淺析微生物水泥凈漿的自修復性能

李 梅

（新疆建設職業技術學院 830000）

在建筑工程的施工過程中，水泥混凝土是世界范圍內應用最廣泛的建筑材料之一，但是在外界因素的影響下，導致水泥混凝土的抗裂性和耐久性較為薄弱。普通的修補方法具有一定的時間和空間的不足之處，所以，如何能夠保證水泥混凝土內部結構的完整性，就需要相關施工管理人員進行充分的研究。微生物誘導碳酸鹽沉積是微生物在新陳代謝之后，借助礦化作用，形成的一種碳酸鹽沉積，能夠有效的修復石灰石、石膏等建筑材料的內部結構問題，提高自身的工作性能。

1 水泥凈漿的概念

水泥凈漿指的是水泥在遇到水之后，由上而下的進行攪拌，從而形成的具有一定可塑性的混合物質，水泥在經過水化硬化之后，產生一種人造石，最終成為水泥石，有的時候也被施工人員稱之為硬化水泥凈漿或者水泥漿體。換一句話說，水泥凈漿也就是純水泥漿，不添加任何砂石的水泥漿。

2 微生物對水泥凈漿的自修復性能的實驗

2.1 負載微生物

為了防止微生物受到水泥基材料高堿環境的影響，在開始進行試驗的過程中，在微生物之中使用硅藻土負載菌液，負載的比例被限制在1:5，也就是1g 硅藻土：5ml 的原漿菌液，將二者混合之后，混合成為新的物質，并在將新的混合物質放在30 攝氏度的搖床上，在憑借100rpm 的速率均勻的晃動大概1.5 小時左右，就能獲得硅藻土負載菌液，也就成為了負載微生物[1]。

2.2 微生物和培養基

使用高尿素酶活性、無致病性的球形芽孢桿菌，液體的培養基成分有以下這些內容：12.0gl 的蛋白質、3.6gl 的牛肉膏、6.0gl 的氯化鈉。將球形芽孢桿菌放在120 攝氏度的高壓滅菌的液體培養基中，確保液體培養基的PH值能夠達到7.3；在30 攝氏度的搖床上面，用200rpm 的速率均勻晃動，持續的時間大概在36 小時，就能確保原種菌液的PH 值在8.5 左右，最終菌液的濃度維持在10gl。

2.3 水泥凈漿的制作和處理

通過使用42.5 級的普通硅酸鹽水泥和42.5 級的硫鋁酸鹽水泥，將水、普通硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、硅藻土、原種菌液、酵母提取物質、尿素、硝酸鈣等進行混合配合，從而制作成為4 組水泥凈漿試件，之后再用0.4mm的厚刀片在40mm×40mm×40mm 的部件上將裂縫進行修復。試件的標準養護在經過1-2 天之后，就可以進行拆模準備，之后將試件浸泡在營養液之中，其中營養液的成分有尿素、硝酸鈉、硫酸鎂等成分，浸泡結束之后，從中取出試件，觀察其中裂縫修復的情況，如果修復的十分契合，就可以在其表面將微生物的成分輕輕的刮下來，進行分析研究[2]。在研究過程中，相關工作人員可以采用X 射線衍射方法進行分析，從中判斷水泥凈漿試件吸水效果以及抗壓程度，之后在借助壓汞儀，測算水泥凈漿試件的孔隙結構。

2.4 吸水性能的測試

在營養液浸泡過的水泥凈漿試件拿出來之后，將表面的營養液擦拭干凈，放在稱重器上面進行測量重量，得到的結果記作A，之后再將水泥凈漿試件放到50 攝氏度的微波爐中加熱，等到烤干之后再進行一次重量稱重，將得到的重量結果記作a，按照吸水性的計算公式來計算最終的水泥凈漿試件吸收率K。

