脲解型微生物诱导矿化沉积的研究进展

微生物矿化技术作为一种新兴绿色环保技术得到关注,其中脲解型微生物研究最常见。本文针对脲解型微生物在生物矿化方面的研究进行综述,阐述其生物矿化机理,对其生物矿化影响因素分环境因素、岩土材料特性及改良工艺三个方面展开分析。     

矿化微生物对赤泥基碱激发胶凝材料性能的增强研究

通过微生物矿化技术提升赤泥的碱激发反应,研究了矿化微生物用量、Ca(OH)₂用量和尿素浓度对赤泥基碱激发胶凝材料强度的影响;通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等分析了矿化微生物作用下碱激发胶凝材料的物相变化与微观形貌,并对矿化微生物改性赤泥基碱激发胶凝材料机理进行分析.结果表明：微生物矿化作用可以促进赤泥的碱激发反应,生成更多的胶凝物质,增加体系密实度,从而提高赤泥基碱激发胶凝材料的强度;赤泥基碱激发胶凝材料的强度随矿化微生物用量、尿素浓度及养护龄期的增加而增大;当加入1.5 mol/L尿素和75 mL矿化微生物时,赤泥强度增加最为显著,相较仅加入等量Ca(OH)₂的工况,提升幅度可达85.7%;与此同时,微生物矿化作用还显著加快了胶凝材料强度的增长速率,有利于胶凝材料早期强度的形成.     

水泥基材料中微生物矿化机理及理论模型研究

采用菌液浸泡法,研究了微生物矿化对水泥基材料的防护增强作用,分析了营养成分对微生物生长及矿化行为的影响,并结合微观测试结果,探讨了水泥基材料中微生物的矿化机理。结果表明,菌液浸泡后水泥试件强度显著提高,其中硫铝酸盐水泥基体与微生物矿化的适应性更好。水泥基材料中微生物的矿化遵循矿物成核作用的物理化学规律,硫铝酸盐水泥基体中,大量白色棱形颗粒状和花瓣状方解石型碳酸钙依附于水泥石基面定向排列生长;硅酸盐水泥基体中的方解石型碳酸钙呈团簇状覆盖于水泥石基面。菌液营养成分会影响微生物的矿化效率,当菌液中尿素浓度≤10 g/L时,随浓度的增大,微生物矿化强度提高;当钙离子浓度为2 mmol/L时,微生物的矿化强度最大。     

基于微流控芯片技术的微生物加固可视化研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)能够加固散粒土体,是岩土工程中新兴绿色加固技术之一。然而,关于微生物加固机理以及矿化形成过程的研究尚不多见。基于微流控芯片技术开发了微生物加固可视化系统,利用该系统开展了微生物诱导碳酸钙矿化机理的原位微细观研究,通过对微生物加固过程中碳酸钙晶体的沉积进行了观测,并对其时空分布、沉积模式、生长速率进行了量化。结果表明溶质分子的对流和扩散作用对碳酸钙晶体分布影响较大,碳酸钙的分布存在时间不均匀和空间不均匀现象,时间不均匀随反应进行呈现弱化现象而空间不均匀在整个反应过程(0～2200 min)中一直存在。研究发现微尺寸管道中碳酸钙存在孔隙中和颗粒间两种沉积模式,孔隙中的碳酸钙均匀长大,而颗粒间碳酸钙存在不同速率的生长轴。研究结果将加深对微生物加固机理的认识,为微生物加固技术的优化和推广应用提供参考。     

环境变化对微生物活性及矿化的影响

微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术因具有低能耗、低污染等环境友好性优势成为文物保护、水处理、混凝土修补加固等领域的研究热点。MICP的矿化效果受多因素的制约与影响。本文开展了环境温度、pH值等因素对细菌生长和微生物矿化的影响研究。结果表明,环境温度不超过40℃时对菌液脲酶活性影响不大,42.5~45℃时6h后脲酶活性急剧降低,超过45℃时30min后菌液浓度及脲酶活性均大幅下降,直至失活;pH值越大,脲酶活性衰减越明显,pH≥11时脲酶活性急剧下降,大量的细菌不能承受高碱性环境进一步分解死亡。MICP技术在30℃时碳酸钙产量最高,在pH值为11~13的环境中细菌很难生长繁殖,碳酸钙生成量较低。     

