微生物沉积碳酸钙封堵混凝土裂缝的试验研究

1、微生物沉积碳酸钙封堵混凝土裂缝的试验研究目录o 研究背景o 试验研究o 工程实践o 结论及展望目录o 研究背景o 试验研究o 工程实践o 结论及展望研究的意义n 2013年全国建筑渗漏状况调查项目报告，全国有28个城市建筑地下渗漏率达57.51%。质量通病，老大难问题！研究的意义n 传统的封堵材料：多为有机材料，粘性大（不宜渗透到裂缝深处），耐久性差，对环境有害。n 微生物灌浆：生成物为碳酸钙（与混凝土成份一致），相容性好；灌浆材料粘性低，负压时可渗入裂缝深处；耐久性好；环境友好。微生物诱导碳酸钙沉积机理 1973年E Boquet等人发现土壤中有些细菌能够诱导碳酸钙晶体沉积。 微生物矿化成岩

2、在自然界中是一种普遍存在的现象，其原理就是自然界中的某些微生物能够利用自身的生命活动来生成一些相对不溶或是难溶的化合物。这些化合物可以很好的满足有些工程的需求。微生物诱导碳酸钙沉积机理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产生的尿素酶将尿素水解为氨和二氧化碳，分解生成的氨数量的增加会引起周围pH值的升高，从而引起碳酸钙的沉积。土木工程中的应用固砂提高耐久性地基加固微生物诱导碳酸钙沉积文物修复防渗堵漏目录o 研究背景o 试验研究o 工程实践o 结论及展望一、试验的准

3、备工作o 菌液培养n 选用清华大学微生物加固与防渗课题组选育的巴氏芽孢杆菌（Bacillus pasteurii）一、试验的准备工作n 菌液培养过程高温灭菌、接种、恒温振荡培养箱内培养、检验菌液所含酶的活性、取出菌液等步骤。培养时间设定为20 h，温度设定为30 C，为保证供给细菌充足的氧气，振荡床转速为200 r/min。每次可培养1.6L菌液供试验用。一、试验的准备工作n 营养盐溶液和钙源溶液的制备营养盐尿素（CN2H4O）溶液醋酸钙（Ca(CH COO) H O ）322钙源 硝酸钙（Ca(NO ) 4H O）3 22氯化钙（CaCl2 ）二、封堵混凝土水平裂缝试验1. 试件制作钢板拔出

4、法制作裂缝。（裂缝宽度选取0.3mm、0.5mm、1.0mm和1.5mm），裂缝深度均为180 mm。二、封堵混凝土水平裂缝试验2. 渗水试验过程灌注菌液之前，先将裂缝表面外侧塞上棉花，并用纱布固定；每3天灌一次，每次灌入200ml菌液和300ml营养盐和钙源溶液混合液；钙源和尿素按1:1的比例进行配制，浓度均为1.1mol/L每次灌菌完成的两天后做渗水试验；渗水试验前清除棉花；渗水试验时向水泥槽内灌入2L水，测试5min的水流量，计算出平均渗水速度。二、封堵混凝土水平裂缝试验3. 渗水试验结果（1）不同宽度裂缝裂缝越小封堵效果越明显。易实现“架桥作用”二、封堵混凝土水平裂缝试验3. 渗水试验

5、结果（2）缝内预填介质裂缝内填入介质后经过4-5次灌浆处理就实现了完全封堵，与填入介质前相比效果明显提高。预填介质间接减小了裂缝宽度，增大了裂缝内壁的摩擦度，使架桥封堵进行顺利。二、封堵混凝土水平裂缝试验3. 渗水试验结果（3）酶活性酶活性越高，产生的尿素酶多，诱导碳酸钙沉积的效率越高，封堵裂缝的速度越快。二、封堵混凝土水平裂缝试验4. 超声波检测结果采用了超声波对宽度为0.3mm的裂缝进行了检测，以对比裂缝被沉积物封堵前后裂缝密实性的变化。二、封堵混凝土水平裂缝试验4. 超声波检测结果封堵前封堵后序号声 时（s）32.40速（km/s）2.16度振 幅（m）序号声时速度振幅（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跨越裂缝的3#测点声时和速度变化最明显，缝堵后3#的声时和速度接近2、4#点，但仍偏小，说明密实度仍达不到非裂缝处。二、封堵混凝土水平裂缝试验5. 结论（1）裂缝宽度越小，“架桥作用”明显，封堵次数越少。（2）较宽裂缝中填入介质，封堵次数明显减少。（3）灌入菌液酶活性越高，封堵次数越少。三、

