硫鋁酸鹽水泥砂漿的MICP修復(fù)試驗(yàn)研究

王巍智

摘 要：【目的】利用生物礦化修復(fù)技術(shù)（MICP）對(duì)腐蝕破壞后的硫鋁酸鹽水泥制品進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn)研究。【方法】模擬實(shí)際硫鋁酸鹽水泥制品的破壞進(jìn)行侵蝕破壞試驗(yàn)，利用MICP技術(shù)對(duì)破壞的水泥砂漿試塊進(jìn)行修復(fù)研究。為確保試塊反應(yīng)充分，利用先浸泡后烘干再浸泡的循環(huán)處理方式，使溶液與干燥試塊之間形成壓力差，并通過試塊內(nèi)部的毛細(xì)作用均勻進(jìn)入試塊當(dāng)中。通過監(jiān)測(cè)試驗(yàn)試塊質(zhì)量和強(qiáng)度變化來探究MICP技術(shù)修復(fù)的有效性?！窘Y(jié)果】隨著修復(fù)次數(shù)不斷增加，試塊質(zhì)量在修復(fù)處理12次后較未處理時(shí)增加4%，抗壓強(qiáng)度增加1 131%。由試驗(yàn)結(jié)果可知，MICP技術(shù)能顯著避免試塊質(zhì)量損失，提高劣化試塊抗壓強(qiáng)度。【結(jié)論】MICP技術(shù)對(duì)破壞后硫鋁酸鹽水泥制品修復(fù)具有可行性。

關(guān)鍵詞：硫鋁酸鹽水泥砂漿；力學(xué)性能；MICP；浸泡

中圖分類號(hào)：TQ177.6+2? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2024）04-0079-09

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.04.015

Experimental Study on MICP Repair of Sulphoaluminate Cement

Mortar

WANG Weizhi

（School of Civil Engineering and Architecture of Kaifeng University， Kaifeng 475004， China）

Abstract： [Purposes] Microbially Induced Carbonate Precipitation （MICP） was used to conduct repair experimental research on thioaluminate cement products after corrosion damage. [Methods] The erosion failure experiment was carried out by simulating the failure of the actual thioaluminate cement products， and the damaged test blocks were repaired by MICP technology. In order to ensure the full reaction， the cyclic treatment method of first soaking， drying and then soaking were used to form a pressure difference between the solution and the drying test blocks， and uniformly entered the test blocks through the capillary action. The effectiveness of MICP repair was explored by monitoring the mass and strength changes of test blocks. [Findings] With the continuous increase of the number of repairs， the mass of the test blocks increased by 4% compared with the untreated after 12 repairs， and the compressive strength increased by 1 131%. It can be seen from the test that MICP technology can significantly avoid the mass loss and improve the compressive strength of the deteriorated test blocks. [Conclusions] MICP technology is feasible for the repair of thioaluminate cement products after failure.

Keywords： sulphoaluminate cement mortar; mechanical property; MICP; soak

0 引言

硫鋁酸鹽水泥是20世紀(jì)70年代我國自主研發(fā)的以無水硫酸鈣（3CaO·3Al2O3·CaSO4）和硅酸二鈣（2CaO·SiO2）［1］為主要礦物的新型水泥［2-5］。由于硫鋁酸鹽水泥具有負(fù)溫施工性能、快硬高強(qiáng)性能、耐海水腐蝕性能等［6-7］特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于碼頭、港口修補(bǔ)搶修工程［8-10］。由于硫鋁酸鹽水泥低堿性、低抗碳化和低抗氯離子滲透性的特點(diǎn)，造成硫鋁酸鹽水泥制品的腐蝕性也較強(qiáng)［11-14］。提高該材料的耐久性是工程施工中亟待解決的難題。

