环境包括寒冷环境、高温环境、干燥环境、潮湿环境、干湿交替环境、海水环境或盐渍土环境中的一种。
8.如权利要求6所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的制备方法,其特征在于,所述混凝土或岩石周围的土壤样本为混凝土周围50 cm内的土壤样本。
9.如权利要求6所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述牡蛎壳混合前粉碎。
10.如权利要求9所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的制备方法,其特征在于,所述粉碎后过筛。
11.如权利要求10所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的制备方法,其特征在于,所述过筛用筛网的目数为20-300目。
12.如权利要求6所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述培养的温度为15-35℃,培养的时间为5-20天。
13.如权利要求6所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述筛选后还包括扩大培养的操作。
14.如权利要求13所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的制备方法,其特征在于,所述扩大培养后还包括冷冻干燥的操作。
15.如权利要求6所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的制备方法,其特征在于,所述尿素的包装为独立包装或与牡蛎壳共包装。
16.如权利要求6所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料的制备方法,其特征在于,所述碳源和/或无机盐的包装为独立包装或与牡蛎壳共包装。
17.如权利要求1-5中任一项所述的基于牡蛎壳基的可注射微生物修复材料或如权利要求6-16中任一项所述的制备方法在混凝土或岩石建筑修复中的应用。
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