一种提高碳酸钙早期沉积量的微生物灌浆方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于混凝土灌注领域，涉及一种提高碳酸钙早期沉积量的微生物灌浆方 法。
【背景技术】
[0002] 针对混凝土出现的各种裂缝，通常采用环氧树脂封闭的处理方法，可以阻止空气 进入混凝土内部引起钢筋生锈。但环氧树脂属于有机材料，随着时间的推移易老化，而且材 料粘性大，不易灌入细小的裂缝中。
[0003] 微生物诱导碳酸钙沉积封堵裂缝技术就是在这种情况下应运而生，它是由一系列 复杂的生物化学反应组成的：一些嗜碱性的微生物能够利用自身产生的尿素酶将尿素分解 为順 3和CO2，随着分解生成的氨数量的增加会引起周围环境中pH的升高，使0)2在溶液中 以CO广的形式存在。这时如果细菌的周围有Ca2+，细菌细胞中带负电荷的有机单层膜就会 不断地螯合Ca2+，就会引起碳酸钙晶体沉积。
[0004] 这种新型材料固化前粘性很低，借助负压可渗透到裂缝深处，不仅利用微生物沉 积矿物质达到封堵的效果，而且能够自动找到渗漏处的位置进行有效的防渗，达到探查和 封堵二合一的效果，这在一些复杂的环境中显得尤为重要。利用微生物诱导沉积生成的方 解石等性质稳定，与混凝土材料的结合性好。修复后的混凝土材料的抗酸、抗碱、抗冻融循 环、抗碳化和抗渗性等能力都得到了提高，不会因为材料的老化而失效。
[0005] 清华大学程晓辉申请了专利《一种微生物成因水泥或混凝土及其生产方法和应 用》（CN200810105947. 3)，提出利用能产生脲酶的巴氏芽孢杆菌菌液和含有尿素和矿物钙 盐的配合液混合，在一定条件下反应即可得微生物成因水泥或混凝土的方法。
[0006] 中国专利申请200810019165. 8公开了一种利用微生物修复水泥基材料裂缝方法 及培养液和修复营养液。其采用将微生物菌液和修复营养液注入水泥石裂缝中，进行养护。 但是该方法并没用涉及将菌液和修复营养液注入裂缝内的具体方法、步骤。
[0007] 贾强在专利"微生物灌浆封堵地下室混凝土结构横向裂缝的方 法"（ZL201110412162. 2)和"微生物灌浆封堵地下室混凝土结构竖向裂缝的方 法"（ZL201110413188.9)正是利用该原理对地下室混凝土裂缝进行了封堵，使用了巴氏芽 孢杆菌菌液和含有尿素和矿物钙盐的配合液混合，但存在沉积物的早期产量低的问题，无 法在较短时间内有效封堵混凝土裂缝，往往需多次大量灌浆的问题。
【发明内容】
[0008] 为解决上述问题，本发明基于微生物诱导沉积碳酸钙的机理，根据对比试验的结 果，提出了一种提高碳酸钙沉积量的微生物灌浆方法，使碳酸钙的沉积量达到最高值。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用如下方案：
[0010] 一种提高碳酸钙早期沉积量的微生物灌浆方法，包括如下步骤：
[0011] 1)向微生物菌液中加入营养盐溶液，得菌液和营养盐的混合液，静置〇. 5~Ih;
[0012] 2)在灌浆时，将菌液和营养盐的混合液与钙盐溶液按预定比例掺和。
[0013] 优选的是，所述的微生物菌液的酶活性大于lmS/cm。
[0014] 优选的是，所述的微生物菌液为巴氏芽孢杆菌菌液。
[0015] 优选的是，所述微生物菌液、营养盐溶液与钙盐溶液的体积比为1 :1 :1。
[0016] 优选的是，步骤2)中，掺和后的混合液中碳离子和钙离子的摩尔比为3:2~3。
[0017] 优选的是，所述营养盐溶液为尿素溶液。
[0018] 优选的是，所述钙盐溶液为醋酸钙、硝酸钙和氯化钙中的一种。
[0019] 上述任一方法制备的灌浆材料。
[0020] 本发明的有益效果：
[0021] 1.本发明提出了一种提高碳酸钙早期沉积量的微生物灌浆方法，使碳酸钙的沉积 量达到最高值。
[0022] 2.本发明采用该微生物灌浆材料，不仅有效提高碳酸钙沉积物总产量，而且可有 效提高沉积物的早期产量，这对于利用灌浆方法封堵混凝土裂缝具有重要意义：只有在较 短时间产生大量碳酸钙沉淀才能在较短时间内封堵混凝土裂缝，因此可减少灌浆量和次 数。
【附图说明】
[0023] 图1不同尿素掺入时间碳酸钙产量和反应时间关系曲线
[0024] 图2通过预埋钢板的方法制作的混凝土试件裂缝。
[0025] 图3试件沿裂缝深度方向截面图。
[0026] 图4沿裂缝深度方向的碳酸钙沉积量曲线。
