微生物矿化沉积改性再生骨料及其机理研究

发布时间：2017-07-07 13:15

  本文关键词：微生物矿化沉积改性再生骨料及其机理研究

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【摘要】：随着我国城镇建设速度的加快,建筑废弃物的排放量逐年递增,使用废弃混凝土制备再生骨料作为一种新型绿色环保建筑材料,既可以降低建筑废弃物排放量,又能够保护天然资源。但是由于传统的再生混凝土骨料,存在着颗粒棱角多、表面粗糙且附着一定数量的硬化水泥砂浆等诸多缺点,使其无法得到更为广泛的推广和应用,因此,再生骨料品质提升技术的研究迫在眉睫。本文利用微生物矿化沉积技术(MICP)在再生骨料表面及内部生成碳酸钙结晶体,从而提升再生骨料的基本性能,进而提高再生砂浆力学性能等其他性能。本文在国家自然科学基金(51578342)的资助下开展了如下研究工作:首先研究了好氧菌芽孢杆菌DSM8715与DSM6307的矿化效果,得出最优菌种为DSM8715。研究DSM8715在不同的菌液浓度、p H值、温度、钙离子浓度以及钙源的条件下矿化活性,其矿化最优条件为:菌液浓度为108个/m L,p H值为10,钙离子浓度为10g/L,温度为室温,钙源为氢氧化钙,且对新生成的沉淀物通过微观扫描电镜(SEM)、X-衍射线(XRD)技术分析其微观形貌为方解石型碳酸钙,并利用热重分析仪(TGA)分析了沉淀物中碳酸钙的含量为86%。其次研究了不同类型骨料:红砖、废弃砂浆、废弃混凝土、天然碎石、再生骨料的矿化效果,研究发现矿化效果最优为废弃砂浆,其次为再生骨料、红砖、废弃混凝土、天然碎石。各骨料浸泡后菌液浓度没有明显变化,且通过微观扫描电镜在各骨料表面都能看到细菌矿化产生的碳酸钙。对比了经微生物矿化处理前后粒径为5~10mm、10~20mm再生粗骨料,以及粒径范围小于4.75mm的再生细骨料的骨料基本性能变化,发现经微生物矿化处理后的吸水率分别下降了13.3%、10.3%、21.7%,表观密度分别提高了1.2%、0.7%、7.1%,10~20mm再生粗骨料及粒径范围小于4.75mm的再生细骨料的压碎指标分别下降了15%、8.7%。最后研究了水灰比为0.35、0.5,经微生物矿化沉积处理后的再生细骨料制备的再生砂浆BRM与未处理过的再生细骨料制备的再生砂浆RM以及标准砂制备的普通砂浆M的工作性能、力学性能及吸水率的变化。整体上再生砂浆由于再生骨料的缺陷导致其性能远不如普通砂浆,但是经微生物矿化沉积处理后的BRM的各项性能均有改善。在工作性能方面,当水灰比为0.35时,BRM比RM的稠度、流动度分别提高了7.69%、1.5%,当水灰比为0.5时,BRM比RM分别提高了2.86%、2.22%。在力学性能方面,当水灰比为0.35时,BRM比RM的3d、7d、14d、28d、56d的抗压强度分别提高了14.8%、3.6%、6.9%、6.8%、11.4%。当水灰比为0.5时,BRM比RM的相对应的抗压强度分别提高了14.7%、21.8%、0.75%、10.8%、5.4%。在吸水率方面,水灰比为0.35时,BRM比RM的吸水率降低了48%,当水灰比为0.5时,BRM比RM的吸水率则下降了15%。且通过微观扫描电镜发现BRM内部除了水化产物还有细菌矿化沉积作用产生的碳酸钙结晶体。
【关键词】：再生骨料 微生物 矿化沉积 改性 再生砂浆
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528.041
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 课题研究背景14
• 1.2 国内外建筑垃圾资源利用率现状14-15
• 1.3 再生骨料及其强化方法15-19
• 1.3.1 再生骨料的定义与分类15-16
• 1.3.2 再生骨料强化方法16-18
• 1.3.3 再生骨料改性方法存在的主要问题18-19
• 1.4 微生物矿化沉积技术19-20
• 1.5 课题研究目的、方法及内容20-22
• 第2章 微生物矿化活性的影响因素22-46
• 2.1 引言22
• 2.2 实验材料22-23
• 2.2.1 菌株22
• 2.2.2 实验仪器22-23
• 2.3 实验方法23-35
• 2.3.1 菌种培养23-26
• 2.3.2 细菌化学检测方法26-29
• 2.3.3 影响矿化活性的因素29-30
• 2.3.4 不同钙源下的矿化活性的对比30-32
• 2.3.5 沉淀物的微观测试32-35
• 2.4 试验结果35-44
• 2.4.1 菌种特性35-36
• 2.4.2 细菌浓度对矿化活性的影响36
• 2.4.3 pH对矿化活性的影响36-37
• 2.4.4 温度对矿化活性的影响37-38
• 2.4.5 最佳钙离子浓度确定38
• 2.4.6 不同钙源条件下pH变化及沉淀物质量变化38-41
• 2.4.7 不同钙源条件下菌液浓度的变化41
• 2.4.8 沉淀物扫描电镜SEM分析41-43
• 2.4.9 沉淀物XRD分析43
• 2.4.10 沉淀物热重TGA分析43-44
• 2.5 本章小结44-46
• 第3章 微生物矿化沉积改性再生骨料46-68
• 3.1 试验原材料及制备46-49
• 3.1.1 试验材料制备46-48
• 3.1.2 试验材料性质48-49
• 3.2 试验研究内容49-57
• 3.2.1 菌液对不同骨料的性能影响49-50
• 3.2.2 再生粗骨料的基本性能50-53
• 3.2.3 再生细骨料的基本性能53-57
• 3.3 试验结果57-66
• 3.3.1 菌液对不同骨料的性能改善效果57-64
• 3.3.2 微生物矿化沉积处理前后再生粗骨料性能变化64
• 3.3.3 微生物矿化沉积处理前后再生细骨料的性能变化64-65
• 3.3.4 微生物矿化沉积处理后再生骨料基本性能变化对比65-66
• 3.4 本章小结66-68
• 第4章 微生物矿化沉积对再生砂浆性能影响68-80
• 4.1 原材料68-69
• 4.1.1 水泥68
• 4.1.2 细骨料68-69
• 4.1.3 水69
• 4.2 试验方法及仪器设备69-73
• 4.2.1 砂浆试块制备69-70
• 4.2.2 再生砂浆流动度70-71
• 4.2.3 再生砂浆稠度71-72
• 4.2.4 再生砂浆抗压强度72
• 4.2.5 吸水率72-73
• 4.2.6 微观性能73
• 4.3 试验结果73-77
• 4.3.1 砂浆的工作性能分析73-74
• 4.3.2 砂浆的抗压强度分析74-76
• 4.3.3 砂浆的吸水率分析76
• 4.3.4 砂浆内部微观分析76-77
• 4.4 本章小结77-80
• 第5章 结论与展望80-84
• 5.1 结论80-81
• 5.2 展望81-84
• 参考文献84-88
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作88-89
• 致谢89

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本文编号：530344