淺析微生物水泥凈漿的自修復(fù)性能

李 梅

（新疆建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 830000）

在建筑工程的施工過(guò)程中，水泥混凝土是世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛的建筑材料之一，但是在外界因素的影響下，導(dǎo)致水泥混凝土的抗裂性和耐久性較為薄弱。普通的修補(bǔ)方法具有一定的時(shí)間和空間的不足之處，所以，如何能夠保證水泥混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整性，就需要相關(guān)施工管理人員進(jìn)行充分的研究。微生物誘導(dǎo)碳酸鹽沉積是微生物在新陳代謝之后，借助礦化作用，形成的一種碳酸鹽沉積，能夠有效的修復(fù)石灰石、石膏等建筑材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)問(wèn)題，提高自身的工作性能。

1 水泥凈漿的概念

水泥凈漿指的是水泥在遇到水之后，由上而下的進(jìn)行攪拌，從而形成的具有一定可塑性的混合物質(zhì)，水泥在經(jīng)過(guò)水化硬化之后，產(chǎn)生一種人造石，最終成為水泥石，有的時(shí)候也被施工人員稱(chēng)之為硬化水泥凈漿或者水泥漿體。換一句話(huà)說(shuō)，水泥凈漿也就是純水泥漿，不添加任何砂石的水泥漿。

2 微生物對(duì)水泥凈漿的自修復(fù)性能的實(shí)驗(yàn)

2.1 負(fù)載微生物

為了防止微生物受到水泥基材料高堿環(huán)境的影響，在開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，在微生物之中使用硅藻土負(fù)載菌液，負(fù)載的比例被限制在1:5，也就是1g 硅藻土：5ml 的原漿菌液，將二者混合之后，混合成為新的物質(zhì)，并在將新的混合物質(zhì)放在30 攝氏度的搖床上，在憑借100rpm 的速率均勻的晃動(dòng)大概1.5 小時(shí)左右，就能獲得硅藻土負(fù)載菌液，也就成為了負(fù)載微生物[1]。

2.2 微生物和培養(yǎng)基

使用高尿素酶活性、無(wú)致病性的球形芽孢桿菌，液體的培養(yǎng)基成分有以下這些內(nèi)容：12.0gl 的蛋白質(zhì)、3.6gl 的牛肉膏、6.0gl 的氯化鈉。將球形芽孢桿菌放在120 攝氏度的高壓滅菌的液體培養(yǎng)基中，確保液體培養(yǎng)基的PH值能夠達(dá)到7.3；在30 攝氏度的搖床上面，用200rpm 的速率均勻晃動(dòng)，持續(xù)的時(shí)間大概在36 小時(shí)，就能確保原種菌液的PH 值在8.5 左右，最終菌液的濃度維持在10gl。

2.3 水泥凈漿的制作和處理

通過(guò)使用42.5 級(jí)的普通硅酸鹽水泥和42.5 級(jí)的硫鋁酸鹽水泥，將水、普通硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、硅藻土、原種菌液、酵母提取物質(zhì)、尿素、硝酸鈣等進(jìn)行混合配合，從而制作成為4 組水泥凈漿試件，之后再用0.4mm的厚刀片在40mm×40mm×40mm 的部件上將裂縫進(jìn)行修復(fù)。試件的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)在經(jīng)過(guò)1-2 天之后，就可以進(jìn)行拆模準(zhǔn)備，之后將試件浸泡在營(yíng)養(yǎng)液之中，其中營(yíng)養(yǎng)液的成分有尿素、硝酸鈉、硫酸鎂等成分，浸泡結(jié)束之后，從中取出試件，觀察其中裂縫修復(fù)的情況，如果修復(fù)的十分契合，就可以在其表面將微生物的成分輕輕的刮下來(lái)，進(jìn)行分析研究[2]。在研究過(guò)程中，相關(guān)工作人員可以采用X 射線(xiàn)衍射方法進(jìn)行分析，從中判斷水泥凈漿試件吸水效果以及抗壓程度，之后在借助壓汞儀，測(cè)算水泥凈漿試件的孔隙結(jié)構(gòu)。

