微生物礦化沉積技術(shù)改性再生混凝土微觀機(jī)理研究.pdf

1、目前，我國每年產(chǎn)生大量的建筑廢棄物，廢棄混凝土塊、砂漿塊等不易回收處理的建筑廢棄物問題最為突出。再生骨料與天然骨料相比，表面附著了一層舊砂漿，附著砂漿的存在導(dǎo)致再生骨料孔隙率、吸水率提高，力學(xué)性能降低，未經(jīng)處理的再生骨料不滿足工程建設(shè)對骨料性能的要求。一些研究者利用二氧化碳碳化、硅烷浸泡、顆粒整形等技術(shù)改性再生骨料，使再生骨料性能得到明顯提高。
　　本文利用微生物礦化沉積技術(shù)(MICP)對再生骨料進(jìn)行改性研究。利用微生物礦化沉積技

2、術(shù)處理再生骨料，微生物在骨料孔隙內(nèi)部礦化生成碳酸鈣，降低孔隙率強(qiáng)化再生骨料;在骨料表面生成碳酸鈣堵塞孔隙，提高骨料強(qiáng)度、優(yōu)化界面過渡區(qū)。
　　本文在國家自然科學(xué)基金(51578342)的資助下開展了如下研究工作:
　　對假堅(jiān)強(qiáng)芽孢桿菌Bacillus pseudofirmus DSM8715和嗜堿芽孢桿菌H4兩種菌種的礦化能力進(jìn)行了對比分析。提取菌種礦化反應(yīng)生成的沉淀物進(jìn)行分析，X射線衍射（XRD）對沉淀物定性分析;熱重分析

3、儀(TG)對沉淀物進(jìn)行定量分析;掃描電子顯微鏡(SEM)以及自帶的能譜分析儀(EDS)對沉淀物進(jìn)行形貌的觀察以及進(jìn)一步確定沉淀物元素組成;創(chuàng)新性地提出基于TG分析所獲得的碳酸鈣產(chǎn)率表征細(xì)菌的礦化能力，并通過計(jì)算分析以礦化系數(shù)P表示菌種礦化能力。經(jīng)分析，兩菌種礦化產(chǎn)物均為形貌不規(guī)則的菱形方解石型碳酸鈣，假堅(jiān)強(qiáng)芽孢桿菌Bacillus pseudofirmus8715的礦化系數(shù)=68.4％，嗜堿芽孢桿菌H4的礦化系數(shù)=79.97％。

4、　　在宏觀性能的基礎(chǔ)上對再生骨料進(jìn)行微觀分析，以微觀的角度，利用SEM觀察礦化處理前后的再生骨料表面形貌變化并利用EDS分析骨料表面物質(zhì)元素組成;利用壓汞儀(MIP)，對不同菌種不同處理方式的6組再生骨料孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以孔隙率、孔徑分布、臨界孔徑、最可幾孔徑作為表征參數(shù)。經(jīng)分析，經(jīng)微生物礦化沉積處理后的再生骨料表面覆蓋一層不規(guī)則的菱形物質(zhì)，利用EDS分析其物質(zhì)有C、O、Ca三種元素組成，并且三種元素的組成比例接近1∶3∶1，基本可以推

5、測其物質(zhì)為碳酸鈣。以孔隙率、孔徑分布、臨界孔徑、最可幾孔徑、體積分形維數(shù)作為表征參數(shù)對再生骨料孔結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行表征，總體分析認(rèn)為菌種假堅(jiān)強(qiáng)芽孢桿菌Bacillus pseudofirmus DSM8715選用以下處理方式來處理骨料效果更佳，即:先將再生骨料浸泡在含有菌種的礦化培養(yǎng)液中120min，之后取出帶有菌種的骨料，用礦化培養(yǎng)液對再生骨料進(jìn)行噴淋，保持骨料表面濕潤，噴淋時(shí)間為20天，環(huán)境溫度為26攝氏度左右;經(jīng)嗜堿芽孢桿菌H4對再生骨

6、料兩種處理效果的數(shù)據(jù)對比，建議選用以下處理方式來處理骨料效果最佳，即:將再生骨料浸泡在含有菌種的礦化培養(yǎng)液中，浸泡時(shí)間為20天，環(huán)境溫度為26攝氏度左右。
　　以宏觀性能作為試驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用SEM、納米壓痕儀研究了微生物礦化沉積技術(shù)對界面過渡區(qū)的影響。通過SEM對界面過渡區(qū)的形貌、裂縫寬度進(jìn)行了觀察分析;通過納米壓痕對界面過渡區(qū)及其附近的材料的彈性模量和硬度進(jìn)行了對比分析。經(jīng)微生物礦化沉積技術(shù)處理過后的再生骨料所制備的包裹體，其裂