微生物沉積碳酸鈣封堵混凝土裂縫的試驗(yàn)研究

1、微生物沉積碳酸鈣封堵混凝土裂縫的試驗(yàn)研究目錄o 研究背景o 試驗(yàn)研究o 工程實(shí)踐o 結(jié)論及展望目錄o 研究背景o 試驗(yàn)研究o 工程實(shí)踐o 結(jié)論及展望研究的意義n 2013年全國(guó)建筑滲漏狀況調(diào)查項(xiàng)目報(bào)告，全國(guó)有28個(gè)城市建筑地下滲漏率達(dá)57.51%。質(zhì)量通病，老大難問題！研究的意義n 傳統(tǒng)的封堵材料：多為有機(jī)材料，粘性大（不宜滲透到裂縫深處），耐久性差，對(duì)環(huán)境有害。n 微生物灌漿：生成物為碳酸鈣（與混凝土成份一致），相容性好；灌漿材料粘性低，負(fù)壓時(shí)可滲入裂縫深處；耐久性好；環(huán)境友好。微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積機(jī)理 1973年E Boquet等人發(fā)現(xiàn)土壤中有些細(xì)菌能夠誘導(dǎo)碳酸鈣晶體沉積。 微生物礦化成巖

2、在自然界中是一種普遍存在的現(xiàn)象，其原理就是自然界中的某些微生物能夠利用自身的生命活動(dòng)來生成一些相對(duì)不溶或是難溶的化合物。這些化合物可以很好的滿足有些工程的需求。微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積機(jī)理Ca2+CellCell-Ca2+Cl +HCO +NH NH Cl+ CO -2-3343Cell- Ca + CO Cell-CaCO 2+2-33土壤微生物利用自身產(chǎn)生的尿素酶將尿素水解為氨和二氧化碳，分解生成的氨數(shù)量的增加會(huì)引起周圍pH值的升高，從而引起碳酸鈣的沉積。土木工程中的應(yīng)用固砂提高耐久性地基加固微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積文物修復(fù)防滲堵漏目錄o 研究背景o 試驗(yàn)研究o 工程實(shí)踐o 結(jié)論及展望一、試驗(yàn)的準(zhǔn)

3、備工作o 菌液培養(yǎng)n 選用清華大學(xué)微生物加固與防滲課題組選育的巴氏芽孢桿菌（Bacillus pasteurii）一、試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作n 菌液培養(yǎng)過程高溫滅菌、接種、恒溫振蕩培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)、檢驗(yàn)菌液所含酶的活性、取出菌液等步驟。培養(yǎng)時(shí)間設(shè)定為20 h，溫度設(shè)定為30 C，為保證供給細(xì)菌充足的氧氣，振蕩床轉(zhuǎn)速為200 r/min。每次可培養(yǎng)1.6L菌液供試驗(yàn)用。一、試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作n 營(yíng)養(yǎng)鹽溶液和鈣源溶液的制備營(yíng)養(yǎng)鹽尿素（CN2H4O）溶液醋酸鈣（Ca(CH COO) H O ）322鈣源 硝酸鈣（Ca(NO ) 4H O）3 22氯化鈣（CaCl2 ）二、封堵混凝土水平裂縫試驗(yàn)1. 試件制作鋼板拔出

4、法制作裂縫。（裂縫寬度選取0.3mm、0.5mm、1.0mm和1.5mm），裂縫深度均為180 mm。二、封堵混凝土水平裂縫試驗(yàn)2. 滲水試驗(yàn)過程灌注菌液之前，先將裂縫表面外側(cè)塞上棉花，并用紗布固定；每3天灌一次，每次灌入200ml菌液和300ml營(yíng)養(yǎng)鹽和鈣源溶液混合液；鈣源和尿素按1:1的比例進(jìn)行配制，濃度均為1.1mol/L每次灌菌完成的兩天后做滲水試驗(yàn)；滲水試驗(yàn)前清除棉花；滲水試驗(yàn)時(shí)向水泥槽內(nèi)灌入2L水，測(cè)試5min的水流量，計(jì)算出平均滲水速度。二、封堵混凝土水平裂縫試驗(yàn)3. 滲水試驗(yàn)結(jié)果（1）不同寬度裂縫裂縫越小封堵效果越明顯。易實(shí)現(xiàn)“架橋作用”二、封堵混凝土水平裂縫試驗(yàn)3. 滲水試驗(yàn)

5、結(jié)果（2）縫內(nèi)預(yù)填介質(zhì)裂縫內(nèi)填入介質(zhì)后經(jīng)過4-5次灌漿處理就實(shí)現(xiàn)了完全封堵，與填入介質(zhì)前相比效果明顯提高。預(yù)填介質(zhì)間接減小了裂縫寬度，增大了裂縫內(nèi)壁的摩擦度，使架橋封堵進(jìn)行順利。二、封堵混凝土水平裂縫試驗(yàn)3. 滲水試驗(yàn)結(jié)果（3）酶活性酶活性越高，產(chǎn)生的尿素酶多，誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的效率越高，封堵裂縫的速度越快。二、封堵混凝土水平裂縫試驗(yàn)4. 超聲波檢測(cè)結(jié)果采用了超聲波對(duì)寬度為0.3mm的裂縫進(jìn)行了檢測(cè)，以對(duì)比裂縫被沉積物封堵前后裂縫密實(shí)性的變化。二、封堵混凝土水平裂縫試驗(yàn)4. 超聲波檢測(cè)結(jié)果封堵前封堵后序號(hào)聲 時(shí)（s）32.40速（km/s）2.16度振 幅（m）序號(hào)聲時(shí)速度振幅（s）30.502

