本发明属于混凝土技术领域，尤其涉及到一种微生物强化再生骨料及其制备方法。
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，而提供一种微生物强化再生骨料及其制备方法，能够降低再生骨料的吸水率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种微生物强化再生骨料的制备方法，包括如下步骤：
1)将假坚强芽孢杆菌接种于微生物培养基中培养，得到微生物培养液；
2)将所述步骤1)得到的微生物培养液与矿化培养液混合，得到混合培养液；
3)将再生骨料在所述步骤2)得到的混合培养液中浸泡，得到强化再生骨料。
优选的，所述步骤1)中的微生物培养基包括牛肉膏培养基和3-环己氨基-1-丙磺酸培养基，所述牛肉膏培养基与3-环己氨基-1-丙磺酸培养基的体积比为(70～95):(10～20)。
优选的，以水为溶剂，所述牛肉膏培养基包括2.5～4.5g/l的牛肉膏和8～15g/l的蛋白胨。
优选的，以水为溶剂，所述3-环己氨基-1-丙磺酸培养基包括10～45g/l的3-环己氨基-1-丙磺酸；
所述3-环己氨基-1-丙磺酸培养基的ph值为10～10.5。
优选的，所述步骤1)中的培养在振荡条件下进行，所述振荡的频率为120～180rpm；
所述培养的温度为25～35℃，所述培养的时间为10～48h。
优选的，以水为溶剂，所述矿化培养液包括10～45g/l的3-环己氨基-1-丙磺酸、3～15ml/l的乳酸钠和3～10g/l的氢氧化钙；
所述矿化培养液的ph值为10.1～10.9。
优选的，所述步骤2)得到的混合培养液中微生物的菌数为1×107～109cfu/l。
优选的，其特征在于，所述步骤3)中的再生骨料的质量与混合培养液的体积比为(0.5～1.5)g:(15～25)ml。
优选的，所述步骤3)浸泡的时间为15～30天。
本发明提供了一种微生物强化再生骨料的制备方法，包括如下步骤：1)将假坚强芽孢杆菌接种于微生物培养基中培养，得到微生物培养液；2)将所述步骤1)得到的微生物培养液与矿化培养液混合，得到混合培养液；3)将再生骨料在所述步骤2)得到的混合培养液中浸泡，得到强化再生骨料。再生骨料在混合培养液中浸泡时，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。采用本发明的微生物强化再生骨料的制备方法制备得到的强化再生骨料，吸水率为4.7～6.1％，与微生物处理前相比，吸水率降低了10.29～21.67％，压碎指标值降低，由强化再生骨料制备再生砂浆后，再生砂浆的抗压强度增加5.39～21.84％。
具体实施方式
本发明提供了一种微生物强化再生骨料的制备方法，包括如下步骤：
1)将假坚强芽孢杆菌接种于微生物培养基中培养，得到微生物培养液；
2)将所述步骤1)得到的微生物培养液与矿化培养液混合，得到混合培养液；
3)将再生骨料在所述步骤2)得到的混合培养液中浸泡，得到强化再生骨料。
在本发明中，所述假坚强芽孢杆菌菌种的编号为dsm8715，从中国普通微生物菌种保藏管理中心获得。
在本发明中，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-丙磺酸培养基，所述牛肉膏培养基与3-环己氨基-1-丙磺酸培养基的体积比优选为(70～95):(10～20)，更优选为(80～90):(12～18)，最优选为85:15。
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-丙磺酸培养基优选包括10～45g/l的3-环己氨基-1-丙磺酸，更优选为15～30g/l，最优选为22.13g/l。
在本发明中，所述3-环己氨基-1-丙磺酸培养基的ph值优选为10～10.5。
在本发明中，所述3-环己氨基-1-丙磺酸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。
本发明将牛肉膏培养基和3-环己氨基-1-丙磺酸培养基在无菌条件下按照上述体积比混合，得到微生物培养基。
本发明将假坚强芽孢杆菌接种于微生物培养基中进行培养，得到微生物培养液。本发明对所述假坚强芽孢杆菌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，最有选为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。
得到微生物培养液后，本发明将所述微生物培养液与矿化培养液混合，得到混合培养液。在本发明中，以水为溶剂，所述矿化培养液优选包括10～45g/l的3-环己氨基-1-丙磺酸、3～15ml/l的乳酸钠和3～10g/l的氢氧化钙，更优选为15～35g/l的3-环己氨基-1-丙磺酸、5～10ml/l的乳酸钠和4～8g/l的氢氧化钙，最优选为22.13g/l的3-环己氨基-1-丙磺酸、7.5ml/l的乳酸钠和6.67g/l的氢氧化钙。
在本发明中，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。本发明对所述ph值的调节优选采用醋酸溶液调节，所述醋酸溶液中醋酸的质量浓度优选为10～100％，更优选为50～99％，最优选为80～95％。
在本发明中，将所述微生物培养液与矿化培养液混合，得到混合培养液。所述混合培养液中，假坚强芽孢杆菌的菌数优选为1×107～109cfu/l，更优选为1×108cfu/l。
得到混合培养液后，本发明将再生骨料置于所述混合培养液中浸泡，得到强化再生骨料。在本发明中，所述再生骨料的粒度优选为0.10～25mm。在本发明实施例中，再生骨料的粒度为0.15～4.75mm或10～20mm。