吸水性的計算公式如下：

3 微生物對水泥凈漿的自修復性能的實驗結果

3.1 孔隙結構分析

水泥凈漿試件中有微生物的成分，那么水泥凈漿的標準壓泵的體積最大值就會開始降到最小數值，也就說明水泥凈漿試件中的孔隙結構開始有所下降。通過比較水泥凈漿的dV/dlog 可以得出這樣的結論：如果在水泥凈漿試件之中存在微生物成分的dV/dlog，最大峰值低于不包括微生物成分的水泥凈漿試件；如果在水泥凈漿試件不存在微生物成分，水泥凈漿試件中的dV/dlog曲線在經過最大數值之后，就會開始走向下滑的狀態，但是富有微生物物質的水泥凈漿試件，水泥凈漿試件的dV/dlog 曲線在經過最大數值之后，并沒有立即下降，而是開始慢慢回升[3-5]。通過這樣的數據，我們可以得出這樣的實驗結果：水泥凈漿試件中含有微生物的成分，水泥凈漿試件的孔隙結構的增長效果就會下滑，微細孔隙的比重就會不斷增加，所以說，微生物成分能夠修復水泥凈漿中的孔隙結構中的缺陷，從而進一步增強水泥凈漿材料中的細孔結構。

3.2 吸水性能

水泥凈漿試件中普通硅酸鹽水泥含有微生物成分和不含微生物成分相比，普通硅酸鹽水泥不含有微生物成分的吸水效果更好一些；水泥凈漿試件中硫鋁酸鹽水泥含有微生物成分和不含微生物成分相比，硫鋁酸鹽水泥沒有含有微生物成分的吸水率更勝一籌。水泥凈漿試件在經過28 天的營養液浸泡之后，微生物的滲透更具有代謝礦化作用，使得兩種水泥凈漿的嚴密程度不斷增加，因此，吸水性能就會不斷降低。

3.3 抗壓程度

在上文提到的四組水泥凈漿試件的抗壓程度的對比效果來看，和不含微生物成分的水泥凈漿試件相比較，水泥凈漿含有微生物成分的抗壓能力更好一些，而這其中，含有硫鋁酸鹽水泥微生物成分的抗壓程度明顯高于富含普通硅酸鹽水泥微生物成分的水泥凈漿試件。得出結論：在水泥凈漿試件之中加入微生物成分，通過自身的礦化作用，能夠進一步修復水泥凈漿材料內部的缺陷，從整體的角度來看，進一步增強水泥凈漿材料的抗壓強度。

3.4 自修復性能

含普通硅酸鹽水泥微生物成分的水泥凈漿試件在經過28 天的營養液浸泡之后，自身的修復功能和愈合功能能夠顯著提升，從而在其內部形成一道連續、飽滿的灰白色礦物填充物質。并在其中刮取一些礦物物質的沉淀物，對其進行X 射線衍射分析和研究，能夠得出這樣的結論：微生物的礦化生成了方解石型碳酸鈣和菱鎂礦的X 射線衍射，并將其填充到水泥凈漿試件的裂縫之處，能夠有效的保證水泥凈漿中裂縫的修復能力和愈合能力。

4 微生物對水泥凈漿的自修復性能的實驗分析

4.1 壓汞測孔法

根據對上文中水泥凈漿的孔隙結構進行分析，和營養液中沒有微生物成分的水泥凈漿試件進行對比，加入0.5gl 的微生物成分能夠降低水泥凈漿試件的總壓泵體積，也就是說汞壓入水泥凈漿試件中的孔隙結構的效率不斷下降。通過對比dV/dlog 曲線，我們可以了解到：如果dV/dlog 曲線峰值大于1000nm，或者在50nm—100nm 之間，或者小于等于10nm，將微生物成分摻雜在營養液之中，加入適量的鎂鹽，能夠整體加強微生物水泥凈漿的礦化作用，對于修復水泥凈漿中的空隙有一定的促進作用，減小空隙，提高微細孔隙的比率，進一步改善水泥凈漿材料的孔隙結構。

4.2 X 射線衍射方法

根據微生物礦化物質的產物進行分析研究，由此可以得出結論，如果水泥凈漿的浸泡營養液之中缺少微生物成分中的鎂鹽，當方解石衍射的峰值比較高的時候，那么球霰石的衍射峰值比較低；如果營養液中富有0.5g/l 的微生物鎂鹽的時候，那么就會具有非常明顯的方解石衍射峰和菱鎂礦衍射峰。如果營養液之中沒有鎂鹽物質，那么微生物礦化產物就是以方解石為主，并且還會富有少量球霰石，但是如果摻雜了鎂鹽物質，礦化沉淀物中除了方解石型碳酸鈣之外，還會產生額外的菱鎂礦型碳酸鎂，會促進水泥凈漿中的微生物的礦化作用增強。

