微生物沉积碳酸钙修复混凝土裂缝的现场试验.pdf

第 1 6 卷第 4 期 2 0 1 3年 8月 建筑材料学报 j oURNAI OF BUI L DI NG MATERI AL S Vo 1 1 6。 No 4 Au g， 2 01 3 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 6 6 7 0 6 微生物沉积碳酸钙修 复混凝土裂缝 的现场试验 贾 强 ， 张 鑫 ， 侯 宏涛 。 杨金彪 ( 1 山东 建筑 大学 土木 工 程学 院 ，山东 济南 2 5 0 0 1 3 ； 2 山东 建 筑大 学 山东 省 建筑结 构 鉴定 加 固与改 造重 点 实验 室 ，山东 济 南 2 5 0 0 1 3 ) 摘要 ：利 用微 生物 的酶化 作 用诱 导碳 酸钙 沉 积 来修 复 混 凝 土 裂缝 是 地 下 室防渗 堵 漏 的新 途 径 为 推 广和检 验这 项技 术 ， 将其 应 用 于某地 下 室裂缝 防渗 堵 漏工程 ， 提 出并采 用 4项措 施 ： ( 1 ) 在 水 平缝 3 , 1- 4 做灌浆槽 ， 既保持一定液面高度 以维持 灌浆压力 ， 又防止 菌液和 营养盐渗入 土 中； ( 2 ) 设计斜 向灌注孔 ， 控制竖缝 的微 生物灌浆质量 ； ( 3 ) 在裂缝表面交替涂刷菌液和营养盐溶液 ； ( 4 ) 用 P VC管 向裂 缝 外土 壤 实施 微 生 物 灌浆 通 过 注 水试 验 、 雨后 观 察 、 超 声 波检 测 和地 质 雷 达检 测 等 方 法对 4 种堵 漏措 施 的效果 进行 了检 验 和评 价 ， 结果 显示修 复 效果 较好 关键 词 ：微 生物 沉积碳 酸 钙 ；堵 漏 ；裂缝 中 图分 类 号 ： TU3 7 5 4 文 献标 志码 ： A d o t ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 3 0 4 0 2 0 Fi e l d Ex pe r i m e nt o f Cr a c k Re pa i r b y M i c r o b i o l o g i c a l Pr e c i pi t a t i o n o f ga g03 JI A Qi a n g ， ZHANG Xi n ，H0己 ， Ho n g t a o ， Y ANG Ji n b i a o 。 ( 1 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g，S h a n d o n g J i a n z h u Un i v e r s i t y ，J i n a n 2 5 0 0 1 3，Ch i n a ； 2 Sha ndo n g Pr o v i n c i a l Ke y La bo r a t o r y o f Ap pr a i s al a nd Re t r o f i t t i n g i n Bui l di ng St r u c t ur e s， S h a n d o n g J i a n z h u Un i v e r s i t y ，J i n a n 2 5 0 0 1 3 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Cr a c k r e p a i r by m i c r o bi o 1 o gi c a l pr e c i pi t a t i o n o f Ca CO3 p r o v i d e s a n e w m e t ho d i n t he s e e pa ge a n d p l u gg i ng o f t he un de r gr ou nd e ng i ne e r i ng A f i e l d e xp e r i me nt wa s de s i gne d t o v e r i f y i t s e f f i c i e nc y Fo u r me a s ur e s we r e t a ke n( 1 ) The t r o ug h ou t s i de ho r i z ont a l c r a c k c a n p r e ve nt s e r i f l u x f r om pe n e t r a t i ng i n t o t he s o i l ，a n d t h e g r o u t i n g p r e s s u r e c a n b e o b t a i n e d b y l i q u i d h e i g h t ( 2 ) Th e s l a n t h o l e s we r e d r i l l e d t o g r o u t t h e v e r t i c a l c r a c k ( 3 ) Ba c t e r i a l i q u i d a n d u r e a Ca ( N03 ) 2 s o l u t i o n we r e b r u s h e d o n t h e s u r f a c e o f t h e c r a c k b y t u r n s ( 4 ) Th e me c h a n i c a l d r i l l i n g a n d t h e P VC p i p e s we r e c h o s e n f o r g r o u t i n g i n s o i l Th e r e p a i r e f f e c t we r e t e s t e d a n d e v a l u a t e d b y t e s t o f i n j e c t i n g wa t e r ，o b s e r v a t i o n a f t e r t h e r a i n，u l t r a s o n i c t e s t i n g a n d g e o l o gi c a l r a d a r d e t e c t i o n。 