本发明涉及岩土工程领域，具体涉及一种基于耐高温微生物改良的泡沫混凝土及其制备方法。
背景技术：
1、泡沫混凝土通常是用机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的一种多孔材料。泡沫混凝土具有自流平、凝结时间可控等优点，常用于边坡溶洞、路基空穴的充填，可避免常规混凝土充填不到位的缺陷，避免了水泥材料的浪费；且泡沫水泥浆材料绿色环保，对周边环境无不利影响。目前现有技术中，泡沫混凝土相对常规混凝土在抗压强度、抗渗性方面的性能还存在较大的不足，原因在于泡沫混凝土成型后密度小、内部孔隙多，即便增加纤维、憎水剂等进行改良，却还是达不到良好的抗渗性，这些外加剂对周边环境也产生了不良影响。
2、微生物诱导碳酸钙沉淀(micp)是自然界广泛存在的一种生物诱导矿化作用。微生物诱导碳酸钙沉淀技术因其具有环境友好、生态低碳等特性，受到社会各界及学者们的大力推广。微生物体内的脲酶分解尿素产生co32-，然后和外界环境中存在的ca2+发生反应，在颗粒的表面和颗粒之间产成碳酸钙沉积。这种微生物在自然界中分布很广，并且脲酶具有很强的分解尿素的能力，可以将尿素快速分解产生碳酸根最终在有钙源时生成碳酸钙，因此该方法在应用时菌株的选取可以从原位提取，具有很高的环保价值。微生物诱导碳酸钙沉淀涉及多个学科的交叉，在许多个领域有着广泛的应用前景。
3、micp技术在水泥基材料领域的研究主要集中在混凝土方面，一方面是对混凝土裂缝的被动修复研究，另一方面是自修复混凝土的研究。当前学界研究温度对micp技术的影响仅限于低温及常温环境，且在低温及常温方面该技术已有重大突破；然而针对micp技术在高温方面的研究当前还鲜有报道，究其根本最大的制约因素即巴氏芽孢八叠球菌对高温环境耐受性差，在高温环境时存活率极低。因此，当micp技术应用在大体积混凝土工程中时，由于大体积混凝土内部放热效应产生的高温环境(可达45℃～65℃)，普通菌种成活和繁育率大幅下降，严重影响micp技术修复或加固效果。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于耐高温微生物改良的泡沫混凝土，增加了高温环境中特别是大体积混凝土中菌种成活和繁育率，该混凝土原材料绿色环保无污染、成本低，相比常规的泡沫混凝土，可提高抗压强度、抗渗性、耐久性。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于耐高温微生物改良的泡沫混凝土，所述泡沫混凝土是由固体物质和液体物质按照体积比为1:3～5的比例混合配制而成；其中，所述固体物质由质量百分比90％～95％的胶结材料和5％～10％的钙原材料组成；所述液体物质由以下体积百分比的物质组成：6％～10％的发泡剂、85％～90％的水和3％～5％的耐高温微生物菌液。
3、本发明进一步的技术方案：所述耐高温微生物菌液是将巴氏芽孢八叠球菌进行高温驯化后得到的耐高温矿化菌种液。
4、本发明进一步的技术方案：所述钙原材料为尿素钙源胶结液缓释微胶囊，胶囊外部的壁材选取明胶和阿拉伯胶按照质量比1:0.8～1的比例混合而成，其内部的尿素钙源胶结液是将氯化钙和尿素按照质量比1:0.6～1的比例混合后，充分溶解到水中配制而成。
5、本发明较优的技术方案：所述发泡剂为htq-1型复合动物蛋白发泡剂、植物型发泡剂及复合型发泡剂中的一种或几种。
6、本发明较优的技术方案：所述胶结材料包括是由水泥和氧化钙按照质量比为2～5：1的比例混合配制而成。
7、为了达到上述技术方案，本发明还提供了一种基于耐高温微生物改良的泡沫混凝土的制备方法，具体步骤如下：
8、s1.在发泡瓶内加入体积百分比为6％～10％的发泡剂、85％～90％的水和3％～5％的耐高温微生物菌液，充气加压3～6分钟，待空压机气压升压到0.6mpa～0.8mpa后，检查泡沫正常备用；所述发泡剂为htq-1型复合动物蛋白发泡剂、植物型发泡剂及复合型发泡剂中的一种或几种；所述耐高温微生物菌液是将巴氏芽孢八叠球菌进行高温驯化后得到的耐高温矿化菌种液；
9、s2.将质量百分比为80％～90％的胶结材料和质量百分比为5％～10％的钙原材料投入混凝土搅拌机中，搅拌均匀后备用搅拌均匀后备用；所述胶结材料是由水泥与氧化钙按照质量比为2～5：1的比例混合而成；所述钙原材料为尿素钙源胶结液缓释微胶囊；
