水泥基材料表層梯度礦化的微生物調(diào)控及其對抗泛堿的影響.pdf

1、水泥基材料在未來相當(dāng)長時(shí)期仍將是建筑和土木工程最主要的結(jié)構(gòu)材料。然而，水泥基材料表層極易發(fā)生泛堿，造成外墻表面出現(xiàn)大量白色污跡，從而嚴(yán)重影響外墻系統(tǒng)的外觀裝飾效果，制約其在實(shí)際工程中的大規(guī)模推廣應(yīng)用。目前，處理水泥基材料表層的泛堿方法主要是添加活性礦化摻合料以替代一部分水泥或者是在水泥基材料表層涂抹防護(hù)層。但是這些方法或者成本太高，或者無法從根源上解決水泥基材料表面泛堿問題。本文以水泥基材料表面泛堿產(chǎn)生機(jī)理為基礎(chǔ)，創(chuàng)新性提出運(yùn)用微生物礦

2、化技術(shù)，在混凝土表層毫米至厘米深度范圍的孔隙中形成礦化產(chǎn)物，獲得高致密結(jié)構(gòu)，提高耐久性。同時(shí)，將嚴(yán)重影響外觀性能的、一直未能徹底解決的泛堿頑疾，通過微生物礦化技術(shù)將泛堿物質(zhì)轉(zhuǎn)化為難溶礦物且致密表層結(jié)構(gòu)阻止其遷移，大幅降低泛堿程度和概率。本論文取得的主要研究結(jié)論和創(chuàng)新成果如下:
　　(1)確定了復(fù)合菌調(diào)控水泥基材料表層梯度礦化的配方
　　將C菌與G菌復(fù)合后加入到水泥基材料中，當(dāng)C∶G為1.5∶1，復(fù)合菌添加量為0.4％，水灰比

3、為0.5，二氧化濃度為80.68mol/L時(shí)，水泥基試件內(nèi)部Ca(OH)2含量降低了11.99％，試件最表面孔隙率降低了23.21％，試件最大礦化深度為10-11mm。相比于單細(xì)菌，復(fù)合菌對CO2吸收能力更強(qiáng)，耐堿，耐高溫性能更好，可調(diào)控水泥基試件的礦化深度范圍更廣。
　　(2)揭示了細(xì)菌調(diào)控水泥基梯度礦化的機(jī)理
　　通過在溶液中探究細(xì)菌對CO2吸收的影響、細(xì)菌對CO2轉(zhuǎn)化的影響、細(xì)菌對Ca2+吸附的影響及細(xì)菌對CaCO3形

4、成的影響，揭示了細(xì)菌調(diào)控水泥基試件梯度礦化的機(jī)理。研究表明，細(xì)菌產(chǎn)生的孢外酶對空氣中CO2產(chǎn)生了吸收作用，CO2與溶液中H+在細(xì)菌的作用下，反應(yīng)生成HCO3-。由于這兩類細(xì)菌產(chǎn)生的孢外酶都屬于金屬酶，對Ca2+具有吸附作用，Ca2+圍繞細(xì)菌形成成核位點(diǎn)產(chǎn)生CaCO3沉淀。由于C菌與G菌的培養(yǎng)方式及兩者孢外酶作用機(jī)理不同，兩類細(xì)菌在誘導(dǎo)CaCO3沉積過程中，對CaCO3的晶型形貌產(chǎn)生了影響。C菌誘導(dǎo)的CaCO3呈球形，G菌誘導(dǎo)的CaCO3

5、呈柱狀。
　　(3)探究了細(xì)菌抑制水泥基材料表面泛堿及產(chǎn)品應(yīng)用
　　通過細(xì)菌調(diào)控水泥基材料表層梯度礦化抑制水泥基材料表面泛堿，當(dāng)復(fù)合菌添加量占水泥基材料質(zhì)量的0.4％，水灰比為0.45，二氧化碳養(yǎng)護(hù)濃度為80.68mol/L時(shí)，水泥基試件表面相對泛堿面積可從87.56％降低至31.23％。同時(shí)根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品需求，在南京倍立達(dá)、南京奧捷、廈門科之杰三家大型水泥基制品企業(yè)進(jìn)行了產(chǎn)品應(yīng)用。試驗(yàn)結(jié)果表明，在不同種類水泥基產(chǎn)品中加入復(fù)合