一种基于微生物水泥的混凝土表面修复防护方法与流程

1.本发明属于微生物和混凝土缺陷修复技术交叉科学技术领域，具体涉及一种基于微生物水泥的混凝土表面修复防护方法。

背景技术：

2.随着人口和城市化的增加，对城市基础设施建设的需求也在增加。在此过程中，混凝土表面质量缺陷问题需要处理。然而，传统的物理和化学修复手段会带来许多环境污染问题，因此寻一种节能环保的混凝土表面修复防护技术是非常重要的。近年来，国内外研究人员发现了一种可持续的微生物诱导方解石沉淀(micp)技术。micp技术可以改变混凝土基质，提高混凝土基质的强度、刚度、抗侵蚀性和渗透性。该方法是运用混凝土表面的吸附特性来富集菌体，以提供给微生物适合矿化的反应环境，通过生物水泥可以生成环保的胶凝材料，并胶结在混凝土基质上形成致密碳酸钙覆膜层，部分填补空隙，从而增加了所需的力学性能。此外，micp还是一种比较新颖、绿环保的混凝土修复技术，在混凝土修复防护中受到了广泛关注。该技术已被提出可用于不同的材料、环境和建筑等领域，如沙土固化、修复文物、减缓侵蚀、海岸线保护及边坡治理等。
3.微生物诱导矿化反应产物为碳酸钙结晶与混凝土基质具备良好的相容性和界面强度，同时作为无机矿物材料具有良好的环境友好性和耐候性。近年来，运用micp技术修复混凝土缺陷已在许多国家逐步发展起来，并显示出良好的应用前景。目前针对微生物矿化修复混凝土技术的研究主要仍集中于试验室内，工艺上仍然存在许多问题需要研究者们来突破和解决，也是本研究的重要内容之一。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种价格低廉、工艺简单、修复效果好、绿环保的混凝土缺陷修复技术，本发明提出一种基于微生物水泥的混凝土表面修复防护方法，以解决背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：微生物水泥的混凝土表面修复防护方法，具体操作步骤如下：
6.s1、混凝土表面修复材料的制备：预先进行微生物水泥的制备以及矿化菌营养盐溶液的配制；
7.s2、微生物水泥黏胶蛋白混合液的制备：微生物水泥中加入适量黏胶蛋白增加混凝土表面修复层的韧性，提高其抗裂性能；
8.s3、微生物水泥表面修复防护试验采用向混凝土试件表面先涂覆加入适量黏胶蛋白的矿化菌液，待混凝土表面基本风干后再涂覆矿化菌营养液的方法，构筑微生物固化层；
9.s4、对混凝土试件表面进行多次涂覆，碳酸钙持续增长，待混凝土表面均已被沉积的碳酸钙覆盖，覆膜层较厚，且坚硬、密实即可；
10.s5、黏结强度测试：采用内径50mm打孔器将覆膜层完全割断，用高强胶黏剂粘贴钢
标准块，静置24h后进行黏结强度试验，试验时以1500n/min匀速加载至拉断。
11.作为本发明的一种优选技术方案，s1步骤中试验菌种为为巴氏芽孢八叠球菌，培养液配方为酵母提取物20g/l，tris 15.75g/l。
①
首先培养液经121℃高压灭菌20min，根据需要加入(nh4)2so4溶液至浓度为10g/l；
②
取菌种注入培养基内，在30℃的温度下，以200r/min的转速进行振荡培养，至活化成功；
③
取活化后的菌液以注入锥形瓶400ml培养基内，同样条件下振荡培养10～12h；
④
测试菌液浓度及脲酶活性，采用电导率法测定菌液的脲酶活性，控制菌液od
600
值在0.8～1.2之间，脲酶活性大于3.0mmol/min。
12.作为本发明的一种优选技术方案，s2步骤中试验采用10倍浓缩菌液，菌液中黏胶蛋白掺量为1～3g/l。
13.作为本发明的一种优选技术方案，s3步骤中将混凝土试件表面打磨并清理干净，用玻璃胶将混凝土试件表面分隔成直径为50mm的圆形钢标准块。
14.作为本发明的一种优选技术方案，s3步骤中试验时先加入适量黏胶蛋白的矿化菌液，待菌液风干或3h后再注入营养液，注入量为0.1～0.15ml/cm2。
15.作为本发明的一种优选技术方案，s4步骤中修复混每日涂覆一次，涂覆15次以上。
16.作为本发明的一种优选技术方案，s5步骤中黏结强度试验采用圆形钢标准块，直径为50mm，厚度大于20mm，钢标准块带有传力螺杆。测试前采用内径50mm打孔器将覆膜层完全割断，用高强胶黏剂粘贴钢标准块，在胶黏剂完全固化前，不得扰动。试验时以1500n/min匀速加载至拉断，记录破坏时的载荷值，并观察破坏形式。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