10、s3.将s2步骤中拌合好的浆料与s1步骤中泡沫液按照体积比1:3～5的比例混合，并搅拌均匀；
11、s4.将搅拌均匀的泡沫混凝土进行工程浇筑，湿度保持85％以上，养护3天以上。
12、本发明较优的技术方案：所述s1步骤中的巴氏芽孢八叠球菌耐高温驯化的过程如下：
13、(1)培养基准备，包括标准培养基、固体培养基和胶结液；
14、其中，所述标准培养基的配方：酪蛋白胨15.0g/l，大豆蛋白胨5.0g/l，nacl 5.0g/l，尿素20.0g/l，去离子水1000ml；
15、所述固体培养基的配方：酪蛋白胨15.0g/l，大豆蛋白胨5.0g/l，nacl 5.0g/l，尿素20.0g/l，琼脂20.0g/l，去离子水1000ml；
16、所述胶结液的配方：尿素1mol/l(60g/l)，氯化钙1mol/l(111g/l)，去离子水1000ml；
17、(2)紫外诱变筛选，具体操作如下：开启20w紫外照射灯预热20～30min，然后取100ml的od600为1～1.2的巴氏芽孢八叠球菌菌悬液放入培养皿中，再将培养皿放置在距离紫外照射灯管30～50cm处进行照射，照射时用磁力搅拌器搅动菌悬液；所述紫外诱变的照射时间为60～90s；
18、(3)耐高温驯化：将步骤(2)中紫外诱变筛选后的菌株接种到步骤(1)中的液体培养基中适温培养12h，然后改变菌株培养温度至初始驯化温度继续培养24h后得到初始菌液，取初始菌液涂布于步骤(1)中的固体培养基后放置适温环境培养24h；如果固体培养基中存在菌斑，则成功完成初始驯化温度条件下的一代高温驯化，并从中挑取一株菌株作为下一代的驯化菌株；如果固态培养基中不存在菌斑，重新取初始菌液涂布至固体培养基上结合紫外诱变继续驯化致使出现菌斑，并从中挑取一株菌株作为下一代的驯化菌株；
19、(4)将步骤(3)中一代高温驯化后挑选驯化菌株在初始驯化温度条件下按照步骤(3)中的驯化过程重复驯化五代以上，得到初始驯化温度条件下的稳定驯化菌株；
20、(5)从步骤(4)中初始驯化温度条件下的稳定驯化菌株中挑选一株，再次按照步骤(3)中的驯化过程进行升温驯化，每次升温1℃，且同一温度条件下重复驯化五代以上，得到最终温度条件下的稳定驯化菌株即耐高温微生物菌液。
21、本发明较优的技术方案：所述s2步骤中的尿素钙源胶结液缓释微胶囊的制备过程如下：将阿拉伯胶和明胶分别配制成质量百分比5％的阿拉伯胶溶液和5％的明胶溶液；将氯化钙和尿素按照质量比1:0.6～1的比例混合后按照质量体积比3:2的比例加入5％阿拉伯胶溶液中，然后在搅拌速度900r·min-1的条件下将混合溶液加入含乳化剂的液体石蜡油相中乳化30～35min，再加入与阿拉伯胶溶液同等体积的5％明胶溶液，继续乳化30～35min后，将溶液ph调为4，凝聚反应115～125min，降温到7～10℃，再调节上述体系中溶液的ph到9，降低转速，用37％甲醛固化交联50～80min；反应结束后，采用离心加过滤洗涤得到尿素钙源胶结液微胶囊，并将其干燥后收藏备用。
22、本发明较优的技术方案：所述步骤(3)中的初始驯化温度为45℃，所述步骤(5)中的升温驯化的温度范围是45℃～65℃。
23、本发明较优的技术方案：所述步骤(3)中重新取初始菌液涂布至固体培养基上结合紫外诱变继续驯化的过程如下：将涂布有巴氏芽孢八叠球菌初始菌液的固体培养基放置在距离紫外照射灯管30～50cm处进行照射，紫外诱变的最佳照射时间为60～90s；诱变后将涂布有巴氏芽孢八叠球菌菌液的固体培养基转移到250ml锥形瓶中继续富集培养，此时光照正常，摇床转速设为160r/min。
24、本发明中的紫外诱变加耐高温驯化可以提高菌种高温存活率，通过实验成功选育出的菌株，在65℃高温环境可以存活24h；改良选育菌种的耐高温能力对比原始菌种显著增强。
25、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
26、(1)本发明具有常规泡沫混凝土自流平、凝结时间可控、节约水泥等优点；在此基础上，通过应用微生物诱导碳酸钙沉淀(micp)技术原理，增强了泡沫混凝土成型后的密实度和抗压强度；
27、(2)本发明对原始菌种通过紫外诱变加耐高温驯化，增加了高温环境中特别是大体积混凝土中菌种成活和繁育率；利用尿素钙源胶结液缓释微胶囊能推迟菌种与胶结液的接触时间，延缓微生物诱导碳酸钙沉积产生沉淀的过程，随时间增长依然发挥微生物诱导碳酸钙沉淀作用，极大提高各种环境下尤其是酸盐腐蚀环境下混凝土的耐久性；
