混凝土裂缝的微生物自修复效果

利用裂缝测宽仪、扫描电镜和热重分析技术分别对混凝土裂缝的微生物自修复效果进行了研究.研究结果表明:修复40 d后,混凝土裂缝就可以被微生物矿化形成的碳酸钙所填充,修复效果明显,最大填充宽度超过1 mm.微生物矿化形成的碳酸钙在裂缝开口处最多,且随着裂缝深度的增加碳酸钙逐渐减少,当混凝土裂缝深度超过10 mm时未发现微生物形成的碳酸钙.距离裂缝断裂面表层1.5 mm内,微生物可矿化形成较多碳酸钙.而当超过1.5 mm时,由于该微生物矿化需要氧气,因此,随着距离裂缝断裂面表层越远、距离水泥基体越近,微生物矿化形成的碳酸钙含量越来越少.     

不同矿化微生物对混凝土裂缝自修复效果影响

微生物矿化沉积能够有效地实现混凝土的裂缝自修复,从而延长混凝土结构的服役时间,然而直接掺入混凝土的微生物成活率会显著降低。该文以高孔隙率的膨胀珍珠岩作为微生物载体,研制了具有裂缝自诊断和自修复能力的混凝土,考察了不同类型矿化微生物对混凝土裂缝自修复效果的影响,并对混凝土裂缝处沉淀物进行了微观结构分析。试验结果表明:科氏芽孢杆菌和筛选的好氧型、兼性厌氧型、厌氧型混菌均具有良好的矿化沉积能力,混凝土经修复养护28d后裂缝修复率分别达到73.3%、83.3%、63.3%和41.5%。微观结构分析结果表明:利用不同类型矿化微生物研制的裂缝自修复混凝土的裂缝处填充物为不同形态的碳酸钙晶体。研究结果可为基于微生物矿化的混凝土裂缝自修复性能研究提供参考。     

乳酸钙掺量对基于微生物矿化沉积的混凝土裂缝自修复效果的影响

基于微生物矿化沉积的裂缝自修复技术能够有效地实现混凝土裂缝的自诊断和自修复;然而,如果混凝土中微生物矿化沉积过程中所必需的营养物质掺量不足,则可能限制其裂缝自修复效果的充分发挥。以科式芽孢杆菌为自修复剂,以膨胀珍珠岩为修复剂载体,研制出一种新型裂缝自修复混凝土。主要考察乳酸钙掺量对基于科式芽孢杆菌矿化沉积的混凝土裂缝自修复效果的影响。试验结果表明,经过修复养护28 d后,研制的自修复混凝土表现出优越的裂缝自修复能力,最大修复裂缝宽度达到0.67 mm,为普通混凝土最大裂缝修复宽度的2.23倍;并且乳酸钙掺量对混凝土裂缝自修复效果影响较大,随着乳酸钙掺量的增加,混凝土的裂缝自修复能力显现出先上升后趋于平稳的趋势,当乳酸钙掺量为胶凝材料质量分数的1.75%时,混凝土的裂缝最大修复宽度达到最大。     

微生物作用下混凝土裂缝修复效果试验研究

微生物矿化作用可以有效愈合混凝土裂缝,达到修复混凝土裂缝的目的.本文以带裂缝混凝土为研究对象,设置0.2、0.3、0.6 mm三个裂缝宽度和20、30 mm两个裂缝深度,以巴氏芽孢杆菌为菌株,通过裂缝观测、超声波测试、立方体抗压强度测试及裂缝内部微生物沉积物质的微观形貌分析,研究微生物对不同深度及宽度混凝土裂缝的修复效果.研究结果表明:巴氏芽孢杆菌可有效修复混凝土表面裂缝;氧气的供给是微生物在裂缝内部矿化的重要环境条件,随着裂缝深度的增加,巴氏芽孢杆菌的修复效果减弱;随着裂缝宽度的增大,微生物在裂缝内部的矿化效果减弱.     