7、裂缝抗渗承压封堵试验1. 试件制作混凝土试件截面均为150mm150mm，长度与缝深相同，缝长均为70mm。三、裂缝抗渗承压封堵试验 影响因素n 裂缝宽度：0.5mm、1.0mm、1.5mmn 裂缝深度：50mm、100mm、150mmn 填充介质：不填充、普通砂、石英砂正交试验n 不同钙源：CaCl2、Ca(NO3)2、Ca(CH3OO)2三、裂缝抗渗承压封堵试验因素裂缝宽度 裂缝深度 填充介质 不同钙源编号L1L2L3L4L5L6L7L8L90.5mm1.0mm1.5mm0.5mm1.0mm1.5mm0.5mm1.0mm1.5mm50mm 无 氯化钙50mm 普通砂 醋酸钙50mm 石英砂

8、 硝酸钙100mm 普通砂 硝酸钙100mm 石英砂 氯化钙100mm 无 醋酸钙150mm 石英砂 醋酸钙150mm 无 硝酸钙150mm 普通砂 氯化钙三、裂缝抗渗承压封堵试验通过渗水试验得到每个混凝土试件的封堵完成灌浆次数。各试件封堵完成时间表（单位：次）试件L1L2L3L4L5L6L7L810L99编号完成次数8101169125三、裂缝抗渗承压封堵试验 极差分析因素缝宽缝深介质钙源均值1均值2均值3极差0.5mm 6.3 50mm10.3 无10.0 氯化钙 8.71.0mm 10.0 100mm 9.0 普通砂 8.7 硝酸钙 9.31.5mm 11.0 150mm 8.0 石英砂

9、 8.7 醋酸钙 9.34.6672.3331.3330.666n 缝宽的影响最为显著，其次为缝深和介质，三种钙源的影响最小三、裂缝抗渗承压封堵试验 冲压试验装置三、裂缝抗渗承压封堵试验 冲压试验装置三、裂缝抗渗承压封堵试验抗渗性能试验结果（MPa）试件编号L1L2L3L4L5L6L7L8L9试验结果0.092 0.076 0.051 0.123 0.11 0.065 0.174 0.122 0.119n 9个试件均能承受0.05MPa以上的水压力，即能承受至少5米高的水压力。超过一半的试件能承受0.1MPa以上的水压力，即能承受至少10米高的水压力。三、裂缝抗渗承压封堵试验 极差分析因素缝宽

10、缝深介质钙源均值1均值2均值3极差0.5mm 0.130 50mm 0.073 无0.093 氯化钙 0.1071.0mm 0.103 100mm 0.099 普通砂 0.106 硝酸钙 0.0991.5mm 0.078 150mm 0.138 石英砂 0.112 醋酸钙 0.1050.0520.0650.0190.008n 缝深和缝宽的影响最为显著，其次为介质，钙源的影响最小三、裂缝抗渗承压封堵试验 试验结论p 在其他条件不变情况下，缝宽越小封堵速度越快，封堵后裂缝的抗效效果越好。缝宽越小越容易实现“桥架作用”。p 在其他条件不变情况下，缝深越大封堵速度越快，封堵后裂缝的抗渗效果越好。缝越深增加了沉积封堵的几率。p 对于裂缝宽度较大的裂缝，在裂缝中填充介质后裂缝的封堵速度和抗渗能力强于未填充介质的混凝土裂缝。目录o 研究背景o 试验研究o 工程实践o 结论及展望微生物灌浆堵漏的工程实践济南伟东新都四地块9#楼地下室微生物灌浆堵漏的工程实践n渗漏原因分析微生物灌浆堵漏的工程实践n天窗处