本发明属于混凝土技术领域，尤其涉及到一种利用芽孢杆菌b6制备高性能再生骨料的方法。
背景技术：
随着世界范围内城市化进程加快，建筑业进入高速发展阶段。大量旧建筑物被拆除，产生了大量的建筑垃圾，其中废弃混凝土所占份额最大。资料表明，全世界从1991～2000年的10年间，废弃混凝土(包括从钢筋混凝土工厂不合格的产品)总量超过10亿吨。我国按每年拆除建筑垃圾4000万吨计算，其中34％是混凝土块，则由此产生的废弃混凝土就有1360万吨，且随着经济建设步伐的加快，呈现增加的趋势。如此巨量的废弃混凝土除处理费用惊人外，还需要占用大量的空地存放，污染环境，浪费耕地，成为城市的一大公害。
废弃混凝土不仅是优质的混凝土集料，用废弃混凝土块作集料具有很多优势，如建筑物解体后，优质破碎筛分后的混凝土块和粉砂可以作为混凝土的再生，因此利用废弃建筑物垃圾生产再生骨料以及配制再生混凝土是今后建筑业的重要发展方向。废弃混凝土最有价值的处理方法就是把它当作可再生资源重新利用生产再生骨料，变废为宝。
再生骨料应用具有很好的经济效益、社会效益、环保效益以及很好的市场应用前景。现有技术中，或使用球磨机活化再生骨料，使得再生骨料的质量大大提高，可用于生产钢筋混凝土构件；或采用5％浓度的冰醋酸和3％浓度的盐酸溶液对再生骨料处理；或采用水泥和微细矿物粉浆液(如粉煤灰、硅粉等、硅质防水剂或硫铝酸钙类膨胀剂)对再生骨料浸泡、干燥等处理。但由于再生骨料在破碎或处理期间产生孔隙、裂缝等，致使再生骨料吸水率较大，导致再生混凝土性能下降，制约了再生骨料生产再生混凝土领域的发展。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可降低吸水率和压碎指标，提高混合砂浆抗压强度的利用芽孢杆菌b6制备高性能再生骨料的方法。
本发明提供了一种利用芽孢杆菌b6制备高性能再生骨料的方法，包括如下步骤：
1)将芽孢杆菌b6与矿化培养液混合，得到混合培养液；所述矿化培养液包括10～45g/l的3-环己氨基-1-丙磺酸、4～12g/l的乳酸钠、1～3g/l硝酸钠、20～40mmol/l的氯化钙、0.5～1.5mmol/l的硫酸镁、0.08～0.18mmol/l的磷酸二氢钾；所述芽孢杆菌b6的生物保藏编号为cgmccno.13360；
2)使用步骤1)得到的混合培养液喷淋再生骨料，得到强化再生骨料。
优选的，所述矿化培养液的ph值为10.1～10.9。
优选的，所述步骤1)得到的混合培养液中，芽孢杆菌b6的菌数为1×107～109cfu/l。
优选的，步骤1)所述芽孢杆菌b6是经微生物培养基培养得到；
所述微生物培养基包括牛肉膏培养基和3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液；所述牛肉膏培养基以水为溶剂，包括2.5～4.5g/l的牛肉膏和8～15g/l的蛋白胨；所述3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液以水为溶剂，包括120～170g/l的3-环己氨基-1-丙磺酸。
优选的，所述3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液的ph值为9～10.5。
优选的，所述牛肉膏培养基与3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液的体积比为(70～95):(10～20)。
优选的，所述培养的温度为25～35℃，所述培养的时间为8～48h。
优选的，所述培养在振荡条件下进行，所述振荡的频率为120～180rpm。
优选的，步骤2)所述喷淋的方式为间歇喷淋，每隔10～12h喷淋0.5～1.5h，每1kg再生骨料喷淋混合培养液的量为1～3ml/min。
优选的，所述喷淋的总时间为15～30d。
有益效果：