[0027] 其中，左试件为优化组，右试件为非优化组
【具体实施方式】
[0028] 实施例1
[0029] 本发明基于微生物诱导沉积碳酸钙的机理，根据对比试验的结果，提出碳酸钙沉 积量达到最高值的灌浆材料配方如下：
[0030] (1)菌液，采用巴氏芽孢杆菌（Bacilluspasteurii)，用电导率方法检测菌液的酶 活性需大于1。
[0031] (2)营养盐溶液，为微生物的生长和繁殖提供营养物质，选用尿素（CO(NH2)2)溶 液。
[0032] (3)钙源溶液，若选用硝酸钙（Ca(NO3) 2)溶液，浓度为2mol/L;若选用氯化钙溶液 (Cacl2)溶液，浓度为3mol/L〇
[0033] (4)将尿素提前1小时掺入菌液，尿素浓度为4. 5mol/L。在菌液中提前加入尿素可 以提高碳酸钙的早期产量。这是因为菌液在与钙源溶液混合前可使尿素分解出大量的CCV2 离子，另外菌体还提供碳酸钙沉淀的成核地点，反应完后扰动小更有利于碳酸钙的形成。
[0034] (5)菌液和尿素混合液与妈源溶液的体积比为2 :3。
[0035](6)在灌浆时将菌液和尿素混合液与钙源溶液掺合。
[0036] 采用该微生物灌浆材料，不仅有效提高碳酸钙沉积物总产量，而且可有效提高沉 积物的早期产量，这对于利用灌浆方法封堵混凝土裂缝具有重要意义：只有在较短时间产 生大量碳酸钙沉淀才能在较短时间内封堵混凝土裂缝，因此可减少灌浆量和次数。
[0037] 以下是课题组所做对比试验和灌浆封堵裂缝的验证试验：
[0038] 1?碳酸钙产量试验
[0039] (1)营养盐浓度对产量的影响
[0040] 取酶活性I. 75mS/cm的菌液50ml;取75ml硝酸钙溶液和尿素溶液的混合物，混合 物中硝酸妈浓度为lmol/L，尿素浓度为分别取lmol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L。将 菌液掺入混合物中反应1小时后过滤称量碳酸钙沉淀物重量，每种浓度尿素重复试验5次， 试验结果见表1。
[0041] 表1不同浓度尿素溶液碳酸钙产量（单位：g)
[0042]
【主权项】
1. 一种提高碳酸钙早期沉积量的微生物灌浆方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 向微生物菌液中加入营养盐溶液，得菌液和营养盐的混合液，静置0. 5~Ih; 2) 在灌浆时，将菌液和营养盐的混合液与钙盐溶液按预定比例掺和。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微生物菌液的酶活性大于lmS/cm。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微生物菌液为巴氏芽孢杆菌菌液。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微生物菌液、营养盐溶液与钙盐溶液的 体积比为1 :1 :1。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，掺和后的混合液中碳离子和钙离 子的摩尔比为3:2~3。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述营养盐溶液为尿素溶液。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钙盐溶液为醋酸钙、硝酸钙和氯化钙中 的一种。
【专利摘要】本发明公开了一种提高碳酸钙早期沉积量的微生物灌浆方法，包括如下步骤：1)向微生物菌液中加入营养盐溶液，得菌液和营养盐的混合液，静置0.5～1h；2)在灌浆时，将菌液和营养盐的混合液与钙盐溶液按预定比例掺和。采用该微生物灌浆材料，不仅有效提高碳酸钙沉积物总产量，而且可有效提高沉积物的早期产量，这对于利用灌浆方法封堵混凝土裂缝具有重要意义：只有在较短时间产生大量碳酸钙沉淀才能在较短时间内封堵混凝土裂缝，因此可减少灌浆量和次数。
【IPC分类】E02D29-16, E02D15-00
【公开号】CN104818719
【申请号】CN201510113200
【发明人】贾强, 张鑫, 陈晓瀚
【申请人】山东建筑大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年3月16日