a nd t he r e s ul t s s ho w t ha t t he r e p a i r i S e f f i c i e nt Ke y wo r ds ：m i c r o b i ol o g i c a l pr e c i p i t a t i o n o f Ca CO3；p l ug gi n g；c r a c k 利用 微生 物沉 积碳 酸 钙修 复混 凝 土技术 是 一种 学科 交叉 的国 际先 进 技 术 ， 其 机 理 是 利 用 微 生 物诱 导生 成 矿物沉 积 以填 补 和 修 复 混凝 土缺 陷 ： 某些 嗜 碱性的土壤微生物利用 自身产生的尿素酶将尿素水 解 为 氨 和二氧 化 碳 ， 而 氨 的 增 加 会 使 周 围 p H 值 升 高 ， 从 而 引起碳 酸 钙 的沉积 在诱 导碳 酸 钙沉 积 的过 程 中 ， 微生 物 的作 用不 仅仅 是生 成 尿素酶 ， 而 且 还 为 碳 酸钙 的沉 积提供 成 核地 点l l 1 9 7 3年 ， B o q u e t 等 _l 3 发现 土壤 中有 些 细 菌能 够 诱导 碳 酸钙 晶体 沉 积 ， 此 后 碳 酸 盐生 物 矿 化 沉 积 机 理及 应用 研究 一 直备受 关 注 C a c c h i o等_ 4 研究 了不 同微 生物 物种 对沉 积物 成分 的影 响 和不 同温度 下 细 菌 的矿化 能力 ， 从 土壤 中分 离 出 3 1 种 能够诱 导 碳 酸 钙沉 积 的细菌 ， 采 用 C a C 1 为钙 源 ， 细菌 矿 化后 的产 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 1 2 3 0 ；修订 日期 ： 2 O 1 2 0 7 1 0 基金项 目： 山东 省科技攻关计划项 目( 2 0 1 2 GGB 0 1 l 1 6 ) 第一作 者： 贾强 ( 1 9 7 o) ， 男， 山东 济南人 ， 山东建筑大学副教授 ， 博士 E ma i l ： j i a q i a n g s d j z u e d u c IR 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 7 2 建筑材料学报 第 1 6 卷 好 、 灌浆 量小 ， 但需 要对灌 注孔二 次封堵 ( 3 ) 裂缝 表面涂 刷 的方 法操作 简便 、 菌液 和 营养 盐 用量少 、 堵 漏效果 较好 ( 4 ) 在裂缝外侧土壤中钻孔进行微生物灌浆后， 裂缝的渗水情况有所改善 ， 但不显著 由于雨季土中 的沉积物容易填充到裂缝 中， 使得渗水逐渐减少 ， 导 致灌浆液沉积在土体底部 ， 裂缝的上部封堵效果并 不 理想 ( 5 ) 利用微生物沉积碳酸钙生成物与原混凝土 成分一致 ， 修复后不宜开裂 ； 灌浆材料为液态 ， 很容 易 渗入缝 内并 在 缝 内 形成 沉 积 ， 是 封堵 混 凝 土裂 缝 的理想 材料 ， 具 有 广 阔 的应 用前 景 此 次 现场 试 验 ， 为该技术的推广应用 积累了经验， 为深入研究奠定 了基础 参考 文献 ： 1 DAY J L， RAMAKR I S HNAN V， B ANG S S Mi c r o b io l o g i c a l l y i n d u c e d s e a l a n t f o r c o n c r e t e c r a c k r e me d i a t i o n C P r o c e e d i n g s o f t h e 1 6 t h En g i n e e r i n g M e c h a n i c s Co n f e r e n c e Se a t t l e ： I s n ， 2 0 0 3 ： 1 - 8 r 2 RUI Z C， MONT E OL I VA M， HUE RT AS F， e t a 1 t a l c i u m c a r b o n a t e p r e c i p i t a t i o n b y s e v e r a l s p e c i e s o f my x o c 0 c c u s 刀 Ch e mo s p h e r e ， 1 9 8 8， 1 7 ( 4 )： 8 3 5 8 3 8 3 B OQUE T E， B OR ONAT A， RAMOC ORME NZ A NA A Pr o d u c t i o n o f c a l c i t e ( c a l c i u m c a r b o n a t e ) c r y s t a l s b y s o i l b a c t e r i a is a c o mmo n p h e n o m e n o n J Na t u r e ， 1 9 7 3 ， 2 4 6 ： 5 2 7 5 2 9 4 C AC CHI O P， E RC OL E C， CAP P UC C I O G， e t a 1 C a l c i u m c a r b o n a t e p r e c i p i t a t i o n b y ba c t e r i a l s t r a i ns i s o l a t e d f r o m a 1 i me s t o n e c a v e a n d f r o m a l o a my s o i l J Ge o mi c r o b i a l ， 2 0 0 3 ， 2 0 ( 2 )： 8 5 8 9 5 OKWADHA G D， L I J i n O p t i mu m c o n d i t i o n s f o r mi c r o b i a l c a r b o n a t e p r e c i p i t a t i o n 口 Ch e mo s p h e r e ， 2 0 1 0 ， 8 1 ( 9 ) ： 1 1 4 3 1 1 4 8 6 RAMAK RI S HNAN V， P ANC HALAN R K， B ANG S S I m p r o v e me n t o f c o n c r e t e d u r a b i l i t y b y b a c t e r i a l mi n e r a l pr e c i p i t a t i o n C P r o c e e d i n g s o f t h e 1 1 