國內(nèi)外學(xué)者深入研究了硫鋁酸鹽水泥的破壞機(jī)理。劉贊群等［15］發(fā)現(xiàn)硫鋁酸鹽水泥凈漿與碳酸鈉溶液之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生的結(jié)晶膨脹是導(dǎo)致凈漿試件破壞的原因。高萌等［16］利用硫鋁酸鹽水泥和石灰混合后形成富水充填材料，通過研究碳酸根離子對(duì)富水充填材料的影響發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽溶液對(duì)富水充填材料有腐蝕作用。Dyer［17］研究了弱酸對(duì)硫鋁酸鹽水泥劣化的影響規(guī)律?？梢?，硫鋁酸鹽水泥自身優(yōu)缺點(diǎn)非常明顯，現(xiàn)階段對(duì)其力學(xué)性能、破壞機(jī)理已有大量研究，并提出了一系列改善劣化的方法，但對(duì)硫鋁酸鹽水泥劣化后的工程如何修復(fù)的研究較少，能否使用生物礦化修復(fù)技術(shù) （Microbial Induced Calcium carbonate Precipitation，MICP）對(duì)劣化的硫鋁酸鹽水泥砂漿進(jìn)行修復(fù)［18］，值得深入研究。

關(guān)于MICP修復(fù)技術(shù)方面，De Muynck等［19］通過微生物誘導(dǎo)產(chǎn)生碳酸鈣沉淀對(duì)水泥表面進(jìn)行覆膜，使材料的毛細(xì)吸水率下降和對(duì)氣體滲透率降低。袁曉露等［20］研究了微生物礦化對(duì)水泥基材料的自修復(fù)作用，發(fā)現(xiàn)礦化生成的方解石型碳酸鈣和菱鎂礦型碳酸鎂沉淀填充于試件內(nèi)部缺陷、裂縫，促進(jìn)了材料的自修復(fù)，提高了水泥凈漿的強(qiáng)度。彭劼等［21］開展了不同膠結(jié)液濃度下MICP壓力灌漿加固有機(jī)質(zhì)黏土的研究試驗(yàn)，綜合評(píng)價(jià)了MICP壓力灌漿加固有機(jī)質(zhì)黏土的效果?？梢?，MICP在工程修復(fù)中已進(jìn)行了大量研究［22-24］，解決了部分工程問題。

基于硫鋁酸鹽水泥砂漿的性能和MICP技術(shù)的特點(diǎn)，本研究嘗試?yán)肕ICP技術(shù)多次循環(huán)修復(fù)劣化的硫鋁酸鹽砂漿試塊，通過強(qiáng)度變化和微觀結(jié)構(gòu)分析，驗(yàn)證MICP多次循環(huán)修復(fù)技術(shù)的可行性。試驗(yàn)分兩階段進(jìn)行：第一階段，模擬環(huán)境和生物帶來的弱酸環(huán)境，對(duì)硫鋁酸鹽水泥砂漿進(jìn)行劣化試驗(yàn)，為修復(fù)提供試樣；第二階段，對(duì)腐蝕過程中的砂漿試塊利用MICP技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，采用浸泡烘干往復(fù)方式，提高修復(fù)效果。

1 試驗(yàn)與原材料

1.1 硫鋁酸鹽水泥砂漿原料

試驗(yàn)砂漿試塊所用水泥為SAC 42.5快硬性硫鋁酸鹽水泥，其成分見表1，水泥砂漿中集料為天然河砂。

1.2 微生物的活化與培養(yǎng)

本研究試驗(yàn)中選用巴氏芽孢桿菌作為礦化菌株。其最適宜溫度為30 ℃，培養(yǎng)條件為需氧培養(yǎng)［25-26］，培養(yǎng)基主要成分為酵母浸粉10 g/L、蛋白胨5.0 g/L、氯化鈉10 g/L。以該比例配制好的培養(yǎng)基溶液在高壓蒸汽滅菌鍋中121 ℃恒溫滅菌20 min。放入無菌操作臺(tái)降溫，當(dāng)溫度下降至30 ℃時(shí)按1∶10的比例將巴氏芽孢桿菌菌液接種至培養(yǎng)基中，接種后放入振蕩培養(yǎng)箱中以30 ℃，170 r/min培養(yǎng)36 h后備用［27］。

