一种混凝土裂缝生物修复方法
阅读说明：本技术 一种混凝土裂缝生物修复方法 (Concrete crack biological repairing method ) 是由 加尼·阿卜杜勒·瑞泽普 赵婷 于 2020-04-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种混凝土裂缝生物修复方法,该方法通过将巴氏芽孢杆菌溶液、尿素溶液和可溶性钙盐溶液依次注入混凝土裂缝中,多余的液体从混凝土裂缝中渗出停止操作,1小时后,重复操作,从而修复混凝土裂缝。该方法利用巴氏芽孢杆菌分解尿素,然后再钙源存在的情况下,生成碳酸钙沉淀,从而修复混凝土裂缝。本发明以细菌、尿素和可溶性钙盐为产生碳酸钙的原料,廉价易得。本发明细菌修复过程简单易操作,而且产生碳酸钙的过程为生物过程,环境友好。(The invention provides a concrete crack bioremediation method, which comprises the steps of sequentially injecting a bacillus pasteurianus solution, a urea solution and a soluble calcium salt solution into a concrete crack, enabling redundant liquid to seep out of the concrete crack to stop operation, and repeating the operation after 1 hour, thereby repairing the concrete crack. According to the method, the bacillus pasteurii is used for decomposing urea, and then calcium carbonate precipitates are generated under the condition that a calcium source exists, so that concrete cracks are repaired. The invention takes bacteria, urea and soluble calcium salt as raw materials for producing calcium carbonate, and is cheap and easy to obtain. The bacterial remediation process is simple and easy to operate, and the process of producing calcium carbonate is a biological process and is environment-friendly.)
技术领域
本发明属于混凝土裂缝修复技术领域，具体涉及一种利用巴氏芽孢杆菌分解尿素诱导碳酸钙沉淀修复混凝土裂缝的方法。
背景技术
混凝土是世界上最重要的建筑材料之一。但是混凝土的抗拉强度低，不可避免地会产生裂缝。混凝土裂缝出现后，许多有害物质如酸、碱、气体和水会通过扩散、毛细管作用、渗透等单一机制或综合机制侵入混凝土部内部，导致钢筋腐蚀和混凝土结构劣化。如果其他有害物质到达混凝土内部，它们可能会与混凝土的成分发生反应，或者直接破坏混凝土的结构，从而严重影响混凝土的耐久性。因此如何对混凝土裂缝进行有效的修复至关重要。
现有的传统混凝土裂缝修复方法，如环氧树脂注入、重力填充和聚合物浸渍等，虽然已经在工程上取得不错的效果，但是所使用的材料，如环氧树脂和氨基甲酸脂等，易于老化、耐热性低而且与混凝土之间具有不同的热膨胀系数，修复后的混凝土裂缝可能会二次开裂，出于经济和安全的考虑，这是不可接受的。
针对以上问题，本发明利用微生物诱导产生碳酸钙沉淀从而修复混凝土裂缝，该方法是一种新型的生物方法，对环境友好且容易操作。通过研究发现，巴氏芽孢杆菌(Sporosarcina pasteurii)可以通过分解尿素，在钙源存在的情况下，快速产生碳酸钙沉淀，从而修复混凝土裂缝。而且经过专利检索，尚未有研究利用巴氏芽孢杆菌修复混凝土裂缝。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用巴氏芽孢杆菌分解尿素诱导碳酸钙沉淀修复混凝土裂缝的方法。该方法利用巴氏芽孢杆菌分解尿素，然后再钙源存在的情况下，生成碳酸钙沉淀，从而修复混凝土裂缝。
