产碱杆菌在矿化加固钙质砂工艺中作为加固剂的用途的制作方法

本发明涉及产碱杆菌的新用途，特别涉及产碱杆菌在矿化加固钙质砂工艺中作为加固剂的用途

背景技术：

硅酸盐水泥是建筑工程中最为常用的凝胶材料，在人类的历史进程和今后的发展中都占有重要的位置。但是硅酸盐水泥的生产过程需要大量的热量来将生石灰转化为熟石灰，在现有的生产力水平下，这部分的热量是由化石燃料的燃烧来产生的。这样一来，硅酸盐水泥的生产过程中需要消耗大量的化石燃料，并在燃烧化石燃料和烧制生石灰的过程中都会排放大量的二氧化碳(co2)，大气中co2浓度的提升会造成“温室效应”。此外，硅酸盐水泥生产过程中还会产生各种有害气体，对生态环境造成负面影响。

微生物水泥属于生物凝胶材料，其主要原理是利用微生物的水解作用，产生co3^2-或nh4⁺等离子团，与散粒材料如沙子中所含的ca²⁺等形成沉淀物，将松散的颗粒凝结起来，起到固化的作用。相比硅酸盐水泥等传统的凝胶材料，生物凝胶材料其生产和作用过程均更加绿色环保。此外，生物凝胶材料的作用过程也可以通过控制微生物的生长环境进行细致的调控，从而实现“智能”且“可控”的自动化建造过程。微生物水泥在边坡和地基加固方面具有广泛的应用前景，在近年来属于土木工程和生物工程领域的研究热点。

但是，在常见的微生物水泥中主要采用的是脲酶菌(巴氏芽孢杆菌)，该脲酶菌微生物产生脲酶，在脲酶的作用下，尿素会快速水解产生氨气和碳酸根，碳酸根会和溶液中的钙离子作用，生成碳酸钙，形成凝胶，将松散的砂粒固化。但是，还有相当一部分的氨气由于随着反应进行溶液ph值升高，无法溶解而直接排放到空气中，对环境产生负面影响。因此，解决现有微生物水泥材料在矿化固结中的氨气排放，真正实现绿色无污染的微生物水泥具有十分重要的实际意义。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种产碱杆菌在矿化加固钙质砂工艺中作为加固剂的用途。

产碱杆菌在矿化加固钙质砂工艺中作为加固剂的用途。

其中，所述产碱杆菌的菌液浓度od600＝1.3-1.6，编号为gim1.754，拉丁文名为alcaligenessp，其他编号为accc01730，购买于广东省微生物保藏中心。

其中，所述矿化加固钙质砂工艺为灌浆工艺。

优选地，所述灌浆工艺，包括如下步骤：

1)将柠檬酸盐加入到产碱杆菌溶液中，形成混合液体；

2)将上述混合溶液用蠕动泵注入钙质砂柱中，静置1-3小时；

3)再用蠕动泵向上述钙质砂柱注入100ml的钙盐溶液，静置5-7小时，将钙质砂柱中的剩余溶液排出；

4)重复步骤2)-3)，直至无法向上述钙质砂柱中再注入混合液体为止；

5)对上述加固好的钙质砂柱进行烘干养护脱模即可。

其中，步骤1)中，所述柠檬酸盐的体积摩尔浓度为0.1-1mol/l。

其中，步骤1)中，所述混合溶液中产碱杆菌与柠檬酸盐的体积比为0.5-1.5:1。

其中，步骤2)中，所述混合溶液的用量为50-150ml。

其中，步骤2)中，所述钙质砂柱的尺寸为ф5cm×10cm。

其中，步骤3)中，所述钙盐溶液选自cacl2溶液、硝酸钙、乳酸钙中的一种或几种。

其中，步骤3)中，所述钙盐溶液的体积摩尔浓度为0.1-1mol/l，体积为50-150ml。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明通过研究意外的发现，将产碱杆菌作为加固剂添加到矿化加固钙质砂的灌浆工艺中，一方面，与现有的脲酶菌微生物水泥在水解尿素过程中产生氨气相比，能够将柠檬酸盐水解为碳酸盐，其中的碳酸根与钙离子结合生成碳酸钙，且在矿化固结过程中不产生氨气，对环境影响更小，更加绿色环保；另一方面，与普通的硅酸盐水泥相比，具有更大的渗透系数，能够在加固边坡和地基的同时更好得保证地面的排水和渗透，从而大大拓宽了产碱杆菌在市场中的应用范围。

