新型微生物固载材料的结晶效果研究

针对混凝土裂缝微生物自修复技术的矿化结晶效果,为提高微生物矿化结晶效率,采用一种新型多孔的材料——南海珊瑚礁钙质砂固载巴氏芽孢杆菌。通过抗渗性能等试验验证了南海珊瑚礁钙质砂为载体材料的优越性;研究分析了南海小颗粒珊瑚礁钙质砂的物理力学性能,其吸水率达17%,压碎值为26%,碳酸钙含量超过97%,具有较大的孔隙率和比表面积,机械强度稳定,能较好地保护细菌芽孢,是理想的微生物固载材料;将巴氏芽孢杆菌固载于南海珊瑚礁钙质砂后进行混凝土裂缝自修复技术的抗渗性试验及实际工程结晶效果的验证,研究发现：微生物经南海珊瑚礁钙质砂固载后,试件气体渗透率下降10%;渗透系数下降2个数量级,扫描电镜观测到试件裂缝处被方解石型碳酸钙晶体沉淀物填充,C同位素分析得到在实际工程裂缝修复处存在微生物生成的方解石型碳酸钙晶体沉淀物。结果表明：采用南海珊瑚礁钙质砂固载可对细菌芽孢起到良好保护作用,提高了微生物矿化结晶效率,有效改变了混凝土中裂缝的孔隙特征和结构。     

不同pH值环境下砂浆裂缝的自愈合行为

通过分析砂浆裂缝愈合前后的超声波速变化、毛细吸水量和裂缝宽度检测,研究了不同p H溶液(p H=5、7、12)环境下砂浆裂缝的自愈合性能。结果表明,不同p H环境下修复剂的修复效果并不完全相同,在p H=7和p H=12环境下,掺入1%修复剂的试样修复效果最好,声波恢复率最高可达96.03%。在p H=5环境下,不掺修复剂的空白砂浆试样自身修复效果最好,但恢复率要远低于碱性和中性溶液环境。     

砂掺量对珊瑚砂微生物固化效果的影响

对不同标准砂掺量的珊瑚砂进行微生物固化,通过对固化体的渗透特性、无侧限抗压强度、应力-应变曲线特征、抗拉强度和微观结构等方面的分析,研究砂掺量对珊瑚砂微生物固化效果的影响。试验结果表明:在相同条件下,不同砂掺量的珊瑚砂均可经微生物固化反应形成一个整体;随固化用砂中标准砂掺量的增多,试样的初始渗透性增大,固化周期变长;不同砂掺量试样的无侧限抗压强度应力-应变曲线均呈现为三段:压密阶段、塑性变形阶段和破坏阶段;微生物固化反应生成物对珊瑚砂包裹效果好,连接致密,排列规则,而对标准砂包裹效果差,排列松散;按这一规律适当比例混合珊瑚砂和标准砂可以改善固化体力学性能。试验中砂掺量为33.3%时抗拉强度达到最高;砂掺量为66.7%时无侧限抗压强度达到最高;砂掺量为50%时,试样的力学性能较差。     

环氧微胶囊对不同龄期砂浆自修复性能研究

制备了砂浆裂缝自修复剂环氧微胶囊,研究了不同微胶囊掺量下,砂浆在不同龄期的力学性能以及砂浆预压损伤后抗压强度7 d自修复效果。试验结果表明:微胶囊的掺入影响了砂浆强度,随着微胶囊掺量的增加,砂浆的抗折强度和抗压强度均降低,且对抗压强度影响更大。砂浆抗压强度的7 d修复率会随着养护龄期的增长而不断下降;微胶囊掺量为3%时砂浆抗压强度的修复效果最好。在养护龄期为7 d时,对照组砂浆抗压强度的7 d修复效果最好;而养护龄期为28 d时,则对照组砂浆抗压强度的7 d修复效果最差。     