18.本发明通过提供了一种基于微生物水泥的混凝土表面修复防护方法，在修复时，将混凝土表面打磨好，再采用微生物水泥修复方法进行表面封闭；该方法简单易实施，菌液中加入黏胶蛋白可增加混凝土表面修复层的韧性，提高其抗裂性能，表面碳酸钙覆膜层封闭密实，微生物作为可再生的物质，可大规模、可持续使用。改变了传统的混凝土表面修复防护，修复方式便捷，作业周期短，经济效益高，符合生态环保理念，应用前景广阔。
附图说明
19.图1为本发明微生物生长特性曲线图；
20.图2为本发明基于微生物水泥的混凝土表面修复防护流程图；
21.图3为本发明微生物水泥覆膜过程示意图；
22.图4为本发明钢标准块粘贴示意图；
23.1-混凝土基层；2-修复层；3-修复层预切缝；4-粘结剂；5-钢标准块
24.图5为本发明水泥基材料表面矿化形成的碳酸钙覆膜层；
25.图6为本发明黏结强度测试；
26.图7为本发明黏结强度试验后断面形貌；
27.图8本发明现场混凝土条带涂覆试验(18次)；
28.图9为本发明试样表面沉积物xrd图谱。
具体实施方式
29.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。
30.实施例1
31.微生物水泥的制备：称取酵母提取物100g，tris 78.75g于5000ml去离子水中溶解。
①
首先培养液经121℃高压灭菌20min，根据需要加入(nh4)2so4溶液至浓度为10g/l；
②
取菌种注入培养基内，在30℃的温度下，以200r/min的转速进行振荡培养，至活化成功；
③
取活化后的菌液以2％接种量注入锥形瓶400ml培养基内，同样条件下振荡培养，持续约12h；
④
测试菌液浓度及脲酶活性度，采用电导率法测定菌液的脲酶活性，测试菌液od
600
值在0.8～1.2之间，脲酶活性均大于3.0mmol/min；
32.基于微生物水泥的混凝土表面修复防护试验：试验采用10倍浓缩菌液，菌液中黏胶蛋白掺量分别为1～3g/l，营养液浓度1.25mol/l，钙盐为氯化钙，试验共4组，每组3块。首先将混凝土试件表面打磨并清理干净，试验时加入适量黏胶蛋白的矿化菌液，待菌液风干或3h后再注入营养液，注入量为0.1～0.15ml/cm2，每日涂覆一次，涂覆15次以上。试验结束后，混凝土表面均已被沉积的碳酸钙覆盖，覆膜层较厚，且坚硬、密实，见图5。
33.黏结强度试验采用圆形钢标准块，直径为50mm，厚度大于20mm，钢标准块带有传力螺杆。测试前采用内径50mm打孔器将覆膜层完全割断，用高强胶黏剂粘贴钢标准块，在胶黏剂完全固化前，不得扰动，见图4。试验时以1500n/min匀速加载至拉断，记录破坏时的载荷值，并观察破坏形式。黏结强度值按下式计算：
34.σ＝f/a
35.式中：σ——黏结强度，mpa；
36.f——破坏荷载，n；
37.a——粘贴面积，mm2。
38.黏结强度测试前采用内径50mm打孔器将覆膜层完全割断，用高强胶黏剂粘贴钢标准块，静置24h后进行黏结强度试验，试验时以1500n/min匀速加载至拉断，见图6，试验结果见图1，黏结强度试验拉拔后断面形貌见图7。
39.试验结果可见，混凝土表面修复层黏结强度均在1.25mpa以上，基本均在层面拉断。加入2g/l黏胶蛋白时黏结强度明显提高，为1.77mpa，提高幅度33％。
40.实施例2:
41.本实施例以现场混凝土表面缺陷为修补对象，采用同实例1相同组分的生物水泥和矿化胶结液，修复步骤如下；
42.现场选取有表面缺陷进行混凝土修复防护试验，沿缝用玻璃胶将条带分割成长度约25cm、宽度约25～30cm的小方格，总面积约为1.2m2。试验采用10倍浓缩菌液，菌液中加入了1～3g/l的黏胶蛋白，营养液浓度1.25mol/l，钙盐为氯化钙。首先将混凝土试件表面打磨并清理干净，首次试验前先喷洒少量营养液浸润混凝土表面，试验时先加入适量黏胶蛋白的矿化菌液，将规定浓度的菌液均匀倒洒在混凝土表面，并用刮板轻轻刮匀，待混凝土表面基本风干后洒入1.25mol/l营养液，根据需要3h后或表面风干后也可再次洒入相同营养液，此为1次涂覆试验。每日约早、晚各进行1次涂覆试验，每日试验前需将混凝土表面擦拭干净。菌液涂覆量约为0.02ml/cm2～0.04ml/cm2，待菌液风干或3h后再注入营养液，注入量为
0.1～0.15ml/cm2，每日进行涂覆，涂覆15次以上。试验结束后，混凝土表面均已被沉积的碳酸钙覆盖，覆膜层较厚，且坚硬、密实，见图8。