6、9.0034.5030.5023.50（km/s）2.30（m）12345120.93117.82122.81122.08118.2012345120.32123.77119.29120.32126.6331.9057.9033.9034.902.192.411.212.032.062.302.012.98跨越裂縫的3#測(cè)點(diǎn)聲時(shí)和速度變化最明顯，縫堵后3#的聲時(shí)和速度接近2、4#點(diǎn)，但仍偏小，說明密實(shí)度仍達(dá)不到非裂縫處。二、封堵混凝土水平裂縫試驗(yàn)5. 結(jié)論（1）裂縫寬度越小，“架橋作用”明顯，封堵次數(shù)越少。（2）較寬裂縫中填入介質(zhì)，封堵次數(shù)明顯減少。（3）灌入菌液酶活性越高，封堵次數(shù)越少。三、

7、裂縫抗?jié)B承壓封堵試驗(yàn)1. 試件制作混凝土試件截面均為150mm150mm，長(zhǎng)度與縫深相同，縫長(zhǎng)均為70mm。三、裂縫抗?jié)B承壓封堵試驗(yàn) 影響因素n 裂縫寬度：0.5mm、1.0mm、1.5mmn 裂縫深度：50mm、100mm、150mmn 填充介質(zhì)：不填充、普通砂、石英砂正交試驗(yàn)n 不同鈣源：CaCl2、Ca(NO3)2、Ca(CH3OO)2三、裂縫抗?jié)B承壓封堵試驗(yàn)因素裂縫寬度 裂縫深度 填充介質(zhì) 不同鈣源編號(hào)L1L2L3L4L5L6L7L8L90.5mm1.0mm1.5mm0.5mm1.0mm1.5mm0.5mm1.0mm1.5mm50mm 無 氯化鈣50mm 普通砂 醋酸鈣50mm 石英砂

8、 硝酸鈣100mm 普通砂 硝酸鈣100mm 石英砂 氯化鈣100mm 無 醋酸鈣150mm 石英砂 醋酸鈣150mm 無 硝酸鈣150mm 普通砂 氯化鈣三、裂縫抗?jié)B承壓封堵試驗(yàn)通過滲水試驗(yàn)得到每個(gè)混凝土試件的封堵完成灌漿次數(shù)。各試件封堵完成時(shí)間表（單位：次）試件L1L2L3L4L5L6L7L810L99編號(hào)完成次數(shù)8101169125三、裂縫抗?jié)B承壓封堵試驗(yàn) 極差分析因素縫寬縫深介質(zhì)鈣源均值1均值2均值3極差0.5mm 6.3 50mm10.3 無10.0 氯化鈣 8.71.0mm 10.0 100mm 9.0 普通砂 8.7 硝酸鈣 9.31.5mm 11.0 150mm 8.0 石英砂

9、 8.7 醋酸鈣 9.34.6672.3331.3330.666n 縫寬的影響最為顯著，其次為縫深和介質(zhì)，三種鈣源的影響最小三、裂縫抗?jié)B承壓封堵試驗(yàn) 沖壓試驗(yàn)裝置三、裂縫抗?jié)B承壓封堵試驗(yàn) 沖壓試驗(yàn)裝置三、裂縫抗?jié)B承壓封堵試驗(yàn)抗?jié)B性能試驗(yàn)結(jié)果（MPa）試件編號(hào)L1L2L3L4L5L6L7L8L9試驗(yàn)結(jié)果0.092 0.076 0.051 0.123 0.11 0.065 0.174 0.122 0.119n 9個(gè)試件均能承受0.05MPa以上的水壓力，即能承受至少5米高的水壓力。超過一半的試件能承受0.1MPa以上的水壓力，即能承受至少10米高的水壓力。三、裂縫抗?jié)B承壓封堵試驗(yàn) 極差分析因素縫寬

10、縫深介質(zhì)鈣源均值1均值2均值3極差0.5mm 0.130 50mm 0.073 無0.093 氯化鈣 0.1071.0mm 0.103 100mm 0.099 普通砂 0.106 硝酸鈣 0.0991.5mm 0.078 150mm 0.138 石英砂 0.112 醋酸鈣 0.1050.0520.0650.0190.008n 縫深和縫寬的影響最為顯著，其次為介質(zhì)，鈣源的影響最小三、裂縫抗?jié)B承壓封堵試驗(yàn) 試驗(yàn)結(jié)論p 在其他條件不變情況下，縫寬越小封堵速度越快，封堵后裂縫的抗效效果越好?？p寬越小越容易實(shí)現(xiàn)“橋架作用”。p 在其他條件不變情況下，縫深越大封堵速度越快，封堵后裂縫的抗?jié)B效果越好。縫越深增加了沉積封堵的幾率。p 對(duì)于裂縫寬度較大的裂縫，在裂縫中填充介質(zhì)后裂縫的封堵速度和抗?jié)B能力強(qiáng)于未填充介質(zhì)的混凝土裂縫。目錄o 研究背景o 試驗(yàn)研究o 工程實(shí)踐o 結(jié)論及展望微生物灌漿堵漏的工程實(shí)踐濟(jì)南偉東新都四地塊9#樓地下室微生物灌漿堵漏的工程實(shí)踐n滲漏原因分析微生物灌漿堵漏的工程實(shí)踐n天窗處