2.4 吸水性能的測(cè)試

在營(yíng)養(yǎng)液浸泡過(guò)的水泥凈漿試件拿出來(lái)之后，將表面的營(yíng)養(yǎng)液擦拭干凈，放在稱(chēng)重器上面進(jìn)行測(cè)量重量，得到的結(jié)果記作A，之后再將水泥凈漿試件放到50 攝氏度的微波爐中加熱，等到烤干之后再進(jìn)行一次重量稱(chēng)重，將得到的重量結(jié)果記作a，按照吸水性的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算最終的水泥凈漿試件吸收率K。

吸水性的計(jì)算公式如下：

3 微生物對(duì)水泥凈漿的自修復(fù)性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 孔隙結(jié)構(gòu)分析

水泥凈漿試件中有微生物的成分，那么水泥凈漿的標(biāo)準(zhǔn)壓泵的體積最大值就會(huì)開(kāi)始降到最小數(shù)值，也就說(shuō)明水泥凈漿試件中的孔隙結(jié)構(gòu)開(kāi)始有所下降。通過(guò)比較水泥凈漿的dV/dlog 可以得出這樣的結(jié)論：如果在水泥凈漿試件之中存在微生物成分的dV/dlog，最大峰值低于不包括微生物成分的水泥凈漿試件；如果在水泥凈漿試件不存在微生物成分，水泥凈漿試件中的dV/dlog曲線(xiàn)在經(jīng)過(guò)最大數(shù)值之后，就會(huì)開(kāi)始走向下滑的狀態(tài)，但是富有微生物物質(zhì)的水泥凈漿試件，水泥凈漿試件的dV/dlog 曲線(xiàn)在經(jīng)過(guò)最大數(shù)值之后，并沒(méi)有立即下降，而是開(kāi)始慢慢回升[3-5]。通過(guò)這樣的數(shù)據(jù)，我們可以得出這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：水泥凈漿試件中含有微生物的成分，水泥凈漿試件的孔隙結(jié)構(gòu)的增長(zhǎng)效果就會(huì)下滑，微細(xì)孔隙的比重就會(huì)不斷增加，所以說(shuō)，微生物成分能夠修復(fù)水泥凈漿中的孔隙結(jié)構(gòu)中的缺陷，從而進(jìn)一步增強(qiáng)水泥凈漿材料中的細(xì)孔結(jié)構(gòu)。

3.2 吸水性能

水泥凈漿試件中普通硅酸鹽水泥含有微生物成分和不含微生物成分相比，普通硅酸鹽水泥不含有微生物成分的吸水效果更好一些；水泥凈漿試件中硫鋁酸鹽水泥含有微生物成分和不含微生物成分相比，硫鋁酸鹽水泥沒(méi)有含有微生物成分的吸水率更勝一籌。水泥凈漿試件在經(jīng)過(guò)28 天的營(yíng)養(yǎng)液浸泡之后，微生物的滲透更具有代謝礦化作用，使得兩種水泥凈漿的嚴(yán)密程度不斷增加，因此，吸水性能就會(huì)不斷降低。

3.3 抗壓程度

在上文提到的四組水泥凈漿試件的抗壓程度的對(duì)比效果來(lái)看，和不含微生物成分的水泥凈漿試件相比較，水泥凈漿含有微生物成分的抗壓能力更好一些，而這其中，含有硫鋁酸鹽水泥微生物成分的抗壓程度明顯高于富含普通硅酸鹽水泥微生物成分的水泥凈漿試件。得出結(jié)論：在水泥凈漿試件之中加入微生物成分，通過(guò)自身的礦化作用，能夠進(jìn)一步修復(fù)水泥凈漿材料內(nèi)部的缺陷，從整體的角度來(lái)看，進(jìn)一步增強(qiáng)水泥凈漿材料的抗壓強(qiáng)度。