28、(3)本发明绿色环保，成本较低，尤其适用于热带沙漠化地区地基处理、边坡溶洞填充、路基空穴填充等混凝土材料用量大，尤其是大体积混凝土凝固过程中内部放热形成高温效应、易形成温度裂缝、难以填充密实、对混凝土材料抗压强度和抗渗性有一定要求的岩土工程。
29、本发明增加了高温环境中特别是大体积混凝土中菌种成活和繁育率，增强了泡沫混凝土成型后的密实度和抗压强度，延缓微生物诱导碳酸钙沉积产生沉淀的过程，随时间增长依然发挥微生物诱导碳酸钙沉淀作用，极大提高各种环境下尤其是酸盐腐蚀环境下混凝土的耐久性，并且绿色环保，成本较低。
1.一种基于耐高温微生物改良的泡沫混凝土，其特征在于，所述泡沫混凝土是由固体物质和液体物质按照体积比为1:3～5的比例混合配制而成；其中，所述固体物质由质量百分比90％～95％的胶结材料和5％～10％的钙原材料组成；所述液体物质由以下体积百分比的物质组成：6％～10％的发泡剂、85％～90％的水和3％～5％的耐高温微生物菌液。
2.根据权利要求1所述的一种基于耐高温微生物改良的泡沫混凝土，其特征在于：所述耐高温微生物菌液是将巴氏芽孢八叠球菌进行高温驯化后得到的耐高温矿化菌种液。
3.根据权利要求1所述的一种基于耐高温微生物改良的泡沫混凝土，其特征在于：所述钙原材料为尿素钙源胶结液缓释微胶囊，胶囊外部的壁材选取明胶和阿拉伯胶按照质量比1:0.8～1的比例混合而成，其内部的尿素钙源胶结液是将氯化钙和尿素按照质量比1:0.6～1的比例混合后，充分溶解到水中配制而成。
4.根据权利要求1所述的一种基于耐高温微生物改良的泡沫混凝土，其特征在于：所述发泡剂为htq-1型复合动物蛋白发泡剂、植物型发泡剂及复合型发泡剂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种基于耐高温微生物改良的泡沫混凝土，其特征在于：所述胶结材料包括是由水泥和氧化钙按照质量比为2～5：1的比例混合配制而成。
6.一种基于耐高温微生物改良的泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
7.根据权利要求6所述的一种基于耐高温微生物改良的泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述s1步骤中的巴氏芽孢八叠球菌耐高温驯化的过程如下：
8.根据权利要求6所述的一种基于耐高温微生物改良的泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述s2步骤中的尿素钙源胶结液缓释微胶囊的制备过程如下：将阿拉伯胶和明胶分别配制成质量百分比5％的阿拉伯胶溶液和5％的明胶溶液；将氯化钙和尿素按照质量比1:0.6～1的比例混合后按照质量体积比3:2的比例加入5％阿拉伯胶溶液中，然后在搅拌速度900r·min-1的条件下将混合溶液加入含乳化剂的液体石蜡油相中乳化30～35min，再加入与阿拉伯胶溶液同等体积的5％明胶溶液，继续乳化30～35min后，将溶液ph调为4，凝聚反应115～125min，降温到7～10℃，再调节上述体系中溶液的ph到9，降低转速，用37％甲醛固化交联50～80min；反应结束后，采用离心加过滤洗涤得到尿素钙源胶结液微胶囊，并将其干燥后收藏备用。
9.根据权利要求7所述的一种基于耐高温微生物改良的泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的初始驯化温度为45℃，所述步骤(5)中的升温驯化的温度范围是45℃～65℃。
10.根据权利要求7所述的一种基于耐高温微生物改良的泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中重新取初始菌液涂布至固体培养基上结合紫外诱变继续驯化的过程如下：将涂布有巴氏芽孢八叠球菌初始菌液的固体培养基放置在距离紫外照射灯管30～50cm处进行照射，紫外诱变的最佳照射时间为60～90s；诱变后将涂布有巴氏芽孢八叠球菌菌液的固体培养基转移到250ml锥形瓶中继续富集培养，此时光照正常，摇床转速设为160r/min。
