微生物水泥基材料特征.pdf

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1、讲学屯毂2012年第57卷第9期：770—775《中国科学》杂志社、^，v^，．scichina．comcsbscichina．comSCIENCECHINAPRESS微生物水泥基材料特征荣辉①②，钱春香①②①东南大学材料科学与工程学院，南京211189；②江苏省土木工程材料重点实验室，南京211189联系人，E—mail：cxqian@seu．edu．cn2011-08．01收稿，2011-09．19接受国家自然科学基金(51072035)、教育部博士点基金(2o09o092110029)、江苏省普通高校研究生科研创新计划(cxzz-O145)和东南大学优秀博士论文基金(YBJJ1

2、127)资助摘要在节能减排大环境下，研发了新一代水泥——微生物水泥．微生物水泥是利用微生物诱关键词导形成的方解石作为胶结物质以连接松散颗粒成为整体并获得一定的力学性能．证实了微生微生物水泥物水泥胶结松散颗粒的可行性，并详细阐述了其胶结机理．同时成功制备出微生物水泥砂柱，胶结机理微观结构并利用扫描电子显微镜(SEM)和压汞仪(MIP)分析了微生物水泥砂柱微观形貌和孔结构．结果方解石表明：(1)在2O天龄期下，利用微生物水泥胶结成的砂柱抗压强度可达12MPa；(2)微生物水泥砂柱内部微观结构与微生物诱导形成的方解石数量有关．为降低普通硅酸盐水泥能耗，减少CO排放，科微生物水泥胶结机理研工

3、作者正努力寻求新的胶结材料．近年来，由嗜碱微生物水泥的胶结过程首先是底物溶液在产脲微生物，底物溶液和可溶性钙盐构成的微生物水泥得到了广泛关注．这是因为与传统胶结材料相比，微酶的微生物作用下按照以下反应发生分解：生物水泥由于广泛存在于自然界中，而被认为是真底物溶液B+3H，O—物_CO一(1)正的绿色环保胶结材料．微生物水泥胶结松散颗粒由于底物分解而导致周围环境的pH增加，同时的本质原因是底物溶液在微生物作用下，同时在外在外界ca存在条件下，发生如下反应[3,22,23：界ca存在下，诱导形成的方解石沉积在松散颗粒Ca+HCO3一+OH一CaCO3J，+H2O(2)周围和颗粒．颗粒之间

4、，从而起到连接松散颗粒的作Ca+2HCO3一§CaCO3J，+CO2+H2O(3)用．另外，形成CaCO3沉淀需要足够的Ca和CO2-，微生物水泥已被广泛应用到许多领域中．研究以使离子活性超过溶解平衡常数．饱和度定义为Q，表明：微生物水泥可以提高多孑L材料的力学性能(硬如果Q大于1，则反应达到过饱和状态并形成CaCO度、强度)和渗透性、修补建筑材料缺陷[8-12】、改沉淀扪．善土壤和松散砂的性~[2,13,14]D．／及利用微生物水泥处Ca+CO3一营CaCO3(4)理土壤中的重金属[15-19]．=a(Ca)(CO3)／Ksolit。，25。，(5)本文首先详细介绍了微生物水泥胶结

5、机理，然后其中oca1cite．25。=4．8x10一．制备出力学性能优异的微生物水泥砂柱，并利用扫描除以上解释外，微生物诱导形成CaCO沉淀还电子显微镜(SEM)和压汞仪(MIP)对其微观结构进行存在另一种解释：即底物溶液进入到微生物细胞内，了详细分析讨论．最后建立并分析了微生物水泥砂在胞内酶作用下，底物溶液分解形成C032-并释放到柱内形成的方解石数量与强度、孔隙率之间的关系．微生物细胞表面，同时外界溶液中的ca吸附到带英文舨毙：RongH，QiancXCharaeterizationofclo=I)eeementitiousmaterialS．ChinseiBull，20l2，

6、57，doi"101007／S11434-0125047．9钭学毂2012年3月第57卷第9期一0J三一(pD1)一0．504冒0．3=一一料鼎02蜒01O0100100010000100000CaCO含量(g)孔径(nm)图8方解石、抗压强度和孔隙率关系图7微生物水泥砂柱的孔径分布法，并成功制备出力学性能优异的微生物水泥砂柱．3．3微生物水泥砂柱孔隙率、抗压强度和方解石通过试验研究，可得出以下结论：三者之间的关系(1)证实了微生物水泥胶结松散颗粒的可行性，图8显示了微生物诱导形成的方解石数量与砂并详细介绍了微生物水泥胶结机理，为传统硅酸盐柱抗压强度和孔隙率3者之间的关系．由图8可知

7、，水泥材料提供一种新的替代材料．砂柱中含有的方解石数量可以明显影响微生物水泥(2)利用微生物水泥胶结而成的微生物水泥砂砂柱的抗压强度和孔隙率．方解石数量少时，改善砂柱力学性能优异．力学性能的变化取决于微生物水柱的抗压强度不明显，而当方解石数量较高时，可明泥砂柱中形成的方解石数量和孔隙率，而形成的方显改善砂柱的力学性能和微观结构．由图8同样证实解石数量又取决于菌液数量、微生物活性、胶结溶液了2#微生物水泥砂柱强度最高，形成的方解石数量浓度、用量等诸多因素．最