一种耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊及其在混凝土裂缝修复中的应用

1.本发明属于混凝土裂缝修复技术领域，具体涉及一种耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊及其在混凝土裂缝修复中的应用。


背景技术：

2.目前，混凝土裂缝的修补方法主要有三种：填充法、化学灌浆法、混凝土裂缝自修复法。相比填充法和化学灌浆法，混凝土裂缝自修复法因其长期养护成本较低、性价比更高、更环保，近些年受到广泛关注，其中，ramachandran等人提出一种环境友好的自我感知、自我调节、自我修复的裂缝愈合方式，即利用矿化微生物自身的新陈代谢形成碳酸根离子，在环境中存在钙离子的情况下，析出碳酸钙结晶的生物矿化机制去愈合混凝土的微裂缝。目前，矿化微生物的选取中脲酶矿化菌的应用成熟于其他矿化菌。
3.专利cn112029685b公开了一种高效脲酶矿化菌——耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022，保藏编号为cctcc no:m 2020267，以及其在混凝土裂缝修补中进行应用，具体为，将耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022芽孢与营养液混合后，代替混凝土制备过程中的水，但是该应用存在以下缺点：耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022芽孢与营养液混合后，部分的芽孢会从休眠状态变为营养体，由于营养体对于生存环境要求较高，但混凝土中环境却十分恶劣，所以在前期混凝土刚刚制备完成状态，无需进行维护的期间却损失了大量的耐硼赖氨酸芽孢杆菌；此外混凝土养护属于一个长期的工程，耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022芽孢在长期置于混凝土内部，生存效果不佳，因此在后期修复过程中，可利用菌较少，长期修补效果差。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊及其在混凝土裂缝修复中的应用，通过对耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022进行包埋，可以保护其在修复混凝土裂缝的过程中芽孢免受恶劣环境的侵害。
5.首先，本发明提供了一种耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊，包括：囊芯，所述囊芯包括耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022芽孢和微晶纤维素；囊壳，所述囊壳包裹在囊芯表面，包括营养物质和粘合剂。
6.专利cn112029685b公开了一种高效脲酶矿化菌——耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022，保藏编号为cctcc no:m 2020267，以及其在混凝土裂缝修补中进行应用，具体为，将耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022芽孢与营养液混合后，代替混凝土制备过程中的水，但是该应用存在以下缺点：耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022芽孢与营养液混合后，部分的芽孢会从休眠状态变为营养体，由于营养体对于生存环境要求较高，但混凝土中环境却十分恶劣，所以在前期混凝土刚刚制备完成状态，无需进行维护的期间却损失了大量的耐硼赖氨酸芽孢杆菌；此外混凝土养护属于一个长期的工程，耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022芽孢在
长期置于混凝土内部，生存效果不佳，因此在后期修复过程中，可利用菌较少，长期修补效果差。
7.本发明通过对专利cn 112029685 b提供的一种耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022的芽孢进行包埋，可以保护其芽孢免受混凝土中恶劣环境的侵害，进而实现对混凝土的长期修复功能。此外，本发明通过添加无毒、无害、流动性强且具有粘性、可压缩性的微晶纤维素，可以有效地扩大囊芯的体积，以促进对囊芯更好的进行造粒。
8.作为优选，所述营养物质包括肌酐、酵母中的至少一种。
9.作为优选，所述粘合剂为羟丙甲基纤维素。
10.其次，本发明还提供了上述耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊的制备方法包括以下步骤：（1）囊芯的制备：将耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022的芽孢悬浮液与微晶纤维素充分混合搅拌均匀，烘干，得到囊芯；（2）造粒：向囊芯中加入粘合剂、营养物质、水、吐温80充分搅拌混合，晾干；（3）包衣：将步骤（2）制得的产物与环氧树脂混合均匀后，置于水浴锅中；（4）固化：向步骤（3）制得的混合物中加入固化剂并搅拌均匀后，转移至二甲基硅油中，进行固化反应；（5）洗涤：用四氯化碳和无水乙醇对固化物表面的二甲基硅油进行洗涤；（6）烘干，得到耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊。
11.本发明的耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊制备工艺简单，条件温和。
12.作为进一步优选，所述耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022的芽孢悬浮液中芽孢的浓度为300~500g/l。
13.作为进一步优选，所述耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022的芽孢悬浮液中芽孢的浓度为400g/l。
14.作为进一步优选，步骤（2）中晾干的温度为25～37℃。
15.作为进一步优选，步骤（4）固化反应的条件为：搅拌速度300rpm，水浴温度50℃。
16.作为进一步优选，步骤（6）烘干的温度小于50℃。
17.此外，本发明还提供了上述耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊或根据上述制备方法制得的耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊在混凝土裂缝修复中应用。
18.本发明的耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊可以对混凝土裂缝进行修复，具体的，在混凝土产生裂缝时，在裂缝位置附近的硼赖氨酸芽孢杆菌芽孢微胶囊随之破裂，并释放芽孢，芽孢与混凝土中营养液成分接触被激活，快速萌发成营养体，硼赖氨酸芽孢杆菌经代谢，产生的代谢产物与环境中的钙离子高效结合形成方解石，进而修复混凝土微裂缝。
