西交利物浦大學(xué)研究人員利用細(xì)菌增強(qiáng)混凝土的抗凍融性
混凝土具有成本低、抗壓強(qiáng)度高、制造方便等特點(diǎn),是建筑中最廣泛使用的材料之一。然而,隨著城市化進(jìn)程加快,諸如沙子、碎石等用于與混凝土混合的天然骨料已供應(yīng)不足。盡管再生材料可以取代天然材料來(lái)生產(chǎn)再生粗骨料混凝土(RCAC),但它們可能會(huì)引起各種問(wèn)題。尤其在寒冷地區(qū),日常的凍融循環(huán)會(huì)損壞混凝土,造成安全問(wèn)題。
在最近發(fā)表于《清潔生產(chǎn)雜志》(Journal of Cleaner Production)上的一篇論文中,西交利物浦大學(xué)土木工程系的研究人員將反硝化細(xì)菌加入到再生粗骨料(RCA)中,增強(qiáng)了混凝土的強(qiáng)度和耐久性。經(jīng)過(guò)處理的再生粗集料混凝土可以承受多達(dá) 225 次的凍融循環(huán),比未經(jīng)處理的混凝土要多 75 次,尤其適合在寒冷地區(qū)廣泛使用。
傳統(tǒng)方法不可持續(xù)
論文的通訊作者 Chee Seong Chin 教授表示,改善混凝土抗凍融性的傳統(tǒng)方法從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看是不可持續(xù)的。 “傳統(tǒng)方法包括降低水灰比、增加化學(xué)摻合物,實(shí)質(zhì)上增加了化學(xué)物質(zhì)的使用,會(huì)給可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)不利影響?!?/p>
“相比之下,我們提出對(duì)環(huán)境友好的解決方案,使用了反硝化細(xì)菌,這其中既不包含也不會(huì)產(chǎn)生有毒或污染性物質(zhì)。”他說(shuō)。
更少的吸水率
Chin 教授表示,要提高再生粗骨料混凝土的抗凍融性,降低吸水率至關(guān)重要。
在凍融循環(huán)中,水會(huì)滲透到混凝土里,并在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫,降低其耐久度。這是因?yàn)樗Y(jié)冰時(shí)體積膨脹,水越多,膨脹越大,而膨脹越大,損害就越大?!霸偕止橇辖Y(jié)構(gòu)松散,孔隙率高,如果不經(jīng)過(guò)細(xì)菌處理就直接使用到混凝土中,勢(shì)必會(huì)增高吸水率。而反硝化細(xì)菌可以堵住水進(jìn)入的孔隙,有效地將混凝土內(nèi)部的自由水吸收量減少 33%。”他介紹,這種方法能從外部阻斷吸水,從而減少內(nèi)部的膨脹。
更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)
Chin教授表示,細(xì)菌還可以通過(guò)創(chuàng)造更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),來(lái)提高混凝土抵抗水凍膨脹的能力?!霸偕止橇匣炷林械目紫稌?huì)被反硝化細(xì)菌產(chǎn)生的碳酸鈣晶體填滿(mǎn),更密集的結(jié)構(gòu)能降低冷凍水的膨脹效應(yīng)?!?/p>
“我們的實(shí)驗(yàn)表明,反硝化細(xì)菌可以將抗壓強(qiáng)度和拉伸劈裂強(qiáng)度分別提高 30.3%和 20.3%。此外,細(xì)菌在生物礦化過(guò)程中會(huì)消耗掉多余的氫氧化鈣,使混凝土更耐凍。通常來(lái)說(shuō),骨料和水泥基體之間的氫氧化鈣對(duì)強(qiáng)度和耐久性會(huì)產(chǎn)生不利效果?!?/p>
Chin 教授表示,盡管這種新方法顯著提高了再生粗骨料混凝土的抗凍融性,但還需要進(jìn)一步的研究,通過(guò)使用納米材料或其他具有生物礦化方法的水泥基材料來(lái)提高抗凍性?!叭蘸蟮难芯窟€需要考量經(jīng)濟(jì)成本,并用生命周期評(píng)價(jià)法來(lái)量化環(huán)境影響?!?/p>
該研究小組由來(lái)自西交利物浦大學(xué)土木工程系的劉作為、Chee Seong Chin 教授和夏駿博士組成。
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