微生物非脲解作用诱导碳酸钙沉积研究

利用嗜碱型芽孢杆菌的非脲解矿化作用,在含2种不同有机钙源的矿化培养基中实现了微生物诱导碳酸钙沉积。讨论了沉积过程中细菌生长特性及碳酸钙沉积动力学,并综合运用X射线衍射、热分析和扫描电子显微镜对沉积产物进行了研究,结果表明,降低初始钙离子浓度有利于提高有机钙源的转化率,而改变钙源种类对碳酸钙沉积动力学及碳酸钙晶型、形貌均有较大影响。含乳酸钙和谷氨酸钙的矿化培养基中分别沉积得到了结晶不良的方解石和稳定性较差的球霰石,且后者的沉积产率更高。证实了嗜碱菌的非脲解诱导碳酸钙沉积途径具备应用于混凝土防护和修复的潜质。     

好氧混菌矿化能力与增强再生粗骨料性能研究

微生物矿化沉积方法利用矿化微生物代谢生成的碳酸钙能够对混凝土裂缝或再生骨料缺陷进行有效地修复，然而目前基于微生物矿化修复材料缺陷研究大多数采用单一类型的微生物，其培养成本高并且矿化鲁棒性不足。本文筛选一种适用于增强再生混凝土骨料性能的好氧嗜碱混菌，以提高矿化鲁棒性并显著降低培养成本。首先考察矿化沉积时间、钙离子浓度、乳酸浓度、菌液浓度和钙源对该混菌矿化效率的影响，并将其矿化效率与科氏芽胞杆菌进行对比；然后采用该混菌对再生粗骨料进行矿化增强以验证其有效性。试验结果表明，随着矿化时间的延长，混菌矿化沉淀量呈现出先增大后趋于稳定的变化规律；钙离子浓度过高反而会抑制混菌矿化效率，提高菌液浓度能够有效地改善混菌矿化效率；相同环境条件下混菌的矿化效率明显优于科氏芽胞杆菌。经混菌矿化增强的再生粗骨料吸水率和压碎指标降低幅度可分别达到44.6%和30%，验证了筛选混菌的有效性。     

微生物自修复砂浆裂缝区溶液理化特征

针对微生物自修复水泥基材料仅浅层修复的问题,探究裂缝宽度、开裂龄期和裂缝深度对裂缝区溶液理化参数的影响,解释浅层修复的原因.通过pH试纸和pH计测得裂缝区溶液的pH值,通过钙离子计和EDTA滴定测得裂缝区溶液的Ca~(2+)浓度,通过酶标仪测得裂缝区溶液的碳酸根离子浓度,从而确定裂缝区溶液理化特征.结果表明:在密闭环境下,裂缝区溶液pH值均在13.3左右;试件开裂龄期由3 d增至56 d,裂缝区溶液Ca~(2+)浓度由140 mg/L逐渐增至350 mg/L.在大气环境下,裂缝区溶液表层3 mm内pH值相对较低,沿裂缝深度方向先增加后稳定(pH值在13.2左右);裂缝区溶液Ca~(2+)浓度沿裂缝深度方向先增加后趋于稳定;裂缝区溶液CO■浓度沿裂缝深度方向先降低后稳定至1.5 g/L左右;裂缝区加入微生物后,表层CO■浓度有所增加,深度方向CO■浓度无显著提升.裂缝深处CO■浓度较低是导致裂缝区修复较浅的主要原因.由SEM和XRD可知,裂缝区矿化产物主要是方解石型碳酸钙,微生物作用下的矿化产物呈凝胶状且具有一定的黏结性.     