為測(cè)量培養(yǎng)后微生物是否滿足使用標(biāo)準(zhǔn)，本研究利用分光光度計(jì)600 nm波長測(cè)其菌液的吸光值，為確保測(cè)量準(zhǔn)確，又將培養(yǎng)后的菌液用去離子水稀釋10倍進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)稀釋10倍后儀器顯示OD600值為0.248，可見其微生物OD600值為2.48，滿足使用要求［28］。

1.3 劣化溶液的制備

由于腐蝕是一個(gè)漫長的過程，且在實(shí)驗(yàn)室制備出碳酸溶液相對(duì)不穩(wěn)定，對(duì)結(jié)果有一定影響，因此，本次試驗(yàn)通過巴氏芽孢桿菌菌液與尿素溶液混合后分解形成含有[CO2-3]的溶液進(jìn)行試驗(yàn)。將菌液與1 mol/L的尿素溶液按1∶1的體積比進(jìn)行混合，放入恒溫?fù)u床中繼續(xù)培養(yǎng)24 h。培養(yǎng)完成后用電導(dǎo)率儀（OAKTON， con 6 Acorn series）測(cè)溶液5 min內(nèi)電導(dǎo)率的變化值，根據(jù)Whiffin［29］提出的隨著脲酶催化尿素反應(yīng)不斷進(jìn)行，生成的碳酸根離子越來越多，使得本不導(dǎo)電的尿素溶液導(dǎo)電性越來越強(qiáng)，從而通過測(cè)量每分鐘電導(dǎo)率變化來衡量脲酶活性的方法，當(dāng)電導(dǎo)率不再增長時(shí)說明尿素分解完全，該溶液可作為水泥砂漿破壞的劣化溶液備用。

1.4 硫鋁酸鹽水泥砂漿的制備

根據(jù)《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T70—2009）要求制成 70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方體水泥砂漿試塊，其中水泥砂漿各體積比水泥∶砂∶水為1∶7∶1.5，密度為2 000 kg/m3，水泥砂漿試塊各成分質(zhì)量為水泥75 g、砂520 g、水111 g。

將攪拌入模后的硫鋁酸鹽水泥砂漿放入振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)密實(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)條件下靜置24 h后脫模。脫模后試塊放入（25±2）℃，濕度95%左右養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)28 d備用［30］。

1.5 膠結(jié)液的制備

本研究試驗(yàn)中采用的膠結(jié)液為氯化鈣與尿素的混合溶液，其中尿素為微生物生長提供氮源和能量，也為生物礦化提供碳酸根離子，氯化鈣為礦化提供鈣源。尿素和氯化鈣按1∶1物質(zhì)的量濃度進(jìn)行混合，其中尿素60 g、氯化鈣111 g加入1 L去離子水中攪拌溶解備用。

2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)分兩階段進(jìn)行：第一階段，模擬實(shí)際環(huán)境利用人為因素破壞硫鋁酸鹽水泥砂漿試塊；第二階段，利用MICP技術(shù)修復(fù)破壞后的砂漿試塊。

2.1 處理方法

利用生物浸泡方式，將成型烘干的試塊浸泡在膠結(jié)液當(dāng)中令其完全飽和，通過試塊與液體之間的壓力差和內(nèi)部毛細(xì)作用，溶液更好進(jìn)入試塊。將飽和試塊放入60 ℃烘干箱中烘干，再浸泡菌液使礦化反應(yīng)更好地在試塊內(nèi)部發(fā)生，MICP修復(fù)技術(shù)原理如圖1所示。如此反復(fù)循環(huán)處理多次后使較多碳酸鈣沉淀沉積在試塊內(nèi)部，附著在顆粒之間達(dá)到修復(fù)目的。

