微生物修復(fù)混凝土技術(shù)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

侯明姣（山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司,濟(jì)南 250000）

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微生物修復(fù)混凝土技術(shù)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

侯明姣
（山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司,濟(jì)南 250000）

摘 要：本文介紹了微生物修復(fù)作用的機(jī)理，對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀做出總結(jié)，并對提出進(jìn)一步研究的建議，最后對微生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用前景作出分析。

關(guān)鍵詞：微生物誘導(dǎo)；礦物沉淀；自修復(fù)；耐久性

1 微生物誘導(dǎo)修復(fù)的研究現(xiàn)狀

微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀的形成一般由兩種方法：（1）一種是厭氧微生物的酶化反應(yīng)，即厭氧微生物新陳代謝活動能夠產(chǎn)生一種尿素酶，通過外界不斷的提供營養(yǎng)液（尿素和鈣離子），這種催化酶能夠?qū)⒛蛩厮鉃榘焙投趸?，隨著生成物的不斷增加，溶液中的pH值會不斷的升高，當(dāng)碳酸根離子遇到鈣離子時，就可以引起鈣離子以碳酸鈣的形式沉積。同時微生物細(xì)胞附近也為下一步碳酸鈣的沉積提供成核的地點(diǎn)；（2）另一種是好氧微生物的呼吸作用自我修復(fù)，即通過將微生物、營養(yǎng)液、水泥漿等同時攪拌成混凝土結(jié)構(gòu)，在混凝土裂縫沒有形成以前，微生物處于休眠狀態(tài)。一旦裂縫形成，混凝土結(jié)構(gòu)中進(jìn)入水和空氣后，微生物就會進(jìn)行有氧呼吸作用，將氧氣轉(zhuǎn)化為二氧化碳，二氧化碳與混凝土結(jié)構(gòu)的鈣離子結(jié)合，最后生成碳酸鈣沉積物。

1.1 厭氧微生物誘導(dǎo)沉淀的研究現(xiàn)狀

（1）誘導(dǎo)沉淀的成分及性能的研究。Ramakrishnan等通過對厭氧微生物誘導(dǎo)后的產(chǎn)物進(jìn)行（SEM）電鏡掃描和X射線衍射（XRD）分析得出沉積物為方解石。同時對修復(fù)后的試件進(jìn)行抗酸、抗堿、凍融循環(huán)和干縮循環(huán)試驗，得出的數(shù)據(jù)顯示試件的耐久性得到了顯著的加強(qiáng)。

黃琰等將巴斯德芽孢桿菌培養(yǎng)基與無菌培養(yǎng)基的進(jìn)行對比試驗來處理石英砂，通過X-射線衍射分析和掃描電鏡分析得出，通過有菌培養(yǎng)液處理后的石英砂表面有方解石晶體生成，同時在方解石晶體表面附著有巴斯德芽孢桿菌。

（2）溫度、PH、溶液濃度、緩沖溶液等對微生物誘導(dǎo)沉積物的影響。Tittelboom K V等通過對混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B的研究，得出了緩沖溶液硅膠對微生物在混凝土結(jié)構(gòu)中的存活起著關(guān)鍵作用，緩沖溶液硅膠的存在可以使得微生物適應(yīng)高堿性環(huán)境，從而可以有效的提高修復(fù)材料的耐久性能。通過超聲檢測得出，微生物修復(fù)后的混凝土結(jié)構(gòu)超聲檢測的聲時明顯低于無微生物混凝土結(jié)構(gòu)檢測聲時。熱量分析也證實了緩沖溶劑硅膠的存在對微生物的存活起著重要作用。

Navneet Chahal等的室內(nèi)研究表明，細(xì)菌改性硅灰混凝土抗壓強(qiáng)度的提高是因為活性細(xì)菌催化作用下產(chǎn)生的沉淀，進(jìn)入了混凝土的裂紋和空洞里。通過不同濃度有菌試驗和無菌試驗，5%硅灰含量和10%硅灰含量對比試驗及耦合試驗得出，28天標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的抗壓強(qiáng)度，10%硅灰+ 105 cells/ml菌體濃度的抗壓強(qiáng)度提高最多38.1Mpa（無菌試驗5%硅灰含量混凝土抗壓強(qiáng)度為28Mpa）。通過X射線分析和掃描電鏡觀察，添加硅灰的含菌體混凝土抗?jié)B透性效果顯著。