4.3 掃描電鏡和能譜分析方法

如果在營養液之中沒有存在鎂鹽成分，那么水泥凈漿中就會存在大量的顆粒狀、團簇狀礦物覆蓋在水泥石的基層表面上，故通過掃描電鏡和能譜分析方法就能確定碳酸鈣的存在。一旦在營養液之中摻雜了0.5g/l 的微生物鎂鹽，那么在水泥凈漿試件之中就會出現大量的針棒狀礦物質，并且通過借助掃描電鏡和能譜分析的方法，就會確定碳酸鈣和碳酸鎂的存在，之后再借助X 射線衍射方法，就可以看出其中的無機鹽主要為鈣鹽，微生物的礦物產物通過方解石型碳酸鈣為主，將其中富含少量球霰石的碳酸鈣依附于孔隙結構之中，以及水泥凈漿試件中的裂縫內壁，并且還需要確定水泥石基面的定向排列，保證水泥凈漿的微結構更加嚴密。通過將鎂鹽加入水泥凈漿中，礦化沉淀物質中除了方解石型碳酸鈣，還額外形成菱鎂礦型碳酸鎂，從而促進微生物的礦化作用。

5 水泥凈漿的養護

要想保證在水泥混凝土使用過程中不會產生裂縫，并且能夠保證自修復能力不斷增強，就需要做好日常水泥混凝土的養護。一般在夏季的時候，混凝土的養護也僅僅只需要15 天時間；但是在冬天的時間，因為外面的氣溫比較低，那么做好混凝土的養護工作就需要60 天左右。所以，不管是在房屋建造還是城市建設中，混凝土的養護工作對其耐久性和抗裂性能的影響還是非常大的。有時，為了保證特殊環境下的混凝土養護條件，還需要采用加溫水或者高強度的壓力來進行養護。

但是，在水泥混凝土的養護過程中，采用的主要方法是自然養護法。自然養護方法主要指的是在自然的條件之下，如果溫度高于5 攝氏度或者低于5 攝氏度，對混凝土進行覆蓋，通過借助澆水灌溉、擋風、保溫、保濕的養護辦法，自然養護方法又被分為覆蓋澆水養護方法以及薄膜養護的方法。

在對水泥混凝土進行養護的時候，澆水養護的時間是這樣的：如果是普通水泥澆筑而成的混凝土，那么在經過12 小時之后，并且連續保濕一個星期；但是如果使用的微生物水泥混凝土，就需要經過20 小時之后，連續兩個星期的養護時間；對于其中摻雜抗滲性的混凝土或者加了塑化劑的混凝土，養護的時間至少需要兩個星期。并且根據不同的水泥基材料，使用的養護方法也不同。

但是有一點值得注意的是，對水泥混凝土進行澆水養護應該是在澆筑完成之后的3 小時—12 小時，借助草簾、鋸末、濕砂等相關的材料，將混凝土進行覆蓋，定期對混凝土進行澆水，以此來實現濕潤的保濕效果，與此同時，澆水的時間不能少于7 天，并且每天澆水的次數一定要保證混凝土的濕潤程度，一般氣溫維持在15 攝氏度。另外，在混凝土澆水的最初三天時間里，每隔3 小時進行澆水一次，并且在晚上的時候也需要澆水2 次，經過3 天的混凝土養護，那么在天氣也比較干燥的時候，澆水的次數也需要適當的增加，才能真正的實現保濕養護工作。

6 結束語

綜上所述，微生物的碳酸鹽沉積對于水泥凈漿的使用有很大的幫助作用，能夠有效的保證水泥混凝土的內部材料的結構穩定性，促使水泥混凝土的抗壓能力增強，吸水能力不斷降低，進一步對水泥混凝土的裂縫位置進行有效的修復和愈合，在日后在實際工程的使用過程中不會留下任何的質量問題。