I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e 7 8 9 1 0 3 1 1 1 2 1 3 o n F r a c t u r e Tu r i n ：s n ， 2 0 0 7 ： 3 - 8 TI TTELB oOM K V， B EI I E N D， M UYN C K W D， e t a 1 us o f b a c t e r i a r e p a i r c r a c k s i n c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 1 0， 4 0( 1 )： 1 5 7 - 1 66 程 晓辉 ， 沈吉云 一种微生物成因水泥或混凝土及其生产方法 和应用 ： 中国 ， 2 0 0 8 1 0 1 0 5 9 4 7 3 P 2 0 0 8 0 9 2 4 CHEN Xi a 0 一 h u i ， SHEN J i y u n A p r o d uc t i o n a n d a pp l i c a t io n o f c e me n t o r c o n c r e t e b y m ic r 0 h i o l 。 g i c a l p r e c i p i t a t i o n o f Ca C O3 ： C h i n a ， 2 0 0 8 1 0 1 0 5 9 4 7 3 P 2 0 0 8 0 9 2 4 ( i n C h i n e s e ) 王瑞兴 ， 钱春香 微生物沉积碳 酸钙修复水泥基材料表面缺陷 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 4 ) ： 4 5 7 4 6 4 W ANG Ru i x i n g，QI AN Ch u n x i a n g Re s t o r a t i o n o f d e f e c t s o n t h e s u r f a c e o f c e me n t b a s e d ma t e r i a l s b y mi c r o h i 。 1 o gic a l l y p r e c i p it a t e d J J o u r n a l o f t h e C h i n e s e C e r a mi c S o c ie t y ， 2 0 0 8， 3 6 ( 4 )： 4 5 7 - 4 6 4 ( i n Ch i n e s e ) 钱春香 ， 王剑云， 王瑞兴 ， 等 微生物沉积方解石的产率 J 硅 酸盐学报 ， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 5 ) ： 6 1 8 6 2 1 QI AN Ch u n x i a n g， W ANG J i a n y u n， W ANG Ru i x i n g， e t a 1 C a l c it e y i e l d f o r b a c t e r i a i n d u c e d p r e c i p i t a t n J J o u r n a l o f t he Ch i n e s e Ce r a mi c So c i e t y， 2 0 0 6， 3 4( 5 )： 6 1 8 - 6 2 1 ( i n Chi n e s e ) 王瑞兴 ， 钱春香 ， 王剑云， 等 水泥石表面微生物沉积碳酸钙覆 膜的不 同工艺 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 1 O ) ： 1 3 7 8 1 3 8 4 W ANG Ru i x i ng， QI AN Chu n - x i a n g， W ANG J i a n y u n， e t a 1 Di f f e r e nt t r e a t e d me t h o d s o f mi c r o b i 0 l o g i c a l 1 y d e po s i t e d Ca C O 3 l a y e r o n h a r d e n e d c e me n t p a s t e s u r f a c e J J o u r n a l o f t h e Ch i n e s e Ce r a mi c S o c i e t y， 2 0 0 8， 3 6( 1 0)： 1 3 7 8 1 3 8 4 ( i n Ch i n e s e ) 李沛豪 ， 屈文俊 细菌诱 导碳酸钙矿化材料及其应用前 景 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 4 ) ： 4 8 2 4 8 6 L I P e i h a o ， QU We n - j u n Ap p l i c a t i o n s o f c a l c i u m c a r b o n a t e mi n e r a l i z a t i o n ma t e r i a l i n d u c e d b y b a c t e r i u m J J o u r n a l o f Bu i l d i n g M a t e r i a l s， 2 0 0 9， 1 2( 4 )： 4 8 2 4 , 8 6 ( i n Ch i n e s e ) 侯宏涛 ， 张鑫 ， 贾 强 微 生物修 复技 术在 土 木工程 中 的研究 J 施工技术， 2 0 1 1 ， 4 0 ( s 1 ) ： 1 4 1 7 HOU Hu n g t a o， ZHANG Xi n， J I A Qi a n g Re s e a r c h pr o g r e s s o f b i o r e me d y i n g i n c i v i l e n g i n e e r i n g J C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y， 2 01 1 ， 4 0( S1 )： 1 4 1 7 ( i n Ch i ne s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m