本发明提供了一种利用芽孢杆菌b6制备高性能再生骨料的方法，包括如下步骤：1)将芽孢杆菌b6与矿化培养液混合，得到混合培养液；所述矿化培养液包括10～45g/l的3-环己氨基-1-丙磺酸、4～12g/l的乳酸钠、1～3g/l硝酸钠、20～40mmol/l的氯化钙、0.5～1.5mmol/l的硫酸镁、0.08～0.18mmol/l的磷酸二氢钾；2)使用步骤1)得到的混合培养液喷淋再生骨料，得到强化再生骨料。再生骨料经混合培养液的喷淋后，微生物会附着在再生骨料表面孔隙中，利用矿化培养液中的成分，通过代谢将其中的钙离子ca2+转化为碳酸钙caco3沉积在再生骨料表面孔隙中，从而堵塞再生骨料表面孔隙，降低再生骨料的吸水率。采用本发明所述方法制备得到的再生骨料与微生物处理前相比，吸水率降低了33.3％；压碎指标也显著降低。由所述强化再生骨料制备的再生砂浆抗压强度显著提高。
生物保藏说明：
芽孢杆菌b6(bacillussp.b6)，于2016年11月30日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，生物保藏编号为cgmccno.13360。
具体实施方式
本发明提供了一种微生物强化再生骨料的方法，包括如下步骤：
1)将芽孢杆菌b6与矿化培养液混合，得到混合培养液；所述矿化培养液包括10～45g/l的3-环己氨基-1-丙磺酸、4～12g/l的乳酸钠、1～3g/l硝酸钠、20～40mmol/l的氯化钙、0.5～1.5mmol/l的硫酸镁、0.08～0.18mmol/l的磷酸二氢钾；所述芽孢杆菌b6的生物保藏编号为cgmccno.13360；
2)使用步骤1)得到的混合培养液喷淋再生骨料，得到强化再生骨料。
在本发明中，所述芽孢杆菌b6的拉丁名为：bacillussp.b6，在中国普通微生物菌种保藏管理中心(简称cgmcc)的保藏号为：cgmccno.13360。
在本发明中，所述芽孢杆菌b6优选经微生物培养基培养得到；所述微生物培养基优选包括牛肉膏培养基和3-环己氨基-1-丙磺酸(caps)缓冲液。牛肉膏培养基为菌种的活化提供营养成分，caps缓冲液用以维持微生物培养基的ph稳定。
在本发明中，以水为溶剂，所述牛肉膏培养基优选包括2.5～4.5g/l的牛肉膏和8～15g/l的蛋白胨，更优选为3.0～4.0g/l的牛肉膏和10～13g/l的蛋白胨，最优选为3.53g/l的牛肉膏和11.76g/l的蛋白胨。
在本发明中，所述牛肉膏培养基优选灭菌后使用；所述灭菌优选为高温灭菌，所述灭菌的温度优选为121℃，所述灭菌的时间优选为15min。本发明对所述灭菌的设备没有特殊要求，采用本领域技术人员常规灭菌设备即可，如高压蒸汽灭菌锅。
在本发明中，以水为溶剂，所述3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液优选包括120～170g/l的3-环己氨基-1-丙磺酸，更优选为140～160g/l，最优选为147.5g/l。
在本发明中，所述3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液的ph值优选为9～10.5，更优选为9.5～10。本发明对3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液调节ph值的方法没有特殊限定，采用本领域技术人员的常规做法即可。在本发明具体实施方式中，优选用naoh调节3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液的ph值。所述naoh优选为naoh水溶液，所述naoh水溶液的浓度优选为1～10mol/l，更优选为5～7mol/l。
在本发明中，所述3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液优选灭菌后使用；所述灭菌优选为高温灭菌，所述灭菌的温度优选为121℃，所述灭菌的时间优选为15min。本发明对所述灭菌的设备没有特殊要求，采用本领域技术人员常规灭菌设备即可，如高压蒸汽灭菌锅。