黃琰等通過單因素影響的試驗方法分別通過鈣離子濃度、溫度和外添加劑鎳離子含量對誘導(dǎo)產(chǎn)物的產(chǎn)量作了研究。單因素試驗分別得出當(dāng)鈣離子濃度為0.0252mol/L、溫度為30℃時，方解石產(chǎn)量最高。同時，鎳離子含量的多少與方解石產(chǎn)量成反比。

1.2 好氧微生物誘導(dǎo)沉淀的研究現(xiàn)狀

對好氧微生物自修復(fù)研究比較全面的荷蘭代爾夫特大學(xué)的Henk M. Jonkers對微生物的存活率、強(qiáng)度增長進(jìn)行了研究。

Jonkers等從堿性土壤中提取球形芽孢桿菌（耐堿菌種），將培養(yǎng)過的菌種與乳酸鈣營養(yǎng)液和混凝土共同澆注，通過MPN觀察，該菌種在澆筑完成第9天細(xì)菌存活量為1.6×106/cm3、第22天細(xì)菌存活量為0.35×106/cm3、第42天細(xì)菌存活量為0.25×106/cm3、四個月后細(xì)菌存活量為0.5×103/cm3。通過與無菌構(gòu)件比較，混凝土構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度下降了10%，通過MIP分析可以得出在調(diào)整細(xì)菌用量的基礎(chǔ)上，裂縫產(chǎn)生7天后，微生物能對混凝土裂縫進(jìn)行修復(fù)，而28天后隨著微生物數(shù)量的減少，產(chǎn)生的碳酸鈣的量也逐漸減少，再次產(chǎn)生裂縫后，修復(fù)效果不理想。

2 微生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)一步研究所要解決的問題

2.1 培養(yǎng)基、微生物、緩沖溶液等和水泥基的兼容性

微生物含量的多少直接影響裂縫的修復(fù)效果。很多研究表明，微生物含量過多會影響混凝土結(jié)構(gòu)性能，而微生物過少，在需要修復(fù)的部位不存在微生物或者微生物含量過少，就會最終影響裂縫的修復(fù)。同理，如果在需要修復(fù)的部位營養(yǎng)液不足，也會對裂縫修復(fù)產(chǎn)生影響。緩沖溶液可以有效的控制微生物作用環(huán)境的PH，因此緩沖溶液的多少對微生物的存活量等有較大的影響。

2.2 微生物混合溶液對混凝土耐久性的進(jìn)一步研究

厭氧微生物作用下混凝土的耐久性主要是以礦物沉積為研究方向，這方面所做的試驗工作比較多。好氧微生物作用下混凝土的耐久性研究較少，好氧微生物通過呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳，會與混凝土中的Ca(OH)2結(jié)合，因而降低了混凝土中的堿性，這對鋼筋的保護(hù)作用是不利的，但微生物在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的呼吸作用又可以消耗內(nèi)部的氧氣和部分水分，這對保護(hù)鋼筋又是有利的，這就需要對好氧自修復(fù)混凝土的耐久性，特別是對鋼筋的保護(hù)作用作進(jìn)一步的研究，已達(dá)到對鋼筋保護(hù)的最佳方案。

3 微生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用的展望

大量的實驗研究表明，微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積物可以成功的應(yīng)用在修復(fù)混凝土表面裂紋上。大量的礦物沉積是由于微生物的誘導(dǎo)后產(chǎn)生的，因此與傳統(tǒng)意義上的高分子補(bǔ)漏相比能夠更有益于環(huán)境的保護(hù)。厭氧微生物修復(fù)技術(shù)實驗室研究階段技術(shù)已經(jīng)比較成熟，應(yīng)用到工程上不僅要確定成分的最優(yōu)比，而且還要考慮經(jīng)濟(jì)效益?；炷两Y(jié)構(gòu)需要有較長的使用年限，在混凝土服役期間，如果好氧微生物的自修復(fù)技術(shù)能夠成功的應(yīng)用到工程上，這對混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)有著重要的意義，因為這不僅可以實現(xiàn)舊建筑物的自我修復(fù)，又可以實現(xiàn)新建建筑物的智能修復(fù)，因此好氧微生物的自修復(fù)的應(yīng)用有著廣闊的應(yīng)用前景。

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作者簡介：侯明姣（1987-），女，河北秦皇島人，碩士，助理工程師，主要從事：巖土工程勘察設(shè)計工作。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.073