海水环境下混凝土裂缝微生物改性修复研究

为了提升海水环境下混凝土裂缝的MICP修复效果,以火山灰作为固菌载体,进行了海水环境下火山灰增强MICP修复混凝土裂缝试验,综合修复体的宏观物理力学试验和微细观检测,系统分析了火山灰对MICP技术修复混凝土裂缝的影响及作用机制.结果表明,(1)经过海水驯化的巴氏芽孢杆菌对海水环境适应性增强,胶结物产量明显提升;(2)火山灰能够有效提升MICP对混凝土裂缝的修复效果,加固试样的抗剪强度,提升了75.12%～94.94%,抗压强度增加了50.36%,渗透系数从10^-2cm/s降低至10^-7cm/s,超声波检测的声时值降低了48.52%～49.16%;(3)火山灰对MICP修复混凝土裂缝的改性增强作用机制主要包括3方面：第一方面,火山灰对菌体的保护作用,火山灰中的活性氧化物与强碱发生反应,消耗环境中的OH^-,降低裂缝内的pH值,同时火山灰的多孔结构使细菌的“定植区域”增加,为其提供较适宜的生长反应环境;第二方面,火山灰自身作为填充物优化了裂缝空间结构,使其密实性增加;第三方面,火山灰的水化反应和聚合反应生成了碳酸盐-硅铝酸盐等...     

裂缝尺寸对微生物修复混凝土强度的影响

为研究微生物在不同宽度、深度的裂缝尺寸下对混凝土强度的修复效果,选用巴氏芽孢杆菌为裂缝修复剂,在宽度为0.75,1.0,1.25 mm及深度为15,30,45,60,75,90 mm的不同裂缝下对混凝土进行修复,通过混凝土抗压试验,测出未修复和修复的试块抗压强度.结果表明:(1)微生物在不同裂缝尺寸下的修复对混凝土强度都有提升作用;(2)裂缝深度对混凝土修复强度的影响更大;(3)在同一裂缝宽度下,修复效果出现了先上升后降低的趋势,在深度为30 mm和45 mm的时候,修复效果最佳.     

微生物加固土体的反应-运移模型及数值模拟

基于微生物加固(MICP)技术的作用机理,考虑注浆(包括菌液和胶结液的注入)过程中细菌的运移和附着、尿素水解速率、碳酸钙沉淀、孔隙填充和渗透率降低等特征,建立了适用于现场尺度的反应-运移模型.结合实际工程中的注浆方案,模拟分析了注菌(即注入细菌悬浮液)和注胶(即注入胶结液)速率及注胶方式对固化效果的影响.结果表明:注菌速率的增加会降低细菌的固定率;在单一注胶方式下,注胶速率的增加能提高反应物的运移效率,改善碳酸钙沉淀的均匀性,但是不利于碳酸钙沉淀量的累积;采用循环注胶方式并提高胶结液浓度,能增加细菌和反应物的利用率及运移效率,在增加碳酸钙累积量的同时改善固化的均匀性.     

基于微生物矿化技术的水泥基材料早期裂缝自修复

为了提高水泥基材料早期裂缝的自修复效果,采用了一种具有矿化作用的碳酸酐酶微生物.利用渗水法和图像处理技术研究了该微生物修复剂对不同裂缝宽度、不同开裂龄期下水泥净浆裂缝的修复情况.同时通过XRD,SEM和EDS技术对裂缝沉积物进行成分分析,并结合Photoshop软件研究了裂缝处矿化Ca CO3的沉积量.研究结果表明:开裂龄期为7 d时,宽度在0.5mm以下的裂缝很快修复完全,0.5~0.8 mm的裂缝修复受到一定限制,0.8 mm以上的裂缝较难修复完全;开裂龄期为7 d时,该自修复剂具有良好的修复效果,但开裂龄期越长,越难以修复;通过XRD分析确定了产物为方解石型Ca CO3;Photoshop软件中标尺工具测得的裂缝表面Ca CO3的沉积深度随裂缝宽度的增大而减小.     