在本发明中，所述牛肉膏培养基与3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液的体积比优选为(70～95):(10～20)，更优选为(80～90):(12～18)，最优选为85:15。本发明将牛肉膏培养基和3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液在无菌条件下按照上述体积比混合，得到ph值为9.5～10的微生物培养基。本发明先调节3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液的ph再与牛肉膏培养基混合的目的是避免氢氧化钠溶液的强碱性破坏牛肉膏培养基中的营养成分。
本发明将芽孢杆菌b6接种于微生物培养基中培养，得到微生物培养液。本发明对所述芽孢杆菌b6的接种量没有特殊要求，具体为用接种环按照本技术领域常规的操作挑取少许菌落接种于微生物培养基中。
在本发明中，所述培养优选在振荡条件下进行，所述振荡的频率优选为120～180rpm，更优选为130～160rpm，最优选为150rpm。在本发明中，所述培养的温度优选为25～35℃，更优选为28～32℃，最优选为29～31℃。在本发明中，所述培养的时间优选为8～48h，更优选为10～24h，最优选为12～20h。本发明对所述振荡培养的仪器没有特殊限定，采用本领域技术人员常规选用的设备即可，如恒温摇床。
在本发明中，所述芽孢杆菌b6经微生物培养基培养后，离心得到菌体沉淀；在本发明中，所述离心的转速优选为5000～7000rpm，更优选为6000rpm；所述离心的时间为8～12min，更优选为10min。离心后，用所述矿化培养液洗涤所述菌体沉淀2～3次。本发明使用矿化培养液洗涤菌体沉淀的目的是进一步去除微生物培养基中的牛肉膏和蛋白胨成分，从而避免后续矿化培养过程中，牛肉膏、蛋白胨等成分附着在再生骨料表面，影响微生物对再生骨料的强化。
本发明将芽孢杆菌b6与矿化培养液混合，得到混合培养液。在本发明中，所述矿化培养液以水为溶剂，优选包括10～45g/l的3-环己氨基-1-丙磺酸、4～12g/l的乳酸钠、1～3g/l硝酸钠、20～40mmol/l的氯化钙、0.5～1.5mmol/l的硫酸镁、0.08～0.18mmol/l的磷酸二氢钾，更优选为15～35g/l的3-环己氨基-1-丙磺酸、6～10g/l的乳酸钠、1.5～2g/l硝酸钠、25～35mmol/l的氯化钙、0.8～1.2mmol/l的硫酸镁、0.10～0.15mmol/l的磷酸二氢钾，最优选为22.13g/l的3-环己氨基-1-丙磺酸、8.5g/l的乳酸钠、1.7g/l硝酸钠、25.5mmol/l的氯化钙、0.85mmol/l的硫酸镁、0.11mmol/l的磷酸二氢钾。在本发明中，所述3-环己氨基-1-丙磺酸作为缓冲成份，维持所述矿化培养液的ph值稳定；所述乳酸钠为微生物提供碳源，经微生物吸收后代谢产生碳酸根或二氧化碳，与钙离子反应生成碳酸钙；所述硝酸钠为微生物提供氮源，用于细菌合成蛋白质、核酸及其他氮素化合物；所述氯化钙为矿化沉积提供钙离子，与微生物代谢生成的碳酸根或二氧化碳反应生成碳酸钙；所述硫酸镁和磷酸二氢钾为微生物提供无机盐成分，在微生物的生长过程中，构成菌体的细胞成份、作为酶的组成部分、酶的激活剂或抑制剂，调节培养基的渗透压、ph、氧化还原电位等。
在本发明中，所述矿化培养液优选采用两步法进行配制。先配制乳酸钠、硝酸钠、氯化钙、硫酸镁和磷酸二氢钾的混合溶液(a液)，再将所述a液与3-环己氨基-1-丙磺酸的水溶液(b液)进行混合，得到矿化培养液。本发明所述a液或b液的ph值优选为10.1～10.9，更优选为10.4～10.6，最优选为10.5。本发明在配制过程中，单独调节a液和b液的ph值；本发明优选用naoh调节a液和b液的ph值。若采用naoh溶液调节，所述naoh溶液的浓度优选为1～10mol/l，更优选为5～7mol/l。将a液和b液混合后，得到矿化培养液；所述矿化培养液的ph值优选为10.1～10.9，更优选为10.4～10.6，最优选为10.5。本发明采用两步法配制矿化培养液，分别调节a液和b液的ph，更易于控制ph值，从而为细菌代谢提供合适的ph。本发明矿化培养液的ph值为10.5时，既有利于细菌生长，又有利于合成碳酸钙。