3.4 自修復(fù)性能

含普通硅酸鹽水泥微生物成分的水泥凈漿試件在經(jīng)過(guò)28 天的營(yíng)養(yǎng)液浸泡之后，自身的修復(fù)功能和愈合功能能夠顯著提升，從而在其內(nèi)部形成一道連續(xù)、飽滿(mǎn)的灰白色礦物填充物質(zhì)。并在其中刮取一些礦物物質(zhì)的沉淀物，對(duì)其進(jìn)行X 射線(xiàn)衍射分析和研究，能夠得出這樣的結(jié)論：微生物的礦化生成了方解石型碳酸鈣和菱鎂礦的X 射線(xiàn)衍射，并將其填充到水泥凈漿試件的裂縫之處，能夠有效的保證水泥凈漿中裂縫的修復(fù)能力和愈合能力。

4 微生物對(duì)水泥凈漿的自修復(fù)性能的實(shí)驗(yàn)分析

4.1 壓汞測(cè)孔法

根據(jù)對(duì)上文中水泥凈漿的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，和營(yíng)養(yǎng)液中沒(méi)有微生物成分的水泥凈漿試件進(jìn)行對(duì)比，加入0.5gl 的微生物成分能夠降低水泥凈漿試件的總壓泵體積，也就是說(shuō)汞壓入水泥凈漿試件中的孔隙結(jié)構(gòu)的效率不斷下降。通過(guò)對(duì)比dV/dlog 曲線(xiàn)，我們可以了解到：如果dV/dlog 曲線(xiàn)峰值大于1000nm，或者在50nm—100nm 之間，或者小于等于10nm，將微生物成分摻雜在營(yíng)養(yǎng)液之中，加入適量的鎂鹽，能夠整體加強(qiáng)微生物水泥凈漿的礦化作用，對(duì)于修復(fù)水泥凈漿中的空隙有一定的促進(jìn)作用，減小空隙，提高微細(xì)孔隙的比率，進(jìn)一步改善水泥凈漿材料的孔隙結(jié)構(gòu)。

4.2 X 射線(xiàn)衍射方法

根據(jù)微生物礦化物質(zhì)的產(chǎn)物進(jìn)行分析研究，由此可以得出結(jié)論，如果水泥凈漿的浸泡營(yíng)養(yǎng)液之中缺少微生物成分中的鎂鹽，當(dāng)方解石衍射的峰值比較高的時(shí)候，那么球霰石的衍射峰值比較低；如果營(yíng)養(yǎng)液中富有0.5g/l 的微生物鎂鹽的時(shí)候，那么就會(huì)具有非常明顯的方解石衍射峰和菱鎂礦衍射峰。如果營(yíng)養(yǎng)液之中沒(méi)有鎂鹽物質(zhì)，那么微生物礦化產(chǎn)物就是以方解石為主，并且還會(huì)富有少量球霰石，但是如果摻雜了鎂鹽物質(zhì)，礦化沉淀物中除了方解石型碳酸鈣之外，還會(huì)產(chǎn)生額外的菱鎂礦型碳酸鎂，會(huì)促進(jìn)水泥凈漿中的微生物的礦化作用增強(qiáng)。

4.3 掃描電鏡和能譜分析方法

如果在營(yíng)養(yǎng)液之中沒(méi)有存在鎂鹽成分，那么水泥凈漿中就會(huì)存在大量的顆粒狀、團(tuán)簇狀礦物覆蓋在水泥石的基層表面上，故通過(guò)掃描電鏡和能譜分析方法就能確定碳酸鈣的存在。一旦在營(yíng)養(yǎng)液之中摻雜了0.5g/l 的微生物鎂鹽，那么在水泥凈漿試件之中就會(huì)出現(xiàn)大量的針棒狀礦物質(zhì)，并且通過(guò)借助掃描電鏡和能譜分析的方法，就會(huì)確定碳酸鈣和碳酸鎂的存在，之后再借助X 射線(xiàn)衍射方法，就可以看出其中的無(wú)機(jī)鹽主要為鈣鹽，微生物的礦物產(chǎn)物通過(guò)方解石型碳酸鈣為主，將其中富含少量球霰石的碳酸鈣依附于孔隙結(jié)構(gòu)之中，以及水泥凈漿試件中的裂縫內(nèi)壁，并且還需要確定水泥石基面的定向排列，保證水泥凈漿的微結(jié)構(gòu)更加嚴(yán)密。通過(guò)將鎂鹽加入水泥凈漿中，礦化沉淀物質(zhì)中除了方解石型碳酸鈣，還額外形成菱鎂礦型碳酸鎂，從而促進(jìn)微生物的礦化作用。