低碱胶凝材料负载微生物应用于混凝土的开裂自修复

利用微生物诱导成矿实现混凝土的开裂自修复,面临的首要问题是对菌体进行负载保护,而载体材料是关键。该文选取了掺入质量分数20%硅灰的硫铝酸盐水泥作为低碱性胶凝负载材料,通过对胶凝材料的pH值以及凝结时间的优化,并评价负载后细菌芽孢的活性,探索出了一个有效的负载体系。混凝土开裂自修复的测试结果表明:借助该负载体系,28d可使最大约322μm宽的混凝土裂缝得以完全修复。修复后,混凝土抗压强度恢复到损伤前的84%,水密闭性恢复至未损伤时的水平。     

盐溶液环境下微生物固化技术加固钙质砂的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(microbial induced carbonate precipitation,MICP)技术已被广泛应用于土体加固,但在海水环境和盐化土环境下的应用较少且没有形成完整的系统.利用NaCl配置不同浓度的盐溶液,并采用尿素水解菌,在不同浓度的盐溶液环境下进行了MICP的细菌活性试验、水溶液试验和一维砂柱加固试验.结果表明,水溶液试验中,在NaCl存在的环境下碳酸钙的产率比无NaCl环境下显著降低,且NaCl溶液的浓度越高,碳酸钙的产率越低;砂柱试验中,加固后砂样的无侧限抗压强度随NaCl浓度的提高而降低,在低浓度环境下,无侧限抗压强度降低的幅度较大,当NaCl溶液达到一定浓度后,无侧限抗压强度降低的幅度较小;细菌活性试验表明,细菌活性随NaCl溶液浓度的提高而快速衰减是碳酸钙产率和砂柱的无侧限抗压强度快速降低的原因.研究结果表明:微生物胶结技术在加固海相土和盐化土等方面具有可行性,在工程应用中具有广阔的前景.     

基于火山石负载细菌的混凝土裂缝修复分析

为保护细菌免受混凝土内部强碱环境侵害,将火山石作为细菌载体进行混凝土裂缝修复研究.在研究负载细菌活性影响因素的基础上,采用无侧限抗压强度及超声波等测试方法,对比研究了火山石负载细菌方法和常规方法修复混凝土裂缝的效果.结果表明,选用优化负载方法,负载比为1∶4,负载时间为24 h时,负载效果最好.负载细菌在添加营养物质的情况下尿素分解浓度明显高于未加营养物质的情况,在pH=12的强碱环境下仍具有较高活性,48 h尿素分解浓度可达15.52 g/L.相同修复期内采用常规方法修复的混凝土试件表面仍可见清晰裂缝,而火山石负载细菌方法则将裂缝完全封堵,且修复后混凝土试件具有较高的抗压强度恢复率,裂缝宽度为1.5和2.0 mm的试件抗压强度恢复率分别为19.68%和15.51%.     

细菌修复加固石质历史建筑遗产研究

为了避免历史建筑遗产保护过程中造成不可逆损伤,通过细菌诱导碳酸钙在大理石试样表面矿化沉积形成薄层达到保护目的。采用XRD、SEM、MIP及超声波研究分析了矿化晶体晶相、矿化层生长、沉积晶体对试样孔隙影响以及矿化层粘结与保护效果。实验结果表明：矿化晶体为方解石和球霰石,细菌在晶体矿化沉积过程中充当成核位点,且晶体均匀生长在试样的表面,沉积致使试样孔隙率减小22.2％,但对孔隙分布无显著影响,矿化层与底层可以形成有效粘结。细菌诱导矿化修复保护新颖、生态,可以作为石质历史建筑遗产保护方法的有效选择。     

基于微生物的水泥基材料裂缝自修复技术研究进展

 微生物自修复水泥基材料裂缝因具有较大的修复潜力和环境友好等特点而受到广泛关注。从微生物自修复水泥基材料裂缝发展历程、微生物诱导矿化沉淀结晶机理、微生物诱导矿化产率及影响因素、微生物的固载及固载后矿化活性的测定、裂缝制作方法及修复养护条件、修复效果表征方法、裂缝自修复效果和微生物自修复剂对水泥基材料自身性能的影响方面,综述了其研究进展,并指出了目前微生物自修复水泥基材料研究中主要存在的问题。     

