CN110078462A - 建筑用微生物自修复保温砂浆及其制备方法 - Google Patents

建筑用微生物自修复保温砂浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种建筑用微生物保温砂浆及其制备方法，包括下述原料：100份矿化微生物菌液、100份微生物营养液、50~100份膨胀珍珠岩、50~100份珠光砂、50~100份80‑120目超细膨胀珍珠岩、1~2份聚丙烯纤维、1~4份HPMC、10~40份可再分散性乳胶粉、1~4份聚苯颗粒、5~10份磷酸钾镁水泥。本发明的建筑用微生物保温砂浆，具导热系数低、强度高、抗裂性和耐久性好等特点，同时避免了传统水泥的使用，具有绿色、环保的特点。本微生物保温砂浆适用于现今各种旧有建筑物的保温改造及新建钢筋混凝土等保温抹灰工程。

Description

建筑用微生物自修复保温砂浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑工程材料领域，具体是一种建筑用微生物自修复保温砂浆。
背景技术
水泥是现代社会中一种重要的建筑材料，是混凝土和砂浆的主要原材料之一。但是在水泥生产过程中，会产生大量粉尘和二氧化碳，对环境造成较大压力，不符合低碳环保的理念。目前，包括聚苯颗粒保温砂浆等有机保温砂浆，以及以膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、玻化微珠等无机材料为保温骨料的无机保温砂浆在内多以水泥为胶凝材料，不仅使得保温砂浆具有较差的保温性能，同时由于大量消耗水泥而导致保温砂浆环保性能变差。
微生物成矿学的最新进展表明，在特定的环境以及营养条件刺激下，有些微生物通过新陈代谢或降解作用能快速析出多种矿物结晶，如巴氏芽孢杆菌可以利用反应环境中的尿素等有机物以及钙离子源，较快的析出具有良好胶凝性质的碳酸钙结晶，这一技术被称微生物诱导碳酸钙沉积技术。选择合适的矿化微生物，应用MICP技术使微生物取代水泥作为胶凝材料固结保温骨料形成微生物保温砂浆具有绿色环保的制造特点，显著减少碳排放。微生物自修复保温砂浆可在满足干密度、抗压强度、导热系数的条件下达到开裂后自修复的目的，是一种新型建筑用保温砂浆，具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明目的是提供一种建筑用微生物自修复保温砂浆，具导热系数低、强度高、抗裂性和耐久性好等特点，同时避免了传统水泥的使用，具有绿色、环保的特点。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种建筑用微生物自修复保温砂浆，由以下原材料重量份数组成：100份矿化微生物菌液、100份微生物营养液、50~100份无机保温轻骨料、50~100份珠光砂、50~100份80~120目超细膨胀珍珠岩、1~2份聚丙烯纤维、1~4份HPMC（羟丙基甲基纤维素）、10-40份可再分散性乳胶粉、1~4份有机保温轻骨料、5~10份早强剂，5~10份聚合物添加剂。
其中：上述矿化微生物菌液为KJ01菌液（微生物菌种KJ01已于2018 年3月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.15516）），KJ01微生物菌液的浓度OD600值为1.0~1.5。该微生物营养液由水、尿素和硝酸钙组成，其中尿素的浓度为0.6~1mol/L，钙离子浓度为1~1.5mol/L。
上述矿化微生物还可以包括所有能够通过诱导产生矿化沉积物的单菌或者混菌。
上述无机保温轻骨料包括膨胀珍珠岩、玻化微珠、膨胀蛭石、陶粒、陶砂。
上述有机保温轻骨包括聚苯颗粒、酚醛颗粒、聚氨酯颗粒。
上述早强剂为磷酸钾镁水泥。
上述聚合物添加剂为环氧树脂乳液、丙烯酸酯乳液，或者环氧树脂乳液和丙烯酸酯乳液按质量比为1:2~3的混合乳液。
上述微生物保温砂浆的制备按照以下步骤进行：无机保温轻骨料、珠光砂、80-120目超细膨胀珍珠岩、聚丙烯纤维、HPMC、可再分散性乳胶粉、有机保温轻骨料、早强剂按重量份混匀，在砂浆搅拌机中搅拌得到混合料，然后将聚合物添加剂溶于营养液中，之后将矿化微生物菌液和营养液依次加入搅拌，搅拌时间90s后即得成品。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