为实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：
一种混凝土裂缝生物修复方法，该方法通过将巴氏芽孢杆菌溶液、尿素溶液和可溶性钙盐溶液依次注入混凝土裂缝中，多余的液体从混凝土裂缝中渗出停止操作，1小时后，重复操作，从而修复混凝土裂缝。
所述可溶性钙盐溶液的浓度为1-2mol/L。
所述尿素溶液的浓度为1-2mol/L。
所述巴氏芽孢杆菌溶液1.2×108cell·mL-1。
所述巴氏芽孢杆菌溶液、尿素溶液和可溶性钙盐溶液的注入体积相同。
所述可溶性钙盐溶液为Ca(NO3)2溶液、氯化钙溶液或醋酸钙溶液。
所述巴氏芽孢杆菌溶液的培养温度为10-40℃，培养时间为15-18小时。
优选的，所述巴氏芽孢杆菌溶液的培养温度为20℃。
本发明有益效果和优点：
(1)本发明以细菌、尿素和可溶性钙盐为产生碳酸钙的原料，廉价易得。
(2)细菌修复过程简单易操作，而且产生碳酸钙的过程为生物过程，环境友好。
(3)对细菌修复后的混凝土试件，进行超声脉冲速度检测分析，发现修复后的混凝土试件的传播时间减少，这表明碳酸钙密封了裂缝，因此允许超声波沿着更直接的路径通过密封的裂缝。
(4)对细菌修复后的混凝土试件，进行挠度分析，发现混凝土试件的强度大小排序为细菌修复后的混凝土试件大于未修复的混凝土试件，这说明细菌修复后的混凝土试件的强度有一定程度的恢复。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1：本发明整体技术路线示意图；
图2：本发明中巴氏芽孢杆菌在不同温度下的生长曲线图；
图3：本发明氏芽孢杆菌修复后的混凝土试件实体图；
图4：本发明渗透性实验装置图；
图5：超声波在细菌修复裂缝前后的混凝土试件的传输时间示意图；
图6：细菌修复后的混凝土试件BA、未修复的混凝土试件W的载荷-中跨挠度曲线；
其中，BA指细菌修复之后的混凝土试件；BB指细菌修复之前的混凝土试件。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的实质，下面结合具体实施例和附图对本发明进一步的阐述。
实施例1
本发明提供了一种混凝土裂缝修复方法，该方法通过将巴氏芽孢杆菌溶液、尿素溶液和可溶性钙盐溶液依次注入混凝土裂缝中，多余的液体从混凝土裂缝中渗出停止操作，1小时后，重复操作，从而修复混凝土裂缝。
所述可溶性钙盐溶液的浓度为1mol/L。
所述尿素溶液的浓度为1mol/L。
所述巴氏芽孢杆菌溶液、尿素溶液和可溶性钙盐溶液的注入体积相同。
所述可溶性钙盐溶液为Ca(NO3)2溶液。
所述巴氏芽孢杆菌溶液的培养温度为20℃，培养时间为16小时。
实施例2
本发明采用的生产工艺流程如图1所示，采用的技术方案如下：
细菌活化培养：北纳生物购买的巴氏芽孢杆菌冻干粉，活化，倒平板，扩大培养；
确定细菌生长的最佳温度和最佳培养时长：将巴氏芽孢杆菌在6个温度(0℃、5℃、10℃、20℃、30℃和40℃)下培养，绘制生长曲线，得到细菌的最佳培养温度20℃和最佳培养时长15-18小时，结果如图2所示；
确定尿素溶液和硝酸钙溶液的最佳浓度和比例：设计三组实验，第一组10ml1mol/l的尿素溶液，10ml 1mol/l的Ca(NO3)2溶液和10ml细菌溶液，第二组是10ml 2mol/l的尿素溶液，10ml 2mol/l的Ca(NO3)2溶液和10ml细菌溶液，第三组是1.5g尿素，15ml 1mol/l Ca(NO3)2溶液和10ml细菌溶液。将以上三组实验溶液混合，反应完全后，待碳酸钙完全沉淀后，除去上清液，在100℃下干燥并测量CaCO3的质量，直至恒重，五次重复。比较三组实验的碳酸钙质量，结果如表1；
表1三组实验称量的CaCO3质量
尿素溶液、Ca(NO3)2溶液和细菌溶液灌浆：用移液管将待用的细菌溶液注入混凝土裂缝中，然后注入等体积1mol/l尿素溶液，最后添加等体积1mol/l硝酸钙溶液；
当多余的水从裂缝中渗出时，停止操作；1个小时后，重复上述操作，直到裂缝修复完全。