2.2 試塊吸水飽和后完全烘干時(shí)間測(cè)試

處理試塊過程中需要對(duì)試塊進(jìn)行烘干處理，但長時(shí)間的烘干會(huì)導(dǎo)致試塊因溫度原因造成其強(qiáng)度下降，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不利影響［31］。由于60 ℃能更好地將試塊中毛細(xì)水蒸干又不會(huì)因過高的溫度對(duì)短期處于此環(huán)境的試塊造成破壞，故本試驗(yàn)過程采取60 ℃對(duì)試塊進(jìn)行干燥處理?，F(xiàn)設(shè)計(jì)1組烘干試驗(yàn)，分別取3個(gè)硫鋁酸鹽水泥砂漿試塊編號(hào)為R1、R2、R3。后將試塊浸泡在水中待其飽和，測(cè)其質(zhì)量后放入60 ℃的烘箱中，每隔1 h對(duì)試塊進(jìn)行質(zhì)量測(cè)量，當(dāng)質(zhì)量不再減少時(shí)記錄時(shí)間，說明此時(shí)試塊含水率接近0%，然后停止試驗(yàn)，避免長期高溫對(duì)試塊強(qiáng)度的影響。

2.3 硫鋁酸鹽水泥砂漿破壞后質(zhì)量測(cè)試

取12塊養(yǎng)護(hù)成型的硫鋁酸鹽水泥砂漿試塊分為4組，編號(hào)分別為Y1、Y2、、Y3和D，其中Y1處理4次、Y2處理8次、Y3處理12次，D為對(duì)照組。將Y1、Y2、Y3組試塊按規(guī)定次數(shù)浸泡劣化溶液，D組以相同的時(shí)長浸泡水進(jìn)行對(duì)照，并記錄每次處理后試塊的質(zhì)量變化情況，以探究破壞處理對(duì)試塊質(zhì)量的影響。

2.4 破壞后硫鋁酸鹽水泥砂漿試塊的強(qiáng)度測(cè)試

根據(jù)《水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法（ISO法）》（GB/T 17671—2021）規(guī)范規(guī)定，將Y1、Y2、Y3、D組分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，記錄試塊不同破壞處理次數(shù)的強(qiáng)度變化，分析劣化溶液對(duì)硫鋁酸鹽水泥砂漿強(qiáng)度的影響。

2.5 利用MICP技術(shù)修復(fù)破壞硫鋁酸鹽水泥砂漿測(cè)試

將養(yǎng)護(hù)成型的9個(gè)硫鋁酸鹽砂漿試塊全部進(jìn)行12次破壞處理，并把9個(gè)試塊分為J1、J2、J3三組，每組3個(gè)進(jìn)行修復(fù)研究。具體修復(fù)方法為先將破壞后試塊浸泡在由尿素和氯化鈣混合成的膠結(jié)液中使試塊飽和，再放入鼓風(fēng)烘干箱以60 ℃條件進(jìn)行8 h烘干，待試塊完全烘干后浸泡巴氏芽孢桿菌菌液并以相同條件烘干，如此循環(huán)處理。

其中J1循環(huán)處理4次、J2循環(huán)處理8次、J3循環(huán)處理12次，分別記錄每次循環(huán)后試塊質(zhì)量變化。通過對(duì)質(zhì)量變化的分析，證明MICP技術(shù)對(duì)硫鋁酸鹽水泥砂漿試塊修復(fù)的有效性。后根據(jù)上述抗壓試驗(yàn)對(duì)J1、J2、J3組處理后試塊進(jìn)行壓力機(jī)峰值的測(cè)試，研究MICP技術(shù)能否對(duì)已經(jīng)被破壞的硫鋁酸鹽水泥砂漿強(qiáng)度起到修復(fù)作用。

2.6 微觀結(jié)構(gòu)的分析

分別對(duì)已經(jīng)破壞的硫鋁酸鹽水泥砂漿試塊及破壞修復(fù)后的砂漿試塊樣品進(jìn)行SEM掃描電鏡試驗(yàn)［32］，通過對(duì)修復(fù)前后試塊微觀結(jié)構(gòu)形貌的觀察，分析MICP技術(shù)對(duì)硫鋁酸鹽砂漿試塊修復(fù)的作用機(jī)理。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 確定吸水飽和試塊烘干時(shí)間