大理石历史建筑遗产的细菌修复加固

为避免历史建筑遗产保护过程中的不可逆损伤,通过细菌诱导碳酸钙在大理石试样表面矿化沉积形成薄层以达到保护目的.采用X射线衍射仪、扫描电镜、压汞注入仪及超声波研究了矿化晶体晶相、矿化层生长、沉积晶体对试样孔隙的影响以及对矿化层的粘结与保护效果.结果表明:矿化晶体为方解石和球文石;细菌在晶体矿化沉积过程中充当成核位点,且晶体均匀生长在试样的表面;沉积致使试样孔隙率减小22.2%,但对孔径分布无显著影响;矿化层与基层可形成有效粘结.细菌诱导矿化修复保护可作为石质历史建筑遗产保护的一种有效方法.     

微生物沉积碳酸钙修复混凝土裂缝抗渗性研究

混凝土开裂引起的渗漏是困扰工程界的一大难题,利用微生物的酶化作用诱导碳酸钙沉积封堵混凝土裂缝是解决这一难题的有效途径.本试验采用正交试验的方法浇筑了9个混凝土试件,选取不同裂缝宽度、深度、缝内是否填介质和不同钙源溶液等4项影响参数.首先,采用微生物灌浆的方法对裂缝进行封堵,记录每个试件灌浆的次数;然后对修复后裂缝的抗渗承压能力进行测试.对正交试验的均值和极差分析表明:裂缝的宽度和深度是影响封堵和抗渗承压能力的关键因素.裂缝的宽度越小、缝越深,灌浆次数越少,抗渗承压能力也越高.裂缝中填充介质加速了裂缝的封堵,同时抗渗承压能力也有所提高.用氯化钙作为钙源要比其它两种钙源封堵灌浆次数略有减少,抗渗承压能力提高也有限,考虑到氯化钙对钢筋的锈蚀作用,工程中应慎用.     

不同污染条件下微生物矿化固结Zn2+的作用及机理

为了探究微生物矿化处理重金属的作用及机理,选取Zn2+溶液进行模拟研究.采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪,研究了不同pH值、温度、离子浓度下微生物矿化产物的成分、显微结构及矿化效果,探究了微生物矿化固结重金属离子的作用和机理.实验结果表明,在不同污染条件下反应生成的矿化产物皆为Zn5(OH)6(CO3)2,条件不同时产物结晶效果有区别.溶液为中性或碱性时,结晶较好;pH值较低时,晶体不易成核生长.温度升高,有利于矿化产物的沉积和成型.Zn2+浓度对微生物矿化固结重金属形成矿化产物的影响较小.当Zn2+,Pb2+,Cu2+等混合离子共同存在时,Zn2+与Cu2+固结在一起形成矿化产物,Pb2+单独结晶.     

基于微生物诱导碳酸钙的岩体结构面修复试验

针对混合花岗岩开展了巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉积的结构面修复试验研究.在实验室内对巴氏芽孢杆菌活化培养，利用电导率变化量表征巴氏芽孢杆菌脲酶活性，考察其生长规律与理化特性.借助XRD，EDS及SEM等手段对结构面处巴氏芽孢杆菌诱导产物进行分析.研究表明，选用22~28h培养后的菌液，巴氏芽孢杆菌脲酶活性最高;30℃，pH为8的理化环境最适合巴氏芽孢杆菌生长繁殖;巴氏芽孢杆菌在结构面处的沉积产物为5~10μm的立方体状碳酸钙晶体，以螺旋位错结晶方式生长，最终将结构面胶结在一起，达到结构面修复的目的.