19.本发明制得的耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊在混凝土裂缝修补应用中，可以有效增加芽孢在混凝土中的生存周期，耐硼赖氨酸芽孢杆菌的损失少，此外，在维护过程中，可以实现针对性破裂与修复功能，即精准破裂精准修复，相对现有技术性价比更高、实用性更强。
20.作为进一步优选，所述混凝土裂缝为陆地或水下的混凝土裂缝。
21.作为优选，耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊在混凝土裂缝修复过程中的应用包括以下
步骤：将耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊与营养液混合，得到菌剂，并使用该菌剂代替混凝土制备中的水。
22.作为进一步优选，所述营养液包括：酵母提取物1.5～2.5g/l，肌苷4～5g/l，氯化钙21～23g/l，氯化钠10.5～11.5g/l，尿素10.5～11.5g/l，溶剂为水。
23.作为进一步优选，所述营养液包括：酵母提取物2.2g/l，肌苷4.4g/l，氯化钙22.2g/l，氯化钠11.1g/l，尿素11.1g/l，溶剂为水。
24.作为优选，所述菌剂中耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊含量为1%~5%。
25.作为优选，所述菌剂中耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊含量为3%。
26.本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：（1）本发明通过对耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022的芽孢进行包埋，首先，可以避免前期耐硼赖氨酸芽孢杆菌的损失；其次，可以实现混凝土裂缝的针对性修复，产品性价比更高；（2）本发明的耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊制备工艺简单，制备条件温和，具有一定的普适性，可进行工业化生产；（3）本发明的耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊的修复效果好、成本低、自维护期长，且实用性更强。
附图说明
27.图1为本发明微胶囊囊芯扫描电镜图；图2为本发明耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊扫描电镜图；图3为性能测试中耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊的混凝土裂缝修复情况图；图4为性能测试中对照实验混凝土裂缝修复情况图。
具体实施方式
28.下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
29.实施例1本实施例包括以下步骤：（1）囊芯的制备：将20ml耐硼赖氨酸芽孢杆菌zjb20022的芽孢悬浮液（其中芽孢的浓度为400g/l）与20g微晶纤维素充分混合搅拌均匀，37℃烘干，得到囊芯；（2）造粒：取20g囊芯，并向其中加入0.18g羟丙甲基纤维素，0.5g肌酐，2.5g酵母，16ml水和16ml吐温80，充分搅拌混合后，25℃晾干，晾干后，手动将其搓开成小圆球状，直径介于20微米之间；（3）包衣：称取步骤（2）制得的产物10g与10g环氧树脂混合均匀并将混合物置于50℃水浴锅中保温30min；
（4）固化：向步骤（3）制得的混合物中加入1.5g固化剂并搅拌均匀后，在50℃水浴锅中保温30min，之后将其转移至80g二甲基硅油中，进行固化反应，固化反应的条件为：搅拌速度300rpm，水浴温度50℃，时间2h；（5）洗涤：用四氯化碳和无水乙醇对固化物表面的二甲基硅油进行洗涤；（6）48℃烘干，得到耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊。
30.此外，将本实施例制得的耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊与营养液混合均匀得到菌剂，其中菌剂中耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊的含量为3%，营养液成分为：酵母提取物2.2g/l，肌苷4.4g/l，氯化钙22.2g/l，氯化钠11.1g/l，尿素11.1g/l，溶剂为水。
31.实施例2本实施例与实施例1仅存在以下区别，其他相同部分在此处不再进行赘述。
32.（1）本实施例中芽孢悬浮液中芽孢的浓度为300g/l；（2）本实施例中造粒过程中晾干的温度为37℃，小圆球状产物的直径为30微米。
33.（3）本实施例中固化过程中二甲基硅油为90g。
34.此外，将本实施例制得的耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊与营养液混合均匀得到菌剂，其中菌剂中耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊的含量为1%，营养液成分为：酵母提取物1.5g/l，肌苷4g/l，氯化钙21g/l，氯化钠10.5g/l，尿素10.5g/l，溶剂为水。
35.实施例3本实施例与实施例1仅存在以下区别，其他相同部分在此处不再进行赘述。
36.（1）本实施例中芽孢悬浮液中芽孢的浓度为500g/l；（2）本实施例中造粒过程中晾干的温度为30℃，小圆球状产物的直径为25微米。
37.（3）本实施例中固化过程中二甲基硅油为100g。
38.此外，将本实施例制得的耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊与营养液混合均匀得到菌剂，其中菌剂中耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊的含量为5%，营养液成分为：酵母提取物2.5g/l，肌苷5g/l，氯化钙23g/l，氯化钠11.5g/l，尿素11.5g/l，溶剂为水。
39.性能测试按照标准程序，将实施例1制得的菌剂代替混凝土试件制备过程中的水，通过自制的裂缝压制法制备含有长
×
宽
×
深为16cm
×
4cm
×
4cm微裂缝的标准混凝土试件，并用保鲜膜包裹好后静置于20℃、湿度大于95％的恒温恒湿培养箱中进行养护。养护28天，并定期利用读数显微镜观察微裂缝愈合情况。此外，增加一组仅加入相同营养液的实验作为对照组。
40.请参阅图3、图4，实施例1制得的耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊在28天时可以有效修复裂缝，而单纯加入营养液的对照组，裂缝并未发生变化。
41.经观察修复过程，在实验进行至第14~21天时，肉眼可见地观测到在混凝土裂缝周围不断地有白色物质（碳酸钙）产生，并填充至裂缝内部，因此裂缝宽度逐渐缩小，直至第28天时，裂缝完全被白色物质覆盖，认定耐硼赖氨酸芽孢杆菌微胶囊完全实现了对裂缝的修复。
42.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。