微生物用于砂土胶凝和混凝土裂缝修复的试验研究

发布时间：2019-10-29 19:36

【摘要】：微生物诱导碳酸钙沉积技术是一项微生物成矿学的最新进展。利用巴氏芽孢八叠球菌和营养盐（尿素和钙盐的混合液）诱导生成具有较高胶凝性质的碳酸钙结晶，既可以粘结砂颗粒制备高强微生物砂浆修复混凝土裂缝，又能直接填充裂缝产生强度和提高耐久性，该技术为混凝土裂缝修复提供了一个新的途径。本文首先利用生物化学方法分析影响微生物脲酶活性的若干因素，发现巴氏芽孢八叠球菌在40~50℃的温度条件、pH值为9的碱性环境和较低的钙盐浓度下有着较好的脲酶活性，钙源种类对脲酶活性的影响不明显。其次，针对该技术应用到混凝土领域的需要，为氯化钙选取替代钙源，在应用到混凝土材料之前，首先利用氯化钙、硝酸钙和乙酸钙制备不同强度等级的微生物砂浆，，比较其在力学性能和物理性能等方面的差异。结果表明，在灌浆批次（1~3）和酶活性（1.1~2.35）相同的条件下，乙酸钙样品的单轴抗压强度和劈裂抗拉强度达到氯化钙样品的1.3~2.4倍，弹性模量达到氯化钙样品的1.1~2.0倍，并且在0.002~20μm的孔径分布更加均匀，胶凝矿物的成分为针簇状的文石。3批次灌浆时乙酸钙样品单轴抗压强度最高达43MPa，平均强度达到28.8MPa，证实乙酸钙可以作为氯化钙的替代钙源。接着，探索MICP胶凝产物的矿物成分和晶体形貌的影响因素，钙源种类、钙源浓度、菌液浓度、试验环境等均会影响碳酸钙的晶型和形貌，而只有在砂柱胶凝环境中引入乙酸钙时，才能有针簇状文石的生成。随后，对微生物裂缝修复和微生物表面覆膜技术中使用不同钙源的效果进行研究。使用灌浆方法将断裂的水泥砂浆试块成功粘结，抗折强度最高可恢复到350kPa。使用涂刷方法在水泥砂浆表面覆膜，吸水率下降10%。三种钙源的效果区别不大。最后，进行了MICP技术治理济南某地下室渗漏的现场试验，灌浆后进行的注水试验、墙体超声波检测、回填土层地质雷达检测、混凝土取芯观察、裂缝封堵物质的XRD、SEM分析等表明：土体变得更加均匀、紧密，墙体裂缝中有大量的碳酸钙生成，四个月后无雨水渗出，达到预期效果。
【图文】：

示意图,表面封闭法,混凝土裂缝,示意图

3在微细裂缝（宽度小于0.2mm）的表面涂膜以提高其防水性和耐久性，比较简单易行，如图1.1所示。对裂缝表面进行密封可以防止水、二氧化碳和其他有害介质的侵入。采用的密封材料通常为聚合物水泥、弹性封缝胶等，适用于大面积细裂缝防渗、防漏的处理。图1.1 表面封闭法修复混凝土裂缝示意图[5]2）堵漏法针对不同的工程需要，堵漏法主要有三种方式：灌浆法使用压浆泵将胶凝材料压入裂缝，由于其凝结、硬化而起到填充裂缝的作用，从而恢复结构的整体性。化学灌浆：适用于漏水较为严重的部位，它们的裂缝较多是贯通的。采用化学灌浆料和膨胀水泥砂浆配合使用，可以对裂缝全深度方位注入修补材料。常用的化学灌浆材料为环氧树脂浆液，适用于宽度小于0.5mm的裂缝或较大的温度收缩裂缝。水泥灌浆：一般用于大体积混凝土结构的修补，适用于宽度大于0.5mm的裂缝。嵌缝法“嵌”指沿裂缝凿槽

流程图,技术,流程图,耐久性能

MICP技术生成碳酸钙结晶流程图
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU528

【参考文献】