第一、本砂浆是以微生物矿化沉积产物作为胶凝材料，在几乎不使用水泥的情况下达到预期的强度，达到绿色制造、节能减排的目的。
第二、本砂浆在干燥成型后，微生物转化为孢子态，当砂浆开裂后水分和空气进入裂缝可以活化，进一步利用砂浆中的营养物质矿化沉积产生碳酸钙封堵裂缝。
第三、本发明的建筑用微生物保温砂浆，具有优良的保温性能，较强的抗压强度，粘接强度，以及良好的抗裂性能和耐久性，可适用于新建钢筋混凝土结构的内、外保温抹灰工程以及旧有建筑物保温工程改造。
本发明设计合理，具有很好的推广应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种建筑用微生物自修复保温砂浆，包括以下原料：100份KJ01微生物菌液、100份微生物营养液、50份膨胀珍珠岩、50份珠光砂、50份80-120目超细膨胀珍珠岩、1份聚丙烯纤维、1份HPMC、10份可再分散性乳胶粉、1份聚苯颗粒、5份磷酸钾镁水泥，5份环氧树脂。
其中，KJ01微生物菌液的浓度OD600值为1.0~1.5；营养液由水、尿素和硝酸钙组成，其中尿素的浓度为0.6~1mol/L，钙离子浓度为1~1.5mol/L。
上述微生物保温砂浆的制备按照以下步骤进行：膨胀珍珠岩、珠光砂、80-120目超细膨胀珍珠岩、聚丙烯纤维、HPMC、可再分散性乳胶粉、聚苯颗粒、磷酸钾镁水泥按重量份混匀，在砂浆搅拌机中搅拌得到混合料，然后将环氧树脂溶于营养液中，之后将KJ01微生物菌液和营养液依次加入搅拌，搅拌时间90s后即得成品。
上述砂浆成型后抗压强度为0.4MPa，导热系数0.060W/(m·K)，干密度330kg/m3。
实施例2
一种建筑用微生物自修复保温砂浆，包括以下原料：100份KJ01微生物菌液、100份微生物营养液、100份膨胀珍珠岩、50份珠光砂、50份80-120目超细膨胀珍珠岩、1份聚丙烯纤维、1份HPMC、10份可再分散性乳胶粉、1份聚苯颗粒、5份磷酸钾镁水泥，5份环氧树脂。
其中，KJ01微生物菌液的浓度OD600值为1.0~1.5；营养液由水、尿素和硝酸钙组成，其中尿素的浓度为0.6~1mol/L，钙离子浓度为1~1.5mol/L。
上述微生物保温砂浆的制备工艺同实施例1。
上述砂浆成型后抗压强度为0.37MPa，导热系数0.057W/(m·K)，干密度300kg/m3。
实施例3
一种建筑用微生物自修复保温砂浆，包括以下原料：100份KJ01微生物菌液、100份微生物营养液、100份膨胀珍珠岩、100份珠光砂、50份80-120目超细膨胀珍珠岩、1份聚丙烯纤维、1份HPMC、10份可再分散性乳胶粉、1份聚苯颗粒、5份磷酸钾镁水泥，5份环氧树脂。
其中，KJ01微生物菌液的浓度OD600值为1.0~1.5；营养液由水、尿素和硝酸钙组成，其中尿素的浓度为0.6~1mol/L，钙离子浓度为1~1.5mol/L。
上述微生物保温砂浆的制备工艺同实施例1。
上述砂浆成型后抗压强度为0.4MPa，导热系数0.058W/(m·K)，干密度300kg/m3。
实施例4
一种建筑用微生物自修复保温砂浆，包括以下原料：100份KJ01微生物菌液、100份微生物营养液、100份膨胀珍珠岩、100份珠光砂、100份80-120目超细膨胀珍珠岩、1份聚丙烯纤维、1份HPMC、10份可再分散性乳胶粉、1份聚苯颗粒、5份磷酸钾镁水泥，5份环氧树脂。
其中，KJ01微生物菌液的浓度OD600值为1.0~1.5；营养液由水、尿素和硝酸钙组成，其中尿素的浓度为0.6~1mol/L，钙离子浓度为1~1.5mol/L。
上述微生物保温砂浆的制备工艺同实施例1。
上述砂浆成型后抗压强度为0.4MPa，导热系数0.062W/(m·K)，干密度330kg/m3。
实施例5
一种建筑用微生物自修复保温砂浆，包括以下原料：100份KJ01微生物菌液、100份微生物营养液、100份膨胀蛭石、100份珠光砂、100份80-120目超细膨胀珍珠岩、2份聚丙烯纤维、1份HPMC、10份可再分散性乳胶粉、1份聚苯颗粒、5份磷酸钾镁水泥，10份环氧树脂。