乳酸钙掺量对微生物自修复混凝土裂缝修复宽度与抗压强度的影响

基于微生物矿化沉积的混凝土裂缝自修复技术可以有效地对混凝土裂缝进行修复。营养物质作为微生物代谢反应过程中的底物,其掺量可能对自修复混凝土的裂缝自修复能力及基本力学性能产生较大的影响。课题组以科氏芽孢杆菌为裂缝自修复剂、以膨胀珍珠岩作为自修复剂的载体,以乳酸钙作为营养物质,研制出一种新型裂缝自修复混凝土,主要考察了乳酸钙掺量对该混凝土的裂缝自修复能力与抗压强度的影响。试验结果表明,研制的裂缝自修复混凝土表现出良好的裂缝自修复能力,28 d修复养护后的裂缝最大修复宽度可达0.67 mm;随着乳酸钙掺量的增加,混凝土抗压强度呈现出先上升后下降的趋势,当乳酸钙掺量为胶凝材料质量分数的1.05%时,相比未掺乳酸钙的对照组增加了16.3%。     

微胶囊自修复水泥基材料修复效果及机理研究

以多组分物理、化学膨胀修复剂为芯材,聚乙烯醇(PVA)为壁材,采用圆锅造粒法制备自修复微胶囊;以渗透性测试评价微胶囊掺量和裂缝宽度对裂缝修复效率的影响,并通过SEM和XRD确定自修复机理。结果表明:裂缝宽度一定时,微胶囊掺量越高,裂缝修复效率越高;微胶囊掺量一定时,裂缝宽度越小,裂缝修复效果越好;裂缝修复的主要机理是裂缝中膨润土的物理膨胀和钙矾石晶体及碳酸钙晶体的生成。     

络合型自修复剂对水泥砂浆性能影响

将不同掺量络合型自修复剂外掺入砂浆中,研究其对水泥砂浆力学性能、抗氯离子渗透性和抗裂性能的影响。结果表明:预压处理后,与未掺组砂浆相比,掺2%络合型自修复剂水泥砂浆的56 d抗压强度从49.7 MPa提高到51.9 MPa,强度恢复率为104.4%;预压砂浆28 d氯离子扩散系数从6.0×10~(-12)m~2/s下降至4.9×10~(-12)m~2/s,降幅为18.33%;掺2%络合型自修复剂对砂浆裂缝具有良好的修复能力。微观结构分析表明,砂浆裂缝中的修复产物减小孔隙中有害孔体积,从而减少了砂浆中氯离子渗透通道,提高了砂浆的自愈合性能。     

基于微生物矿物沉积的混凝土开裂自愈合

为了保护存在于混凝土中的高碱环境中的细菌,采用吸水性强的沸石做载体;基于微生物的矿化理论,利用微生物技术对开裂混凝土进行自修复。水泥砂浆开裂自愈合的研究结果表明:开裂龄期为28 d时,对于含有和不含愈合剂的样品,修复效果存在显著差异,掺有愈合剂的样品,宽度在0. 1 mm以内的裂缝能够完全修复。     

珊瑚砂浆的力学性能与微观结构特征

研究了珊瑚砂-水泥砂浆(珊瑚砂浆)的力学性能,以及复合矿物掺和料对珊瑚砂浆的改性作用,并与标准砂浆进行对比.采用扫描电子显微镜-能量弥散X射线谱(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR),对砂浆力学性能、体积稳定性和水化作用的微观机理进行了研究.结果表明:珊瑚砂浆的力学强度低于标准砂浆,加入复合矿物掺和料后可改善水泥石基体及界面过渡区的微观结构,提高珊瑚砂浆的力学性能,使其28d抗压强度较标准砂浆提高了2.1%;珊瑚砂凹凸不平的表面能与硬化水泥浆体形成紧密的啮合状态,有助于提高砂浆的体积稳定性;珊瑚砂的内养护作用使砂浆的力学性能和抵抗收缩能力得到了提高;粉煤灰和矿粉的微集料填充作用和火山灰效应,提高了珊瑚砂浆的力学性能和抗氯离子扩散能力;珊瑚砂持续释放出的Ca^2+、Mg^2+参与了水泥的水化反应,有助于生成更多的水化产物.     