不同烘干時(shí)間吸水飽和試塊質(zhì)量的減少情況見表2，不同烘干時(shí)間下試塊失水質(zhì)量如圖2所示。由表2、圖2可知，前6 h吸水飽和的砂漿試塊在烘干過程中，質(zhì)量降低曲線斜率為負(fù)，且在0 h至3 h中，質(zhì)量下降較快，在3 h至6 h中斜率慢慢增大，質(zhì)量下降緩慢，直至6 h后，質(zhì)量基本上穩(wěn)定不變。說明體積為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的鋁酸鹽水泥試塊在吸水飽和情況下放在60 ℃的烘箱中烘干6 h后含水率為0%。在試驗(yàn)中控制烘干時(shí)間，能在最短的時(shí)間內(nèi)烘干試塊中水分，防止長時(shí)間高溫對(duì)試塊強(qiáng)度造成不利影響。

3.2 破壞后試塊質(zhì)量及外貌變化分析

不同浸泡次數(shù)烘干后試塊質(zhì)量的變化情況如圖3所示。由圖3可知，硫鋁酸鹽水泥砂漿浸泡4次劣化溶液后，平均質(zhì)量較未處理時(shí)提高4.2%，說明浸泡4次劣化溶液后，反應(yīng)不充分未能使砂漿試塊出現(xiàn)砂礫脫落現(xiàn)象，試塊烘干后浸泡劣化溶液水分蒸發(fā)，溶液中物質(zhì)殘留在試塊當(dāng)中，質(zhì)量反而有所增加。

Y2、Y3組試塊從第5次浸泡反應(yīng)溶液開始，質(zhì)量有明顯的下降趨勢(shì)，且Y3進(jìn)行8次至12次的劣化過程中，質(zhì)量分別較未處理時(shí)下降8.2%和11.7%，說明試塊在劣化溶液中發(fā)生了劣化反應(yīng)，劣化溶液中的碳酸與試塊反應(yīng)使其堿性降低，硫鋁酸鹽水泥砂漿試塊的膠結(jié)能力不足，出現(xiàn)砂礫脫落的腐蝕現(xiàn)象。

經(jīng)反應(yīng)溶液處理后砂漿破壞情況如圖4所示。由圖4可知，經(jīng)過4次處理后試塊破壞程度不大，僅在外層出現(xiàn)起皮、松散等情況；經(jīng)8次處理后試塊劣化較為嚴(yán)重，出現(xiàn)砂礫脫落現(xiàn)象；經(jīng)12次處理后發(fā)現(xiàn)試塊表面砂礫裸露，并伴有大量砂礫脫落，對(duì)試塊造成了嚴(yán)重不可逆的破壞。

3.3 破壞后試塊強(qiáng)度的變化分析

Y1、Y2、Y3、D組抗壓試驗(yàn)結(jié)果見表3，經(jīng)劣化處理后試塊強(qiáng)度下降較大。不同浸泡次數(shù)對(duì)試塊的壓力峰值影響如圖5所示。由圖5（a）可知，經(jīng)劣化溶液浸泡4次的試塊平均壓力機(jī)峰值由未破壞的19.760 kN下降至2.542 kN，下降了87.1%，隨著浸泡次數(shù)增加至12次，試塊強(qiáng)度較未處理時(shí)降低93.2%。對(duì)比圖2質(zhì)量變化曲線可以看出，當(dāng)Y1組試塊進(jìn)行4次浸泡后雖質(zhì)量有所增加，但強(qiáng)度明顯降低，說明試塊開始浸泡劣化溶液時(shí)已經(jīng)失去強(qiáng)度，劣化反應(yīng)已在試塊內(nèi)部發(fā)生。但試塊表面還沒有發(fā)生大面積腐蝕，說明溶液碳酸還沒有與試塊中的碳酸鈣反應(yīng)生成溶于水的碳酸氫鈣而流失。隨著劣化次數(shù)增加，使得更多的碳酸鈣與碳酸反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致其他水化產(chǎn)物的分解，試塊造成嚴(yán)重的腐蝕破壞。