附图说明

图1为实施例1-3及对比例1-4加固试验所采用的φ5cm×10cm的钙质砂柱示意图；

图2为对实施例1松散钙质砂柱进行xrd分析后得到的结果图；

图3-7为实施例1不同的放大倍数下的灌浆加固后的钙质砂柱的扫描电镜图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，本发明所使用的原料如下：

产碱杆菌的菌液浓度od600＝1.3-1.6，编号为gim1.754，拉丁文名为alcaligenessp，其他编号为accc01730，购买于广东省微生物保藏中心；

柠檬酸盐、钙盐溶液均可通过市售购买得到。

各性能指标的测试方法：

单轴抗压强度：在灌浆加固完成后，取实施例1-3及对比例1-4烘干养护好的砂柱，进行单轴抗压试验，测试其单轴抗压强度；

渗透系数：取实施例1-3及对比例1-4加固后的钙质砂柱，进行渗透试验，测试其渗透系数；

是否产生氨气的测试方法：gb/t14679-1993空气质量-氨的测定-次氯酸钠-水杨酸分光光度法。

加固前后砂柱中的矿物成分：对加固前的钙质砂柱和经实施例1加固后的钙质砂柱进行xrd检测，检测加固前后砂柱中的矿物成分；

加固前后钙质砂柱的围观结构：对加固前的钙质砂柱和经实施例1加固后的钙质砂柱分别采用扫描电镜的方式对钙质砂柱进行扫描，观察加固前后钙质砂柱的围观结构。

含有产碱杆菌的矿化加固钙质砂灌浆工艺：

实施例1

1)将体积摩尔浓度为0.8mol/l的柠檬酸盐加入到菌种浓度od600＝1.5的产碱杆菌溶液中，形成混合液体，其中，所述混合溶液中产碱杆菌与柠檬酸盐的体积比为1:1；

2)将100ml的上述混合溶液用蠕动泵注入ф5cm×10cm的钙质砂柱中，静置2小时；

3)再用蠕动泵向上述钙质砂柱注入100ml的体积摩尔浓度为0.8mol/l的cacl2溶液，静置6小时，将钙质砂柱中的剩余溶液排出；

4)重复步骤2)-3)，直至无法向上述钙质砂柱中再注入混合液体为止；

5)对上述加固好的钙质砂柱进行烘干养护脱模即可。所得的加固后的钙质砂柱的加固效果

所得的加固后的钙质砂柱的加固试验所采用的φ5cm×10cm的钙质砂柱示意图如图1所示；对所得的加固后的钙质砂柱的钙质砂柱进行xrd分析后得到的结果如图2所示，图中显示在灌浆加固后，钙质砂中有碳酸钙(85-0849)生成，而钙质砂的成分为aragonite(99-0013)；所得的加固后的钙质砂柱在不同的放大倍数下的灌浆加固后的钙质砂柱的扫描电镜图如图3-7所示；所得的加固后的钙质砂柱的加固效果如表1所示。

实施例2

步骤1)所述混合溶液中产碱杆菌与柠檬酸盐的体积比为0.5:1，其他同实施例1。所得的加固后的钙质砂柱的加固效果如表1所示。

实施例3

步骤1)所述混合溶液中产碱杆菌与柠檬酸盐的体积比为1.5:1，其他同实施例1。所得的加固后的钙质砂柱的加固效果如表1所示。

对比例1

步骤1)所述混合溶液中产碱杆菌与柠檬酸盐的体积比或摩尔比为0.1:1，其他同实施例1。所得的加固后的钙质砂柱的加固效果如表1所示。

对比例2

步骤1)所述混合溶液中产碱杆菌与柠檬酸盐的体积比或摩尔比为2:1，其他同实施例1。所得的加固后的钙质砂柱的加固效果如表1所示。

对比例3

采用脲酶菌替换产碱杆菌，同时添加0.1mol/l的尿素，其他同实施例1。所得的加固后的钙质砂柱的加固效果如表1所示。

对比例4

采用巴氏芽孢杆菌替换产碱杆菌，同时添加0.1mol/l的尿素，其他同实施例1。所得的加固后的钙质砂柱的加固效果如表1所示。

表1

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。