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混凝土材料微生物修复技术研究进展俞小彤港航直博一年级150803020001摘要：混凝土其最大的缺点是表面及内部容易产生微裂缝。微生物诱导碳酸盐沉积被认为是一种有效的微生物修复混凝土的策略目前已逐渐引起人们的关注。在阐述了混凝土裂缝自修复机理的基础上对近年来利用微生物的碳酸盐沉积作用修复混凝土方面的研究现状和成果进行了系统的综述并对未来该领域有待解决的一些问题提出建议。关键词：微生物矿化；混凝土；自修复0引言混凝土因其具有牢固结实、耐久性高、价格相对低廉等特点被广泛应用于现代建筑工程。但是在大规模的使用过程中一些问题也逐渐混凝土在大规模使用的过程中一些问题也逐渐的凸现出来其抗拉性能一般较差在制备过程以及使用期间由于荷载或环境等因素的作用其表面容易产生疏松、剥落等缺陷甚至在材料内部产生微裂缝。这些缺陷若不及时修复外界水和侵蚀性介质将不断渗入锈蚀钢筋最终将引起混凝土力学性能、耐久性能的加速劣化。因此对混凝土结构采取有效的措施进行裂缝修复提高其各方面性能对保证结构的安全性和提高使用寿命具有重要的意义。混凝土表面与内部缺陷修复已成为一个重要的独立行业许多混凝土表面防护涂料和裂缝修补材料不断问世如：环氧类树脂、水泥基渗透结晶型材料、聚合物砂浆、以及高分子灌浆材料等。这些材料在混凝土缺陷修复中发挥了重要作用但是如何解决这些修复防护有机材料与水泥基材料的相容性进一步提高其抗老化性能和耐久性能增强其环境友好性一直是众多研究者们致力突破的研究方向。自从发现某些土壤细菌具有诱导碳酸钙晶体沉积的能力后Gollapudi等[1]在1995年首次尝试利用细菌诱导碳酸钙沉积对建筑基质渗漏进行控制由此为混凝土的修复开辟了一条新的途径受到国内外研究者的广泛关注。1微生物矿化作用自修复混凝土机理微生物成矿学的最新进展表明在特定的环境以及营养条件刺激下岩土中一些微生物通过新陈代谢或降解作用能显著快速析出多种矿物结晶如碳酸盐、磷酸盐、氧化物、硫化物、硅华以及胞外聚合物等[2]。其中一项最新科学发现表明地球土壤中的某些细菌如巴氏芽孢八叠球菌(Sporosarcinapasteurii)拥有将松散砂粒胶凝固定在一起的神奇本领[3]。其利用反应环境中的尿素等有机物以及钙离子源较快的析出具有良好胶凝性质的碳酸钙结晶这一技术被称为MICP(MicrobialInducedCarbonatePrecipitation)技术。MICP技术的基本原理如图1.1所示：潮湿环境中微生物新陈代谢生成脲酶脲酶水解尿素会产生铵根离子和碳酸根离子。细菌细胞膜界面处带负电荷的有机质不断螯合钙离子与水解尿素生成的碳酸根离子缓慢矿化沉积出具有胶凝作用的碳酸钙结晶如图1.2所示。微生物在此间的作用不仅仅是生成了脲酶而且为碳酸钙的沉积提供了成核地点[4]。微生物引起的碳酸钙沉积中发生的复杂的化学反应可以简化为：CO(NH2)2+2H2OCO32-+2NH4+(微生物降解)Ca2++CellCell-Ca2+Cell-Ca2++CO32-Cell-CaCO3(微生物成因水泥)图1.1MICP技术生成碳酸钙结晶流程图图1.2MICP技术生成碳酸钙结晶示意图[4]微生物诱导的碳酸钙沉积技术近年来引起了学者在诸多领域的探索其可以应用于土壤中重金属和放射性物质的降解[5]、减缓沿海沿江地区海水入侵与土壤盐碱化[6]、重大文物古建挽救修复[7]、地基土的加固[8]、改善土建基础设施安全与耐久性等诸多领域提供一种崭新的工程技术方法。2微生物修复混凝土的影响因素2.1菌种不同类型的微生物对营养物质的代谢能力各不相同在诱导碳酸钙形成和混凝土修复效果方面也会有所差异。Boquet等[9]发现大多数细菌在适宜的条件下都能产生方解石晶体。Stocks-Fischer等[10]将巴氏芽孢杆菌（Bacilluspasteurii）注入砂柱结果表明菌体能在砂砾中作为成核位点并诱导CaCO3以方解石晶体的形式沉积同时试件的抗压强度也有所提高。Ghosh等[11]使用希瓦氏菌（Shewanella）进行提高水泥抗压强度的研究培养28d后发现水泥净浆的抗压强度提高了25%而加入大肠杆菌的试件的抗压强度没有什么变化。而Achal等[12]则利用从水泥中分离出的Bacillussp.CT-5在水泥砂浆中进行混凝土自修复研究28d后水泥砂浆的孔隙率下降了50%以上水泥中氯离子的渗透明显减少与砂浆试件的抗压强度相比提高了40%比Ghosh的研究结果高出了15%。DeMuynck等[13]利用球形芽孢杆菌（Bacillussphaericus）将石灰试件放入含有尿素和氯化钙的矿化培养基中进行矿化沉积试验5d后在石灰试件裂缝表面有检测到50μm菱形方解石晶体生