3.4 利用MICP技術(shù)修復(fù)后試塊質(zhì)量及外貌變化分析

不同MICP處理次數(shù)后試塊質(zhì)量的變化情況如圖6所示。由圖6可以明顯看出，經(jīng)MICP技術(shù)修復(fù)處理4次后，試塊質(zhì)量呈正增長變化，較未處理時(shí)增加了1%，說明在試塊內(nèi)部形成碳酸鈣沉淀的沉積，隨處理次數(shù)從4次增加至12次質(zhì)量也在不斷增加，處理12次后平均質(zhì)量較未處理時(shí)增加了4%?？梢姡ㄟ^微生物礦化作用，試塊中的顆粒間形成大量碳酸鈣沉淀的沉積，使得試塊質(zhì)量有所增加。

經(jīng)MICP技術(shù)不同次數(shù)處理后試塊表面形態(tài)如圖7所示。對(duì)比破壞砂漿發(fā)現(xiàn)，試塊腐蝕的現(xiàn)象得到明顯改善，整體性更強(qiáng)，對(duì)試塊表面也有很好的填充修復(fù)作用。多次循環(huán)處理后溶液中大量碳酸根離子被消耗，避免了試塊繼續(xù)破壞，說明MICP技術(shù)對(duì)破壞后的硫鋁酸鹽水泥砂漿修復(fù)是有效的。

3.5 MICP技術(shù)修復(fù)后試塊強(qiáng)度分析

為更直觀地觀察修復(fù)后試塊強(qiáng)度的變化，將破壞試驗(yàn)組Y1、Y2、Y3壓力峰值同微生物處理后的J1、J2、J3組試塊壓力峰值平均值進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖8所示。由圖8中可知，經(jīng)MICP技術(shù)處理4次后試塊壓力峰值增加不明顯，說明MICP技術(shù)修復(fù)次數(shù)不足無法達(dá)到預(yù)期修復(fù)效果。浸泡8次后試塊強(qiáng)度有較為明顯提高，壓力峰值平均提高約197%，說明MICP技術(shù)修復(fù)破壞后的硫鋁酸鹽水泥砂漿試塊有明顯作用。浸泡處理12次后試塊強(qiáng)度有大幅度提高，由圖8可知，試塊壓力峰值平均提高1 131%，結(jié)果說明MICP技術(shù)修復(fù)對(duì)破壞后的硫鋁酸鹽水泥砂漿的強(qiáng)度有明顯提高作用，且隨著循環(huán)修復(fù)次數(shù)增加，砂漿試塊修復(fù)效果更好。碳酸鈣沉淀在水泥砂漿試塊中起到“橋梁”作用，既可提高試塊抵抗外力的能力，又對(duì)試塊的孔隙有一定的填充作用，使材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性更強(qiáng)。

Y1、Y2、Y3、J1、J2、J3試塊形態(tài)見表4?？梢钥闯?，破壞處理后試塊表面出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，且處理12次后砂漿試塊已經(jīng)變形，出現(xiàn)大量砂礫脫落現(xiàn)象。而經(jīng)MICP技術(shù)修復(fù)后的水泥砂漿試塊形態(tài)較破壞處理后的硫鋁酸鹽水泥砂漿完整，沒有出現(xiàn)大面積腐蝕跡象，說明MICP的修復(fù)技術(shù)對(duì)已破壞砂漿具有積極作用。