5 水泥凈漿的養(yǎng)護(hù)

要想保證在水泥混凝土使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生裂縫，并且能夠保證自修復(fù)能力不斷增強(qiáng)，就需要做好日常水泥混凝土的養(yǎng)護(hù)。一般在夏季的時(shí)候，混凝土的養(yǎng)護(hù)也僅僅只需要15 天時(shí)間；但是在冬天的時(shí)間，因?yàn)橥饷娴臍鉁乇容^低，那么做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作就需要60 天左右。所以，不管是在房屋建造還是城市建設(shè)中，混凝土的養(yǎng)護(hù)工作對(duì)其耐久性和抗裂性能的影響還是非常大的。有時(shí)，為了保證特殊環(huán)境下的混凝土養(yǎng)護(hù)條件，還需要采用加溫水或者高強(qiáng)度的壓力來(lái)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

但是，在水泥混凝土的養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，采用的主要方法是自然養(yǎng)護(hù)法。自然養(yǎng)護(hù)方法主要指的是在自然的條件之下，如果溫度高于5 攝氏度或者低于5 攝氏度，對(duì)混凝土進(jìn)行覆蓋，通過(guò)借助澆水灌溉、擋風(fēng)、保溫、保濕的養(yǎng)護(hù)辦法，自然養(yǎng)護(hù)方法又被分為覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)方法以及薄膜養(yǎng)護(hù)的方法。

在對(duì)水泥混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的時(shí)候，澆水養(yǎng)護(hù)的時(shí)間是這樣的：如果是普通水泥澆筑而成的混凝土，那么在經(jīng)過(guò)12 小時(shí)之后，并且連續(xù)保濕一個(gè)星期；但是如果使用的微生物水泥混凝土，就需要經(jīng)過(guò)20 小時(shí)之后，連續(xù)兩個(gè)星期的養(yǎng)護(hù)時(shí)間；對(duì)于其中摻雜抗?jié)B性的混凝土或者加了塑化劑的混凝土，養(yǎng)護(hù)的時(shí)間至少需要兩個(gè)星期。并且根據(jù)不同的水泥基材料，使用的養(yǎng)護(hù)方法也不同。

但是有一點(diǎn)值得注意的是，對(duì)水泥混凝土進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)應(yīng)該是在澆筑完成之后的3 小時(shí)—12 小時(shí)，借助草簾、鋸末、濕砂等相關(guān)的材料，將混凝土進(jìn)行覆蓋，定期對(duì)混凝土進(jìn)行澆水，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)濕潤(rùn)的保濕效果，與此同時(shí)，澆水的時(shí)間不能少于7 天，并且每天澆水的次數(shù)一定要保證混凝土的濕潤(rùn)程度，一般氣溫維持在15 攝氏度。另外，在混凝土澆水的最初三天時(shí)間里，每隔3 小時(shí)進(jìn)行澆水一次，并且在晚上的時(shí)候也需要澆水2 次，經(jīng)過(guò)3 天的混凝土養(yǎng)護(hù)，那么在天氣也比較干燥的時(shí)候，澆水的次數(shù)也需要適當(dāng)?shù)脑黾樱拍苷嬲膶?shí)現(xiàn)保濕養(yǎng)護(hù)工作。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，微生物的碳酸鹽沉積對(duì)于水泥凈漿的使用有很大的幫助作用，能夠有效的保證水泥混凝土的內(nèi)部材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，促使水泥混凝土的抗壓能力增強(qiáng)，吸水能力不斷降低，進(jìn)一步對(duì)水泥混凝土的裂縫位置進(jìn)行有效的修復(fù)和愈合，在日后在實(shí)際工程的使用過(guò)程中不會(huì)留下任何的質(zhì)量問(wèn)題。