微生物岩土技术的研究进展

岩土体中存在着大量的微生物,这些微生物的活动对岩土体的物理、力学性质有一定的影响。微生物岩土技术,是将微生物反应加以控制和利用,来解决岩土工程中的问题。在近十年里,微生物岩土技术逐渐成为岩土工程研究界的一个热门课题,并取得了很大的进展。从原理和应用两个角度对这一领域的研究进行归类和分析。从微生物反应原理的角度来说,微生物岩土技术所利用的微生物过程包括微生物矿化作用,微生物产气泡过程,以及微生物膜生长过程等。从实际应用的角度来说,微生物岩土技术的应用领域包括岩土体加固、防渗,砂土液化防治,土体抗侵蚀,污染土治理等。此外,还对微生物岩土技术的实施方法特点,监测和检测技术,以及环境影响进行了介绍。     

微生物注浆固化粉土矿化反应的沿程变化特性

加固土体不均匀是制约微生物注浆固土技术应用的重要因素。为揭示微生物注浆固化粉土时矿化反应过程沿渗流路径的变化规律，采用微生物一维注浆固化粉土试验，分析在不同渗径长度条件下，细菌生物量、pH值、离子浓度和碳酸钙生成量等矿化反应参数沿渗流方向的变化特性。结果表明，土体中的游离细菌生物量随着相对渗径长度增大呈指数衰减。孔隙液的pH值、游离钙离子和铵根离子浓度随相对渗径长度增大呈抛物线变化。固化土中胶结碳酸钙生成量随相对渗径长度增大而逐渐衰减，与游离细菌生物量线性正相关，并随胶结液浓度增大而增大。细菌生物量的沿程变化是影响微生物固土胶结物分布的根本原因。提出了以归一化相对渗径长度为基本参量的碳酸钙生成量沿程分布的预测公式，预测值与试验结果具有较好的一致性，可适用于不同渗径长度的微生物注浆固化粉土效果的预测。该研究能够为微生物注浆加固粉土地基的设计与施工提供参考。     

外套钢管混凝土加固RC柱技术研究进展

外套钢管混凝土加固法兼具了增大截面加固法和外包(粘)钢加固法的优点,并利用钢管混凝土组合结构的优良受力特性,可显著改善结构柱的受力性能。近年来,该加固方法得到了大量研究,且该技术在实际工程中亦有诸多应用,表现出了很好的使用前景。为更好地促进该加固技术的理论研究与工程应用,对近年来有关外套钢管混凝土加固RC短柱的轴压、偏压和抗震性能及相应复合加固中长柱轴压性能的研究进展进行综述,分析已有的研究成果,并对后续的研究方向给出建议。研究表明:该复合加固法可以大幅提高被加固RC柱在各种受力工况下的承载力和刚度,并能显著改善其延性;但有关外套钢管混凝土加固柱的力学性能和设计方法等有待深入研究,应进一步通过试验和数值模拟等手段,研究截面形状、二次受力、原柱受损、加固材料和界面等因素对复合加固柱受力性能的影响;加固材料的设计强度取值、加固柱长期力学性能和外套钢管混凝土加固柱的抗震设计方法等应是理论研究及工程应用的关注重点。     

钢筋混凝土梁桥抗震加固功能性与经济性关系研究

本文分别采用抗震(桥墩补强)和隔震(更换隔震支座)两种不同的理念进行桥梁抗震加固.其中,影响桥梁加固后性能的影响因素主要包括桥墩的刚度参数和隔震支座的力学参数两个方面.通过有限元分析采用变参数控制的方法对加固后的桥梁进行抗震性能评价,得出不同加固方法中参数变化对桥梁抗震性能的影响.同时对加固后的桥梁进行经济性对比,主要考虑的经济影响因素包括:桥梁重要性、人员成本、施工难易程度、材料成本价格、材料运输费用、施工周期等.最后,采用量化的性能评价参数和工程经济学中常用的“功能/成本”概念,找到两种不同加固方法中“功能/成本”最优的加固点,从而制定出最优的抗震加固方案,并将论文中的研究成果运用到具体的工程实例当中,为今后我国桥梁抗震加固领域研究与应用提供参考和借鉴.     

CFRP加固钢筋混凝土结构的研究及应用现状

碳纤维增强聚合物(CFRP)材料具有轻质高强等优良性能,广泛应用于钢筋混凝土结构加固工程。介绍CFRP加固混凝土梁、板、柱以及抗震加固和抗疲劳加固的相关研究,以及CFRP加固钢筋混凝土结构的施工技术及国内外典型工程应用情况。