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微生物矿化沉积改性再生骨料及其机理研究

张晓彤  
【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。


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