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：
1)将废弃混凝土破碎；
2)将所述步骤1)破碎后的混凝土中的钢筋取出，得到无钢筋混凝土；
3)将所述步骤2)得到的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10～20mm或小于4.75mm；所述步骤1)中破碎的方式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。
在本发明中，所述再生骨料的质量与混合培养液的体积比优选为(0.5～1.5)g:(15～25)ml，更优选为(0.8～1.2)g:(18～22)ml，最优选为1g:20ml。
在本发明中，所述浸泡的时间优选为15～30天，更优选为18～25天，最优选为20天。在本发明中，再生骨料在混合培养液中浸泡时，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，所述矿化培养液在浸泡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。
所述浸泡后，本发明优选将所述浸泡后的再生骨料干燥，得到强化再生骨料。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，利用破碎锤将钢筋破碎出来，难取出的钢筋由人工破碎后取出，得到初步破碎的废弃混凝土，再用颚式破碎机进行破碎，筛分出10～20mm的骨料。
矿化培养液的制备：称取氢氧化钙6.67g，称取3-环己氨基-1-丙磺酸22.13g，量取l-乳酸钠7.5ml，去离子水830ml，充分混匀后使用醋酸调节ph值至10.5，定容至850ml。
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，量取去去离子水130ml，充分混匀后用6mol/l氢氧化钠调节ph值至10.5，定容至150ml，配制3-环己氨基-1-丙磺酸培养基，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-丙磺酸培养基混合，得到微生物培养基。
将假坚强芽孢杆菌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，培养结束后得到微生物培养液，然后将微生物培养液加入矿化培养液中，得到混合培养液，使混合培养液中的菌数为1×108cfu/l；称取再生骨料加入到混合培养液中，再生骨料的质量与混合培养液的体积比为1g:20ml，在常温条件下浸泡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6.1％，处理前的吸水率为6.8％，与微生物处理前相比，吸水率降低了10.29％。
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，利用破碎锤将钢筋破碎出来，难取出的钢筋由人工破碎后取出，得到初步破碎的废弃混凝土，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015～4.75mm的骨料。
矿化培养液的制备：称取氢氧化钙6.67g，称取3-环己氨基-1-丙磺酸22.13g，量取l-乳酸钠7.5ml，去离子水830ml，充分混匀后使用醋酸调节ph值至10.5，定容至850ml。
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，量取去去离子水130ml，充分混匀后用6mol/l氢氧化钠调节ph值至10.5，定容至150ml，配制3-环己氨基-1-丙磺酸培养基，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-丙磺酸培养基混合，得到微生物培养基。
将假坚强芽孢杆菌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，培养结束后得到微生物培养液，然后将微生物培养液加入矿化培养液中，得到混合培养液，使混合培养液中的菌数为1×108cfu/l；称取再生骨料加入到混合培养液中，再生骨料的质量与混合培养液的体积比为1g:20ml，在常温条件下浸泡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，结果见下表：
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4.7％，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21.67％。
表4本发明实施例2中强化再生骨料压碎指标
由表4可以得出，经微生物处理后，压碎指标值降低。
实施例3
用实施例2得到的强化再生骨料作为再生砂制备再生砂浆，配比见表5，考察微生物处理前后的再生砂浆抗压强度，结果见表6。
表5砂浆配合比
表6再生砂浆抗压强度/mpa
由表6可以得出，经微生物处理后，再生砂浆的抗压强度增加了5.39～21.84％。
由以上实施例可知，采用本发明的微生物强化再生骨料的制备方法，得到的再生骨料的吸水率降低了10.29～21.67％，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5.39～21.84％。
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。