对细菌修复后裂缝的混凝土试件如图3所示，进行恒定的水头渗透性测试，经过24小时的观察，发现利用细菌修复后的试件的裂缝中均未出现任何渗漏，渗透性实验装置图如图4所示。
对细菌修复后的混凝土试件，进行超声脉冲速度检测分析，如图5所示，发现修复后的混凝土试件的传播时间减少，这表明碳酸钙密封了裂缝，因此允许超声波沿着更直接的路径通过密封的裂缝。
对细菌修复后的混凝土试件，进行挠度分析，发现混凝土试件的强度大小排序为细菌修复后的混凝土试件大于未修复的混凝土试件，这说明细菌修复后的混凝土试件的强度有一定程度的恢复，如图6所示。
实施例3
巴氏芽孢杆菌活化培养：北纳生物购买的巴氏芽孢杆菌冻干粉，活化，倒平板，扩大培养；
将巴氏芽孢杆菌在20℃下，培养15小时；
尿素溶液、Ca(NO3)2溶液和细菌溶液的最佳反应比例为：第一组10ml 1mol/l的尿素溶液，10ml 1mol/l的Ca(NO3)2溶液和10ml细菌溶液；
清理混凝土裂缝：首先将混凝土试件放在水龙头下冲洗，以清除裂缝中的一些碎屑，然后使用塞尺刮擦一些其他碎屑，再次将混凝土试件置于水龙头下冲洗，最后在室温下干燥；在裂缝底部粘贴防水胶带。防水胶带的作用是使多余的水通过，并且修复材料保留在裂缝中；
尿素溶液、Ca(NO3)2溶液和细菌溶液灌浆：用移液管将待用的细菌溶液注入混凝土裂缝中，然后注入等体积1mol/l尿素溶液，最后添加等体积1mol/l硝酸钙溶液；
当多余的水从裂缝中渗出时，停止操作；1个小时后，重复上述操作，直到裂缝修复完全。
实施例4
巴氏芽孢杆菌活化培养：北纳生物购买的巴氏芽孢杆菌冻干粉，活化，倒平板，扩大培养；
将巴氏芽孢杆菌在20℃下，培养18小时；
尿素溶液、Ca(NO3)2溶液和细菌溶液的最佳反应比例为：第一组10ml 1mol/l的尿素溶液，10ml 1mol/l的Ca(NO3)2溶液和10ml细菌溶液；
清理混凝土裂缝：首先将混凝土试件放在水龙头下冲洗，以清除裂缝中的一些碎屑，然后使用塞尺刮擦一些其他碎屑，再次将混凝土试件置于水龙头下冲洗，最后在室温下干燥；在裂缝底部粘贴防水胶带。防水胶带的作用是使多余的水通过，并且修复材料保留在裂缝中；
尿素溶液、Ca(NO3)2溶液和细菌溶液灌浆：用移液管将待用的细菌溶液注入混凝土裂缝中，然后注入等体积1mol/l尿素溶液，最后添加等体积1mol/l硝酸钙溶液；
当多余的水从裂缝中渗出时，停止操作；1个小时后，重复上述操作，直到裂缝修复完全。
实施例5
巴氏芽孢杆菌活化培养：北纳生物购买的巴氏芽孢杆菌冻干粉，活化，倒平板，扩大培养；
将巴氏芽孢杆菌在20℃下，培养18小时；
尿素溶液、醋酸钙溶液和细菌溶液的最佳反应比例为：第一组10ml 1mol/l的尿素溶液，10ml 1mol/l的醋酸钙溶液和10ml细菌溶液；
清理混凝土裂缝：首先将混凝土试件放在水龙头下冲洗，以清除裂缝中的一些碎屑，然后使用塞尺刮擦一些其他碎屑，再次将混凝土试件置于水龙头下冲洗，最后在室温下干燥；在裂缝底部粘贴防水胶带。防水胶带的作用是使多余的水通过，并且修复材料保留在裂缝中；
尿素溶液、醋酸钙溶液和细菌溶液灌浆：用移液管将待用的细菌溶液注入混凝土裂缝中，然后注入等体积1mol/l尿素溶液，最后添加等体积1mol/l醋酸钙溶液；
当多余的水从裂缝中渗出时，停止操作；1个小时后，重复上述操作，直到裂缝修复完全。
实施例6
巴氏芽孢杆菌活化培养：北纳生物购买的巴氏芽孢杆菌冻干粉，活化，倒平板，扩大培养；
将巴氏芽孢杆菌在20℃下，培养18小时；
尿素溶液、氯化钙溶液和细菌溶液的最佳反应比例为：第一组10ml 1mol/l的尿素溶液，10ml 1mol/l的氯化钙溶液和10ml细菌溶液；
清理混凝土裂缝：首先将混凝土试件放在水龙头下冲洗，以清除裂缝中的一些碎屑，然后使用塞尺刮擦一些其他碎屑，再次将混凝土试件置于水龙头下冲洗，最后在室温下干燥；在裂缝底部粘贴防水胶带。防水胶带的作用是使多余的水通过，并且修复材料保留在裂缝中；
尿素溶液、氯化钙溶液和细菌溶液灌浆：用移液管将待用的细菌溶液注入混凝土裂缝中，然后注入等体积1mol/l尿素溶液，最后添加等体积1mol/l氯化钙溶液；
当多余的水从裂缝中渗出时，停止操作；1个小时后，重复上述操作，直到裂缝修复完全。
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