本发明将芽孢杆菌b6与矿化培养液混合，得到混合培养液。在所述混合培养液中，芽孢杆菌b6的菌数优选为1×107～109cfu/l，更优选为1×108cfu/l。
本发明使用混合培养液喷淋再生骨料，使芽孢杆菌b6附着在再生骨料的表面孔隙中，同时微生物会通过代谢将培养液中的钙离子ca2+转化为碳酸钙caco3沉积在再生骨料表面孔隙中，从而堵塞再生骨料表面孔隙，降低再生骨料的吸水率。在本发明中，所述再生骨料的粒度优选为0.10～25mm。在本发明的实施例中，再生骨料的粒度为0.15～4.75mm或5～10mm。
本发明对所述再生骨料的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的技术方案由废弃混凝土制备得到。具体的，在本发明的实施例中，所述再生骨料的制备方法优选包括以下步骤：
将废弃混凝土破碎，取出破碎后的混凝土中的钢筋，得到无钢筋混凝土；将所述无钢筋混凝土再次破碎，得到0.10～25mm的再生骨料。
在本发明中，所述无钢筋混凝土破碎的程度为4.75～20mm或小于4.75mm；所述废弃混凝土破碎的方式优选为利用破碎锤将钢筋破碎出来，或人工破碎后取出钢筋，得到无钢筋混凝土。本发明对无钢筋混凝土再次破碎的方式没有特殊限定，采用本领域中的常规方法即可。
本发明使用混合培养液喷淋到再生骨料上，得到强化再生骨料。在本发明中，所述喷淋以保持再生骨料的表面湿润为标准，优选采用间歇喷淋的方式，每隔10～12h喷淋0.5～1.5h，每1kg再生骨料喷淋混合培养液的量为1～3ml/min；更优选的，每隔11h喷淋1h，每1kg再生骨料喷淋混合培养液的量为2ml/min。喷淋过程中，保持矿化培养液的温度为25～35℃，更优选为28～32℃，最优选为29～31℃。
所述喷淋的总时间为15～30d，更优选为18～25d，最优选为20d。其中，喷淋的总时间包括喷淋时间及喷淋间隙时间。在本发明中，喷淋混合培养液的目的在于保持再生骨料的湿润，为微生物的生命活动提供水分和营养物质。同时，微生物通过代谢将培养液中的钙离子ca2+转化为碳酸钙caco3沉积在再生骨料表面孔隙中，从而堵塞再生骨料表面孔隙，降低再生骨料的吸水率。在本发明中，所述矿化培养液在喷淋过程中的作用为提供钙源(钙离子)和微生物适宜的生存环境和较高的矿化活性。
本发明在得到强化再生骨料后，优选对再生骨料进行干燥。本发明对所述干燥的方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的骨料干燥的技术方案即可；在本发明的实施例中，具体可以采用鼓风干燥箱进行干燥或自然晾干。当所述干燥优选为鼓风干燥时，所述干燥优选具体为：在25～35℃条件下干燥至恒重。
在本发明中，按照标准gb/t25176-2010《混凝土和砂浆用再生骨料》测试微生物处理前后强化再生骨料的吸水率变化。
下面结合实施例对本发明提供的一种微生物强化再生骨料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1：
再生骨料的制备：用破碎锤将废弃混凝土进行初步破碎，将钢筋破碎出来，难取出的钢筋由人工破碎后取出，得到初步破碎的无钢筋混凝土，再用颚式破碎机进行破碎，筛分出4.75～20mm的骨料，连续级配。
矿化培养液的制备：将8.5g乳酸钠、1.7g硝酸钠、25.5mmol氯化钙、0.85mmol硫酸镁和0.11mmol磷酸二氢钾溶于800ml去离子水中，充分混匀后，定容至850ml，得到a液；称取3-环己氨基-1-丙磺酸22.3g，量取去离子水130ml，充分混匀后用6mol/l氢氧化钠和90％的醋酸溶液调节ph值至10.5，定容至150ml，得到b液；将a液与b液混合均匀，即为矿化培养液。
微生物培养基的制备：称取牛肉膏3g、蛋白胨10g，量取去离子水850ml，配制成牛肉膏培养基，121℃灭菌15min，冷却至室温；称取3-环己氨基-1-丙磺酸22.3g，量取去离子水130ml，充分混匀后用6mol/l氢氧化钠调节ph值至10，定容至150ml，配制3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液，121℃灭菌15min，冷却至室温；将冷却至室温的牛肉膏培养基和3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液混合，得到微生物培养基。