43.混凝土表面修复防护试验结束后，选取代表性部位进行黏结强度试验，黏结强度测试前采用内径50mm打孔器将覆膜层完全割断，用高强胶黏剂粘贴钢标准块，静置24h后进行黏结强度试验，试验时以1500n/min匀速加载至拉断。
44.由试验结果可知，由于现场试验缺陷混凝土强度较低，表面相对疏松，黏结强度试验大部分为混凝土表皮被拉掉，在打磨后的混凝土表面直接进行黏结强度试验，黏结强度为1.03mpa。
45.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。
46.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种基于微生物水泥的混凝土表面修复防护方法，其特征在于：包括如下步骤：s1、混凝土表面修复材料的制备：预先进行微生物水泥的制备以及矿化菌营养盐溶液的配制；s2、微生物水泥、黏胶蛋白混合液的制备：微生物水泥中加入适量黏胶蛋白增加混凝土表面修复层的韧性，提高其抗裂性能；s3、向混凝土试件表面先进行处理，然后涂覆加入适量黏胶蛋白的所述矿化菌营养盐溶液，待混凝土表面基本风干后再涂覆矿化菌营养盐溶液，构筑微生物固化层；s4、对混凝土试件表面进行多次涂覆矿化菌营养盐溶液，碳酸钙持续增长，待混凝土表面均已被沉积的碳酸钙覆盖，覆膜层较厚，且坚硬密实即可停止涂覆；s5、黏结强度测试：采用内径50mm打孔器将覆膜层完全割断，用高强胶黏剂粘贴钢标准块，静置24h后进行黏结强度试验，试验时以1500n/min匀速加载至拉断。2.根据权利要求1的一种基于微生物水泥的混凝土表面修复防护方法，其特征在于，s1步骤中矿化菌营养盐溶液中，采用的试验菌种为巴氏芽孢八叠球菌。3.根据权利要求2的一种基于微生物水泥的混凝土表面修复防护方法，其特征在于，所述的矿化菌营养盐溶液的配方为：酵母提取物20g/l，tris15.75g/l。4.根据权利要求3的一种基于微生物水泥的混凝土表面修复防护方法，其特征在于，所述配方的配置步骤为：
①
首先培养液经121℃高压灭菌20min，根据需要加入(nh4)2so4溶液至浓度为10g/l；
②
取菌种注入培养基内，在30℃的温度下，以200r/min的转速进行振荡培养，至活化成功；
③
取活化后的菌液以注入锥形瓶400ml培养基内，同样条件下振荡培养10～12h；
④
测试菌液浓度及脲酶活性，采用电导率法测定菌液的脲酶活性，控制菌液od
600
值在0.8～1.2之间，脲酶活性大于3.0mmol/min。5.根据权利要求1的一种基于微生物水泥的混凝土表面修复防护方法，其特征在于：s2步骤中试验采用10倍浓缩菌液，菌液中黏胶蛋白掺量为1～3g/l。6.根据权利要求1的一种基于微生物水泥的混凝土表面修复防护方法，其特征在于：s3步骤中先将混凝土试件表面打磨并清理干净，用玻璃胶将混凝土试件表面分隔成直径为50mm的圆形标准块。7.根据权利要求1的一种基于微生物水泥的混凝土表面修复防护方法，其特征在于：s3步骤中试验时先加入适量黏胶蛋白的矿化菌营养盐溶液，待菌液风干或3h后再注入营养液，注入量为0.1～0.15ml/cm2。8.根据权利要求1的一种基于微生物水泥的混凝土表面修复防护方法，其特征在于：s4步骤中修复的混凝土表面每日涂覆一次，涂覆15次以上。9.根据权利要求1的一种基于微生物水泥的混凝土表面修复防护方法，其特征在于：s5步骤中黏结强度测试采用圆形钢标准块，直径为50mm，厚度大于20mm，钢标准块带有传力螺杆；测试前采用内径50mm打孔器将覆膜层完全割断，用高强胶黏剂粘贴钢标准块，在胶黏剂完全固化前，不得扰动；试验时以1500n/min匀速加载至拉断，记录破坏时的载荷值，并观察破坏形式。

技术总结

本发明公开了一种基于微生物水泥的混凝土表面修复防护方法，利用微生物酶化作用，将菌株附着于混凝土表面生长，在混凝土表面矿化沉积出碳酸钙层进行覆膜防护的方法，菌液中加入黏胶蛋白可增加混凝土表面修复层的韧性，提高其抗裂性能。采用本发明方法使水泥石表面生成连续致密坚硬的碳酸钙保护层，且与基材表面结合紧密。覆膜后混凝土表面修复层黏结强度均在1.25MPa以上，基本均在层面拉断，防护效果显著。本发明利用一种绿环保的微生物水泥材料对混凝土表面进行修复，是一种新型的混凝土表面缺陷修复防护形式，为混凝土表面修复防护提供了有效的修复方式。供了有效的修复方式。供了有效的修复方式。