自修复混凝土修复效果影响因素的试验研究

为探究外界环境条件、裂缝初始宽度大小、玻璃纤维管的放置方式这3种因素对内置玻璃纤维管自修复混凝土修复效果的影响,以长城717为修复胶黏剂,以玻璃纤维管为载体制备自修复混凝土试件进行自修复试验.用修复后试件的抗折强度f1与对照组试件初始抗折强度f的比值η来表征修复效果,分析了3种因素与修复效果之间的关系.结果表明:修复效果随着外界环境条件(温度)的升高而增加,在特定的玻璃纤维管放置方式和预压荷载条件下,温度为30℃时的修复效果比-15℃时的修复效果最高提高了13.3%;在一定裂缝宽度范围内,裂缝初始宽度越小,修复效果越好,自修复混凝土能够修复裂缝初始宽度为1.0mm及以下范围内的微裂缝;玻璃纤维管的放置方式为梯形时的修复效果高于放置方式为菱形时的修复效果;当裂缝初始宽度达到约2.0mm时,玻璃纤维管的放置方式对自修复效果起主导作用.     

石膏基自流平砂浆试验研究

针对砂子粒径、膏砂比对石膏基自流平砂浆流动性及强度的影响进行了试验研究,结果表明,砂子粒径在0.1 mm⁰.6 mm之间、膏砂比为2.5∶1时,调整外加剂的掺量,可使配制的石膏基自流平砂浆的性能指标达到最佳。     

微生物矿化修复混凝土裂缝抗渗水性能试验研究

微生物裂缝自修复混凝土能够有效地实现裂缝的自我诊断和自我修复。利用好氧嗜碱微生物Bacteria.H1的矿化沉积作用,将其作为自修复剂,且用膨胀珍珠岩固载Bacteria.H1,研制出了一种新型裂缝自修复混凝土。通过扫描电子显微镜(SEM)与X射线衍射(XRD)对裂缝填充物进行分析,养护28 d的修复结果证明该研究方法具有较好的自修复能力,试验中自修复混凝土修补最大裂缝宽度是0.72 mm,是普通混凝土最大自修复宽度的1.8倍,且裂缝沉淀物是以球形和棱柱体形式存在的碳酸钙晶体。通过抗渗水性能试验的研究,自修复混凝土试件养护7 d后,渗水系数比普通混凝土低72.28%,表明这种新型自修复混凝土具有良好的抗渗水性能。     

水凝胶负载磷酸盐自修复水泥基材料研究

采用水凝胶为载体,负载磷酸盐以制备修复剂,并将其加入水泥净浆中来制备自修复水泥基材料.利用磷酸盐和裂缝中钙离子原位反应生成羟基磷灰石来修复裂缝,同时探究其修复效率.结果表明:水凝胶能够较好地保存与缓释磷酸盐,在模拟孔溶液环境下,水泥样品表面生成了较为致密的羟基磷灰石;抗氯离子渗透能力可修复60%,裂缝透水率可修复50%～100%;修复产物为碳化缺钙羟基磷灰石(CCDHA).     

脱硫石膏用于自流平砂浆的研究

利用脱硫石膏开展了地面自流平材料试验研究,结果表明,以α半水石膏为基料,掺加石英砂以及减水剂、缓凝剂、消泡剂等外加剂可制备石膏基自流平砂浆,且该自流平砂浆流动度、抗折强度、抗压强度和拉伸黏结强度等主要技术性能指标均达到JC/T 1023—2007《石膏基自流平砂浆》标准要求.     