将芽孢杆菌b6接种于微生物培养基中，在30℃条件下振荡培养24h，振荡的频率为150rpm，培养结束后离心并用矿化培养液洗涤3次，得到细菌沉淀，将细菌沉淀加入到矿化培养液中，得到混合培养液，使混合培养液中的菌数为1×108cfu/l；在常温条件下将混合培养液喷淋至再生骨料，每隔11h喷淋1h，每1kg再生骨料喷淋混合培养液的量为2ml/min，间歇喷淋20天，得到强化再生骨料。按照标准gb/t25176-2010《混凝土和砂浆用再生骨料》测试微生物处理前后强化再生骨料的吸水率等性能，结果见表1：
表1本发明实施例中强化再生骨料处理前后性能对比
由表1可以得出，强化再生骨料经微生物处理后的吸水率为3.9％，处理前的吸水率为8.6％，与微生物处理前相比，吸水率降低了54.7％。
实施例2：
再生骨料的制备：用破碎锤将废弃混凝土进行初步破碎，将钢筋破碎出来，难取出的钢筋由人工破碎后取出，得到初步破碎的无钢筋混凝土，再用颚式破碎机进行破碎，筛分出小于10mm的骨料，再利用复合破碎机进行二级破碎，筛分出小于4.75mm的骨料，最后制备出0.15～4.75mm的骨料。
矿化培养液的制备：将8.5g乳酸钠、1.7g硝酸钠、25.5mmol氯化钙、0.85mmol硫酸镁和0.11mmol磷酸二氢钾溶于800ml去离子水中，充分混匀后，定容至850ml，得到a液；称取3-环己氨基-1-丙磺酸22.3g，量取去离子水130ml，充分混匀后用6mol/l氢氧化钠和90％的醋酸溶液调节ph值至10.5，定容至150ml，得到b液；将a液与b液混合均匀，即为矿化培养液。
微生物培养基的制备：称取牛肉膏3g、蛋白胨10g，量取去离子水850ml，配制成牛肉膏培养基，121℃灭菌15min，冷却至室温；称取3-环己氨基-1-丙磺酸22.3g，量取去离子水130ml，充分混匀后用6mol/l氢氧化钠调节ph值至10，定容至150ml，配制3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液，121℃灭菌15min，冷却至室温；将冷却至室温的牛肉膏培养基和3-环己氨基-1-丙磺酸缓冲液混合，得到微生物培养基。
将芽孢杆菌b6接种于微生物培养基中，在30℃条件下振荡培养24h，振荡的频率为150rpm，培养结束后离心并用矿化培养液洗涤3次，得到细菌沉淀，将细菌沉淀加入到矿化培养液中，得到混合培养液，使混合培养液中的菌数为1×108cfu/l；在常温条件下将混合培养液喷淋至再生骨料，每隔11h喷淋1h，每1kg再生骨料喷淋混合培养液的量为2ml/min，间歇喷淋20天，得到强化再生骨料。按照标准gb/t25176-2010《混凝土和砂浆用再生骨料》测试微生物处理前后强化再生骨料的吸水率等性能，结果见表2～3：
表2本发明实施例2中强化再生骨料的粒度
表3本发明实施例2中强化再生骨料经微生物处理前后的性能
由表3可以得出，经微生物处理后的强化再生骨料的吸水率为2.7％，处理前的吸水率为6.0％，与微生物处理前相比，吸水率降低了55.0％。
实施例3
用实施例2中未处理的再生骨料和强化后的再生骨料作为再生砂制备再生砂浆，配比见表4，考察再生骨料经微生物强化后对砂浆抗压强度的影响，结果见表5。
表4再生砂浆配合比
表5再生砂浆抗压强度
实施例4
用实施例2中未处理的再生骨料和强化后的再生骨料作为再生砂制备再生砂浆，配比见表6，考察再生骨料经微生物强化后对砂浆抗压强度的影响，结果见表7。
表6再生砂浆配合比
表7再生砂浆抗压强度
由以上实施例可知，采用本发明的利用芽孢杆菌b6制备高性能再生骨料的方法，得到的再生骨料的吸水率和压碎指标值降低，由再生骨料制备再生砂浆后，再生砂浆的抗压强度增加。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。