本发明专利技术涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种基于球形芽孢杆菌矿化的自修复水泥基材料及其制备方法和应用。本发明专利技术筛选出微生物矿化菌株球形芽孢杆菌，并优化培养该球形芽孢杆菌生成碳酸钙的培养基配方，得出“MBS培养基工程版”，其组成组分为：每升水中含有4.8g KH2PO4、0.2g CaCl2、0.2gMgSO4、6g蛋白胨以及2g酵母提取物，溶液pH＝7.2。该培养基相对LB培养基成分简单，成本低廉。本发明专利技术将球形芽孢杆菌应用在水泥混凝土微裂缝微生物自修复上，进一步，还将球形芽孢杆菌联合香蒲草纤维应用在水泥混凝土微裂缝微生物自修复上，均会提高水泥基材料的抗压抗折强度，并具有较好的微裂缝自修复效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑材料，具体涉及一种基于球形芽孢杆菌矿化的自修复水泥基材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着世界经济的发展和现代化建设水平的不断提高，全球各类建筑项目的施工规模不断扩大。混凝土以其优良的抗压强度、优越的耐久性能、便捷的生产方式、较低的生产成本，被广泛应用于近代土木工程的建设活动中，但是混凝土在长期的使用过程中以及周围复杂环境的影响下，会不可避免地产生微小裂缝等局部损伤，这些损伤如不能及时采取合适的手段进行修复，外界有害介质将通过混凝土裂缝不断侵入结构内部，造成建筑内配筋的锈蚀和内部结构的破坏，最终引起混凝土结构力学性能和耐久性能的损失，严重时导致安全事故。传统的裂缝修复方法如表面处理法、填充法以及灌浆法等，对修复混凝土内部微裂缝具有一定的局限性，且修复过程所使用的一些化学试剂对环境有害。而微生物诱导碳酸钙沉淀(microbial-induced calcite precipitation,micp)技术具有生产能耗低，低碳环保等优势，逐渐引起国内学者的注意。混凝土裂缝微生物修复技术是基于micp技术原理，利用微生物沉积出碳酸钙以实现填充修复裂痕的目的。相比于其他修复方式，修复过程不会对环境造成伤害，在未来具有很大的潜力。
2、微生物自修复是利用微生物自身的新陈代谢，诱导生成碳酸盐晶体等不溶物填充混凝土裂缝，以达到自修复效果，其与胶囊自修复的主要区别是使用的修复剂种类和作用机理不同，微生物也可采用胶囊作为载体。微生物在自修复过程中的主要作用是为矿化反应提供反应物，并为碳酸钙等矿物沉淀提供成核点。</p>3、常见的micp矿化机制有：光和作用诱导碳酸钙沉积、硫酸盐还原菌诱导沉积碳酸钙、氮循环诱导碳酸钙沉积等。相较于其他几种沉积机制，氮循环诱导碳酸钙沉积具有特殊的应用优势。巴氏芽孢杆菌、球形芽孢杆菌等是氮循环诱导沉积碳酸钙的代表菌属。此类细菌通过代谢作用能产生具有诱导矿化能力的关键蛋白酶——脲酶。当环境尿素含量高时，在细菌内部脲酶的作用下尿素分子会被水解为氨分子和氨基甲酸分子；作为过程中间产物，一分子氨基甲酸会在很短时间内自发水解为一分子碳酸和一分子氨。上述反应中氨分子会与水发生反应，提高水环境中的碱度，碱度的提高促进了溶于水中的无机碳向碳酸根离子的转化，最终使环境中的碳酸根离子浓度上升，在有钙源的情况下生成了碳酸钙，由于氮属细菌具有较好的抗碱性，并且得益于其孢子的形成能力，它们能够在没有营养物质的情况下存活数百年，因此，氮属细菌具备长期有效修复混凝土裂缝的潜力。但已有基于微生物自修复混凝土微裂缝的能力有限。本文通过对纤维和芽孢杆菌联合的自修复水泥基材料的研究，可为纤维和微生物应用于建筑工程技术提供理论依据，促进废弃纤维的资源化利用，推动建筑工程技术的创新，实现可持续发展。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于球形芽孢杆菌矿化的自修复水泥基材料及其制备方法和应用。本专利技术的基于球形芽孢杆菌矿化的自修复水泥基材料相对于传统水泥基材料具有强度和韧性提升、耐久性增强、灵活性和可塑性、环境友好性以及施工便利性等优势。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
2、技术方案之一：球形芽孢杆菌在水泥混凝土微裂缝微生物自修复上的应用，包括如下步骤：
3、取微生物矿化菌株球形芽孢杆菌菌粉，加入mbs培养基工程版进行活化培养至菌液od600＝1±0.1，再将菌液放入水浴锅80～100℃处理30～60min，将菌液转变为芽孢液；将所得球形芽孢杆菌的芽孢液替代水泥混凝土制备过程所用的部分水与水一起与水泥、尿素、无水氯化钙按比例混合。上述mbs培养基工程版的组成组分为：每升水中含有4.8gkh2po4、0.2gcacl2、0.2g mgso4、6g蛋白胨以及2g酵母提取物，溶液ph＝7.2(优选用1mol/lnaoh溶液调节ph)。
4、进一步的，体系中水灰比为0.3；尿素掺入量为水泥质量的0.8％～1％，优选为0.8％；无水氯化钙掺入量为水泥质量的1％～2％，优选为1.5％；球形芽孢杆菌的芽孢液的质量占体系中总液体的质量的10％～80％，优选为70％～75％。技术方案之二：球形芽孢杆菌联合香蒲草纤维在水泥混凝土微裂缝微生物自修复上的应用，包括如下步骤：
5、取微生物矿化菌株球形芽孢杆菌菌粉，加入mbs培养基工程版进行活化培养至菌液od600＝1±0.1，再将菌液放入水浴锅80～100℃处理30～60min，将菌液转变为芽孢液；将香蒲草的叶片洗净、剪切、烘干、打碎，过60目筛，得到香蒲草纤维；取香蒲草纤维浸入前述所得球形芽孢杆菌的芽孢液中，然后25～30℃，120～150rpm摇床负载4～6h后，30～40℃烘干至恒重，得到香蒲草纤维负载芽孢杆菌材料；将所得香蒲草纤维负载芽孢杆菌材料与水泥、尿素、无水氯化钙混合均匀后，与水按比例混合制备水泥混凝土。