温度对微生物诱导碳酸钙沉积加固砂土的影响研究

利用尿素水解菌ATCC 11859,在10℃,20℃,30℃的环境下进行了微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)水溶液试验、一维砂柱加固试验和细菌活性试验。研究表明,水溶液试验中,温度对于MICP的影响和反应时间有关,反应前期,温度较高的环境下钙离子消耗量较大,反应一段时间后温度较低的环境下钙离子消耗量较大;砂柱试验中,温度较低的环境下加固形成的砂样无侧限抗压强度较大,碳酸钙含量的检测表明,环境温度越高,砂柱中生成的碳酸钙含量越低;无侧限压缩试验的应力应变关系表明,相对低温条件下MICP处理的砂样在达到峰值强度时能够产生较大的变形;不同温度下细菌活性试验表明,细菌活性衰减较快是高温环境下碳酸钙的最终沉积量较小的原因。     

利用铁尾矿替代细石英砂配制聚合物水泥砂浆的研究

在分析目前墙体外保温薄抹灰柔性聚合物水泥砂浆中细石英砂的基础上,提出利用铁尾矿完全替代细石英砂配制薄抹灰聚合物水泥砂浆,并对此进行了系统的研究,探讨了可再分散性乳胶粉、纤维素醚、减水剂、木质素纤维和聚丙烯纤维对聚合物水泥砂浆性能的影响,并进行了微观结构和作用机理分析。利用铁尾矿替代细石英砂配制的聚合物水泥砂浆各项性能指标均达到墙体外保温薄抹灰聚合物水泥砂浆的国家标准。     

Effect of coral sand powders and seawater salinity on the impact mechanical properties of cemented coral sand

Coral sand is one kind of the important building materials in coral reef engineering practice. The use of cement as a stabilizing agent can significantly improve the mechanical properties of coral sands and is widely applied in the subbase engineering construction in coral reef islands. Cement-stabilized coral sand structures may contain high contents of fine coral particles and salinity because of the high crushability of coral sands and the existence of seawater surrounding them. In this study, the effects of coral sand powders and seawater salinity on the dynamic mechanical properties of cemented coral sand (CCS) were investigated through the split Hopkinson pressure bar (SHPB) tests and Scanning Electron Microscope (SEM) analysis. It was found that the strength (i.e., the peak stress) of CCS specimens increased firstly and then decreased with the increase of powder content. The specimens reached the maximum peak stress when 3% powder content was included. The initial improvement of CCS strength was attributed to the pore-filling effect of coral powders, namely, the micro pores of the CCS specimens could be more effectively filled with higher percentages of coral powders being used in the experiments. However, excessive coral powders resulted in the reduction of specimen strength because these powders could easily be cemented into agglomerates by absorbing water from the specimens. These agglomerates could reduce the cementation strength between the coarse coral particles and the cement. Meanwhile, the peak stress of CCS specimens was found to be negatively correlated with the average strain rate and the ultimate strain. The degree of specimen fracture was found to be correlated with the amount of specific energy absorption during the tests. Furthermore, the “sulfate attack” caused by the inclusion of salinity of water had different influences on the CCS specimens with different coral powder contents. The ettringite and gypsum produced in “sulfate attack” could fill the pores and lead to cracking of the specimens, significantly affecting the specimen strength.     

化学石膏用于自流平材料的研究简述

化学石膏基自流平地面材料是以经预处理后的化学石膏为基材,加入适量的减水剂、缓凝剂等外加剂及细砂、混合材复合成能自我找平的新型地面铺筑材料。本文介绍常见的化学石膏的种类,并根据化学石膏的特点分析了制备各种化学石膏基自流平材料存在的问题及改进的方法,以期能对改进化学石膏基自流平材料的应用性能起到一定指导作用。     

利用碱性电解水激发砂浆中矿粉活性的研究

利用碱性电解水制备矿粉砂浆,研究了不同取代率矿粉对砂浆工作性和力学性能的影响,结合XRD分析,评价了利用碱性电解水激发矿粉的活性和改善矿粉砂浆性能的可行性。结果表明:碱性电解水矿粉砂浆的工作性和力学性能均优于自来水矿粉砂浆;当矿粉取代率为20%时,碱性电解水矿粉砂浆的28 d抗折强度和抗压强度较自来水矿粉砂浆分别提高了11.9%和23.5%;碱性电解水矿粉砂浆中存在多钙钾石膏和钾长石,且水化硅酸钙和铝酸钙矿物的衍射峰显著强于自来水矿粉砂浆。