其中，KJ01微生物菌液的浓度OD600值为1.0~1.5；营养液由水、尿素和硝酸钙组成，其中尿素的浓度为0.6~1mol/L，钙离子浓度为1~1.5mol/L。
上述微生物保温砂浆的制备工艺同实施例1。
上述砂浆成型后抗压强度为0.4MPa，导热系数0.060W/(m·K)，干密度300kg/m3。
实施例6
一种建筑用微生物自修复保温砂浆，包括以下原料：100份KJ01微生物菌液、100份微生物营养液、100份膨胀蛭石、100份珠光砂、100份80-120目超细膨胀珍珠岩、2份聚丙烯纤维、4份HPMC、10份可再分散性乳胶粉、1份聚苯颗粒、5份磷酸钾镁水泥，5份丙烯酸乳液。
其中，KJ01微生物菌液的浓度OD600值为1.0~1.5；营养液由水、尿素和硝酸钙组成，其中尿素的浓度为0.6~1mol/L，钙离子浓度为1~1.5mol/L。
上述微生物保温砂浆的制备工艺同实施例1。
上述砂浆成型后抗压强度为0.3MPa，导热系数0.054W/(m·K)，干密度270kg/m3。
实施例7
一种建筑用微生物自修复保温砂浆，包括以下原料：100份KJ01微生物菌液、100份微生物营养液、100份膨胀珍珠岩、100份珠光砂、100份80-120目超细膨胀珍珠岩、2份聚丙烯纤维、4份HPMC、40份可再分散性乳胶粉、1份聚苯颗粒、5份磷酸钾镁水泥，5份环氧树脂。
其中，KJ01微生物菌液的浓度OD600值为1.0~1.5；营养液由水、尿素和硝酸钙组成，其中尿素的浓度为0.6~1mol/L，钙离子浓度为1~1.5mol/L。
上述微生物保温砂浆的制备工艺同实施例1。
上述砂浆成型后抗压强度为0.3MPa，导热系数0.052W/(m·K)，干密度260kg/m3。
实施例8
一种建筑用微生物自修复保温砂浆，包括以下原料：100份KJ01微生物菌液、100份微生物营养液、100份膨胀珍珠岩、100份珠光砂、100份80-120目超细膨胀珍珠岩、2份聚丙烯纤维、4份HPMC、40份可再分散性乳胶粉、4份聚苯颗粒、5份磷酸钾镁水泥、7.5份丙烯酸酯乳液、2.5份环氧树脂。
其中，KJ01微生物菌液的浓度OD600值为1.0~1.5；营养液由水、尿素和硝酸钙组成，其中尿素的浓度为0.6~1mol/L，钙离子浓度为1~1.5mol/L。
上述微生物保温砂浆的制备工艺按照以下步骤进行：膨胀珍珠岩、珠光砂、80-120目超细膨胀珍珠岩、聚丙烯纤维、HPMC、可再分散性乳胶粉、聚苯颗粒、磷酸钾镁水泥按重量份混匀，于砂浆搅拌机中搅拌，得到混合料后，将环氧树脂和丙烯酸酯乳液溶于营养液中，之后将微生物菌液合营养液依次加入搅拌，搅拌时间90s后，即得本发明成品。
上述砂浆成型后抗压强度为0.35MPa，导热系数0.049W/(m·K)，干密度250kg/m3。
实施例9
一种建筑用微生物自修复保温砂浆，包括以下原料：100份KJ01矿化微生物菌液、100份微生物营养液、100份陶粒、100份珠光砂、100份80-120目超细膨胀珍珠岩、2份聚丙烯纤维、4份HPMC、40份可再分散性乳胶粉、4份聚氨酯颗粒、10份磷酸钾镁水泥、7份丙烯酸酯乳液、3份环氧树脂。
其中，KJ01微生物菌液的浓度OD600值为1.0~1.5；营养液由水、尿素和硝酸钙组成，其中尿素的浓度为0.6~1mol/L，钙离子浓度为1~1.5mol/L。
上述微生物保温砂浆的制备工艺同实施例8。
上述砂浆成型后抗压强度为0.4MPa，导热系数0.068W/(m·K)，干密度350kg/m3。
实施例10
采用综合性能最优的实施例8的原材料配方，对比KJ01微生物和其他有矿化沉积功能的微生物制备的保温砂浆性能。
一种微生物保温砂浆，包括以下原料：100份具有矿化沉积功能的巴氏芽孢杆菌菌液、100份微生物营养液、100份膨胀珍珠岩、100份珠光砂、100份80-120目超细膨胀珍珠岩、2份聚丙烯纤维、4份HPMC、40份可再分散性乳胶粉、4份聚苯颗粒、5份磷酸钾镁水泥、7.5份丙烯酸酯乳液、2.5份环氧树脂。
其中，有矿化沉积功能的巴氏芽孢杆菌菌液OD600值为1.0~1.5；营养液由水、尿素和硝酸钙组成，其中尿素的浓度为0.6~1mol/L，钙离子浓度为1~1.5mol/L。
上述微生物保温砂浆的制备工艺同实施例8。