6、上述mbs培养基工程版的组成组分为：每升水中含有4.8g kh2po4、0.2gcacl2、0.2gmgso4、6g蛋白胨以及2g酵母提取物，溶液ph＝7.2(优选用1mol/lnaoh溶液调节ph)。
7、进一步的，体系中水灰比为0.3；香蒲草纤维掺入量为水泥质量的0.1％～0.15％；尿素掺入量为水泥质量的0.8％～1％，优选为0.8％；无水氯化钙掺入量为水泥质量的1％～2％，优选为1.5％。
8、具体应用时，技术方案之一：球形芽孢杆菌在水泥混凝土微裂缝微生物自修复上的应用，包括如下步骤：
9、(1)制备球形芽孢杆菌的芽孢液：取微生物矿化菌株球形芽孢杆菌菌粉，加入mbs培养基工程版进行活化培养至菌液od600＝1±0.1，再将菌液放入水浴锅80～100℃处理30～60min，将菌液转变为芽孢液，备用；所述mbs培养基工程版，其组成组分为：每升水中含有4.8g kh2po4、0.2g cacl2、0.2g mgso4、6g蛋白胨以及2g酵母提取物，溶液ph＝7.2(优选用1mol/lnaoh溶液调节ph)；
10、(2)对水泥胶砂搅拌机的搅拌锅以及搅拌叶片进行预湿处理，将水泥、尿素、无水氯化钙倒入搅拌锅开始慢速搅拌至均匀混合后，再缓慢倒入球形芽孢杆菌的芽孢液以及水，搅拌，得到混合均匀的水泥胶砂；体系中水灰比为0.3；尿素掺入量为水泥质量的0.8％～1％，优选为0.8％；无水氯化钙掺入量为水泥质量的1％～2％，优选为1.5％；球形芽孢杆菌的芽孢液的质量占体系中总液体的质量的10％～80％，优选为70％～75％；
11、(3)将混合均匀的水泥胶砂倒入模具，震出气泡；
12、(4)试件成型后进行养护，得到一种基于球形芽孢杆菌矿化的自修复水泥基材料。
13、为了进一步提高水泥基材料的自修复效果，向水泥基材料中添加纤维。具体地，技术方案之二：球形芽孢杆菌联合香蒲草纤维在混凝土微裂缝微生物自修复上的应用，包括如下步骤：
14、s1制备香蒲草纤维负载芽孢杆菌材料：取微生物矿化菌株本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.球形芽孢杆菌在水泥混凝土微裂缝微生物自修复上的应用，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，体系中水灰比为0.3；尿素掺入量为水泥质量的0.8％～1％；无水氯化钙掺入量为水泥质量的1％～2％；球形芽孢杆菌的芽孢液的质量占体系中总液体的质量的10％～80％。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，体系中水灰比为0.3；尿素掺入量为水泥质量的0.8％～1％；无水氯化钙掺入量为水泥质量的1％～1.5％；球形芽孢杆菌的芽孢液的质量占体系中总液体的质量的70％～75％。
4.球形芽孢杆菌联合香蒲草纤维在水泥混凝土微裂缝微生物自修复上的应用，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，体系中水灰比为0.3；香蒲草纤维掺入量为水泥质量的0.1％～0.15％；尿素掺入量为水泥质量的0.8％～1％；无水氯化钙掺入量为水泥质量的1％～2％。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，体系中水灰比为0.3；香蒲草纤维掺入量为水泥质量的0.1％～0.15％；尿素掺入量为水泥质量的0.8％～1％；无水氯化钙掺入量为水泥质量的1％～1.5％。
7.一种基于球形芽孢杆菌矿化的自修复水泥基材料，其特征在于，包括如下步骤：将水泥、尿素、无水氯化钙与权利要求1～3任一所述应用中的球形芽孢杆菌的芽孢液和水混合制得混合均匀的水泥胶砂。
8.一种基于球形芽孢杆菌矿化的自修复水泥基材料，其特征在于，包括如下步骤：将水泥、尿素、无水氯化钙与权利要求4～6任一所述应用中的香蒲草纤维负载芽孢杆菌材料和水混合制得混合均匀的水泥胶砂。
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【技术特征摘要】
1.球形芽孢杆菌在水泥混凝土微裂缝微生物自修复上的应用，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，体系中水灰比为0.3；尿素掺入量为水泥质量的0.8％～1％；无水氯化钙掺入量为水泥质量的1％～2％；球形芽孢杆菌的芽孢液的质量占体系中总液体的质量的10％～80％。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，体系中水灰比为0.3；尿素掺入量为水泥质量的0.8％～1％；无水氯化钙掺入量为水泥质量的1％～1.5％；球形芽孢杆菌的芽孢液的质量占体系中总液体的质量的70％～75％。
4.球形芽孢杆菌联合香蒲草纤维在水泥混凝土微裂缝微生物自修复上的应用，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，体系中水灰比为0.3；香蒲草纤维掺...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡亚君，卜凡童，刘昊文，秦笑笑，吴静，彭其安，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：
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