3.6 微觀電鏡分析

Y1、Y2、Y3組水泥砂漿試塊進(jìn)行SEM掃描圖像如圖9所示。由圖9可知，當(dāng)破壞后的試塊放大5 000倍時(shí)，試塊微觀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、斷裂情況。同樣，從2 000倍的放大圖片中可以看到，試塊結(jié)構(gòu)中有大量空隙。從500倍圖片中可以看到，片狀結(jié)構(gòu)中有斷層現(xiàn)象，這也是造成試塊強(qiáng)度降低的原因。從Y1組至Y3組可以看到隨著浸泡次數(shù)的增加裂縫寬度也不斷增加，從放大500倍圖片可以看到顆粒整體存在大量空隙，且顆粒脫落明顯。說明當(dāng)硫鋁酸鹽水泥砂漿試塊發(fā)生破壞時(shí)，硫鋁酸鹽水泥膠砂失去膠結(jié)能力，無法對(duì)砂礫產(chǎn)生膠結(jié)作用。從微觀角度來說，試塊內(nèi)部出現(xiàn)不連續(xù)的結(jié)構(gòu)形態(tài)，裂縫、空隙較多，這是水泥砂漿失去膠結(jié)能力、喪失強(qiáng)度的主要原因。

MICP處理破壞試塊SEM掃描圖像如圖10所示。從J1、J2、J3組分別放大5 000倍的圖片中可以看到大量的碳酸鈣晶體沉淀，這些沉淀晶體堆積在砂漿孔洞中，不僅填充了孔隙而且對(duì)裂縫進(jìn)行了修復(fù)。在2 000倍圖片中可以看出裂縫、空隙明顯減少，結(jié)構(gòu)整體性更強(qiáng)，碳酸鈣沉淀晶體更多。在放大500倍的情況下相比較圖9中孔洞更少，且無裂縫出現(xiàn)。隨著處理次數(shù)的增加試塊內(nèi)部碳酸鈣附著物更多，結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。說明生成的碳酸鈣晶體在試塊內(nèi)大量附著，對(duì)劣化產(chǎn)生的縫隙及孔洞都有很好的填充作用，對(duì)試塊強(qiáng)度的提升有顯著影響。

4 結(jié)論

為促使砂漿試塊破壞反應(yīng)，室內(nèi)試驗(yàn)人通過對(duì)質(zhì)量和強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，隨著破壞處理次數(shù)由4次增至12次，處理12次時(shí)質(zhì)量減少至原有試塊質(zhì)量的11.7%、試塊抗壓強(qiáng)度降低87.1%，說明含有碳酸根離子的溶液對(duì)硫鋁酸鹽水泥制品具有不利影響。

通過MICP技術(shù)對(duì)破壞處理12次后的砂漿試塊進(jìn)行修復(fù)處理發(fā)現(xiàn)，隨著修復(fù)次數(shù)由4次增加至12次，水泥砂漿試塊強(qiáng)度不斷提高，最高可達(dá)到原有強(qiáng)度的1 131%；修復(fù)后試塊質(zhì)量也增加了原有試塊質(zhì)量的4%，說明MICP技術(shù)對(duì)已破壞硫鋁酸鹽水泥制品的劣化修復(fù)具有可行性。對(duì)比修復(fù)前后試塊形態(tài)可以看出，經(jīng)MICP技術(shù)修復(fù)后砂漿試塊表面完整，沒有砂礫脫落腐蝕現(xiàn)象，對(duì)硫鋁酸鹽水泥修復(fù)相關(guān)工程具有一定幫助。

通過對(duì)修復(fù)前后砂漿試塊的微觀結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，破壞后試塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)多處斷裂、孔隙等劣化現(xiàn)象，顆粒與顆粒之間較為松散，整體性較差。經(jīng)MICP技術(shù)處理后的砂漿試塊內(nèi)部有大量碳酸鈣沉淀晶體出現(xiàn)，對(duì)破壞的水泥砂漿試塊內(nèi)部的孔隙及結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充和修復(fù)，可有效改善硫鋁酸鹽水泥砂漿材料的各項(xiàng)性能，進(jìn)一步證明了MICP技術(shù)對(duì)破壞后硫鋁酸鹽水泥砂漿修復(fù)的可行性。

MICP技術(shù)因其各種優(yōu)勢(shì)成為當(dāng)前較為熱門的材料修復(fù)及結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，對(duì)硫鋁酸鹽水泥制品的修復(fù)更為適用。本研究的試驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了這一現(xiàn)象，研究結(jié)果可為MICP技術(shù)修復(fù)工程提供一定參考。

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