本实施例微生物保温砂浆成型后抗压强度为0.24MPa，导热系数0.051W/(m·K)，干密度250kg/m3。与实施例8相比，砂浆干密度相同情况下，采用巴氏芽孢杆菌菌液制备的保温砂浆强度较低，导热系数较高。
实施例11
采用综合性能最优的实施例8的原材料配方，将KJ01微生物菌液和营养液替换为传统胶凝材料P·O 42.5水泥，即：水泥保温砂浆包括以下原料：150份P·O 42.5水泥、120份水、100份膨胀珍珠岩、100份珠光砂、100份80-120目超细膨胀珍珠岩、2份聚丙烯纤维、4份HPMC、40份可再分散性乳胶粉、4份聚苯颗粒、5份磷酸钾镁水泥、7.5份丙烯酸酯乳液、2.5份环氧树脂。
上述水泥保温砂浆的制备工艺为：先将P·O 42.5水泥、聚丙烯纤维、HPMC、可再分散性乳胶粉、磷酸钾镁水泥按重量份数混合均匀放入搅拌机搅拌；然后将水、丙烯酸酯乳液、环氧树脂混合均匀倒入搅拌机与前述混合材料搅拌均匀；最后将膨胀珍珠岩、珠光砂、80-120目超细膨胀珍珠岩、聚苯颗粒放入搅拌机搅拌，搅拌时间120s，获得水泥保温砂浆。
本实施例水泥保温砂浆成型后抗压强度为0.5MPa，导热系数0.083W/(m·K)，干密度515kg/m3。与实施例8相比，实施例11的水泥保温砂浆强度虽然有所提高，但是导热系数比实施例8提高了69.4%。水泥保温砂浆消耗大量水泥，无法满足绿色低碳的制造，同时水泥保温砂浆过高的导热系数难以满足建筑节能要求，难以应用于对建筑节能要求较高的北方严寒和寒冷地区。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖于本权利要求书的保护范围中。

Claims (9)

1.一种建筑用微生物自修复保温砂浆，其特征在于：由以下原材料重量份数组成：
100份矿化微生物菌液、100份微生物营养液、50~100份无机保温轻骨料、50~100份珠光砂、50~100份80-120目超细膨胀珍珠岩、1~2份聚丙烯纤维、1~4份HPMC、10~40份可再分散性乳胶粉、1~4份有机保温轻骨料、5~10份早强剂，5~10份聚合物添加剂。
2.根据权利要求1所述的建筑用微生物自修复保温砂浆，其特征在于：所述矿化微生物菌液为KJ01菌液，该微生物KJ01已于2018 年3月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.15516。
3.根据权利要求2所述的建筑用微生物自修复保温砂浆，其特征在于：所述营养液由水、尿素和硝酸钙组成，其中尿素的浓度为0.6~1mol/L，钙离子浓度为1~1.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的建筑用微生物自修复保温砂浆，其特征在于：所述矿化微生物菌液中的矿化微生物包括所有能够通过诱导产生矿化沉积物的单菌或混菌。
5.根据权利要求1所述的建筑用微生物自修复保温砂浆，其特征在于：所述无机保温轻骨料包括膨胀珍珠岩、玻化微珠、膨胀蛭石、陶粒或者陶砂。
6.根据权利要求1所述的建筑用微生物自修复保温砂浆，其特征在于：所述有机保温轻骨包括聚苯颗粒、酚醛颗粒或者聚氨酯颗粒。
7.根据权利要求1所述的建筑用微生物自修复保温砂浆，其特征在于：所述早强剂为磷酸钾镁水泥。
8.根据权利要求1所述的建筑用微生物自修复保温砂浆，其特征在于：所述聚合物添加剂为环氧树脂乳液、丙烯酸酯乳液，或者环氧树脂乳液和丙烯酸酯乳液按质量比为1:2~3的混合乳液。
9.根据权利要求2所述的建筑用微生物自修复保温砂浆，其特征在于：由以下原材料重量份数组成：100份KJ01微生物菌液、100份微生物营养液、100份膨胀珍珠岩、100份珠光砂、100份80-120目超细膨胀珍珠岩、2份聚丙烯纤维、4份HPMC、40份可再分散性乳胶粉、4份聚苯颗粒、5份磷酸钾镁水泥、7.5份丙烯酸酯乳液、2.5份环氧树脂；其中KJ01微生物菌液的浓度OD600值为1.0~1.5；营养液由水、尿素和硝酸钙组成，其中尿素的浓度为0.6~1mol/L，钙离子浓度为1~1.5mol/L。
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