微生物裂縫修復技術用于注漿堵水初探

(重慶交通大學　重慶　400000)

前言

隨著基礎設施使用年限的增加，橋梁、和公路這些基礎設施會出現各種各樣的問題。而其根本原因在于修建這些設施所用的最廣泛建筑材料混凝土的先天缺陷，限制了這些基礎設施的使用年限。特別是在、地下車庫等等這類地下設施中，混凝土的裂縫往往還伴隨著滲水。如若置之不理，長期的滲水，不僅會對混凝土里的鋼筋產生銹蝕，還會侵蝕混凝土材料的強度，使地下結構物處于一種十分危險的受力情況當中，威脅到使用者的人身財產安全。

一、注漿加固

對于二襯及地下結構滲漏水的情況，能采取的措施通常有以下三個方向：(1)拆除滲漏水段的構筑物，對其進行重新澆筑，但是這種方法通常面臨的情況是重新澆筑構筑物耗資巨大，且從新構筑物澆筑后無法保證是否還會繼續漏水；(2)在滲漏水的裂縫口，涂刷防水材料，封堵住裂縫，阻止水的滲漏，不過涂刷防水材料，只能對裂縫的表面進行封堵，無法對已經產生的裂縫進行修復加固處理；(3)采取注漿加固的方法，將注漿材料通過注漿機，以一定壓力注入裂縫，注漿材料凝固后便能形成堵水加固的效果。注漿加固以其經濟性和堵水加固的良好效果，得到了廣泛的應用。

二、注漿材料的發展

注漿材料的發展經歷幾代變化，從一開始的以粘土為主的注漿材料，到水泥發明后以水泥為主的注漿材料，再到工程師們發現普通建筑水泥無法注入微小裂縫，進而發明了以化學漿液為主的注漿材料。化學漿液因其優異的可注性、可控制凝固時間，高分子化學注漿材料得到了的不斷發展，然而到日本福岡采用丙烯酰胺類注漿材料進行加固堵漏時引起中毒事件后，各國開始嚴禁生產有毒的化學注漿材料，自此化學注漿材料的發展受到嚴重影響。然后從70年代以超細水泥為主的注漿材料的發展，到現在的以各類有機材料為主的注漿材料，如環氧樹脂、聚氨酯等，注漿材料總是時代的變化而變化。從注漿材料的發展史可以發現，注漿材料從一開始的只能注漿到現在不僅能實現堵水還能加固結構，要求環保對人體無害等等，對注漿材料的功能性要求加強了。

三、微生物誘導碳酸鈣沉淀機理

微生物沉積碳酸鈣修復混凝土的技術是最經幾年研究大熱的課題，本文正是對比探討該技術的特點，以期探究利用該技術即將微生物及其營養液作為注漿材料，用以修復二襯裂縫。

從生物化學角度上來說，微生物誘導生成碳酸鈣的機理是其在新陳代謝過程中產生了脲酶，脲酶高效的催化尿素水解，使得環境液中的ph值升高，提供了沉淀所需的碳酸根離子，同時營養液中提供相應的鈣離子，脲酶的存在使得碳酸鈣沉淀的速度得以加快，達到工程上可以利用的程度。

在脲酶的催化作用下環境液內的尿素迅速分解為氨和氨基甲酸，氨基甲酸分解為氨和碳酸，氨與碳酸作用產生銨根、碳酸根、氫氧根離子，由于微生物細胞壁帶有負電荷會使得大量的鈣離子聚集在細胞壁，碳酸根離子便與鈣離子在微生物細胞壁上發生反應生成碳酸鈣。整個過程的反應如可用下式表示：

四、分析比較

注漿材料要求漿液的粘度低、流動性好，能進入細小空隙。從注漿漿液的可注性這點上來說，以微生物菌液及其營養液為注漿材料具有非常好的可注性。注漿用的菌種通常為巴氏芽孢桿菌，其直徑約為0.5-1.5微米，整體粒徑較細且均勻，可以注入微小的裂縫。營養液為氯化鈣和尿素的混合溶液，只要是發生滲漏水的地方，營養液都能進入。也就是說，當裂縫不止一條時，即使沒有發現裂縫，以微生物及其營養液為注漿材料也可以通過其優良的可注性到達病害部位，對滲漏水的地方封堵加固。

碳酸鈣作為生物注漿的主要產物，沉積的碳酸鈣形成的方解石與混凝土材料的結合性較好，碳酸鈣與混凝土主要成分類似，其物理性質相近，對于各種荷載發生的應力應變相近，修復后與混凝土的變形一致，裂縫不容易再次開裂。

相比于有機注漿材料，如環氧樹脂，聚氨酯等，以微生物及其營養液作為注漿材料有明顯耐久性優勢。有機材料在一開始注漿堵水效果很好，像環氧樹脂類的還能提供相當的強度，但是一旦時間久了以后，有機材料容易被生物分解，不僅損失不能有效地封堵加固，還給再次的注漿加固工作造成了阻礙。反觀微生物誘導沉淀的碳酸鈣，經過多次注漿加固后，能夠形成較高的強度，在耐久性上，沉積的碳酸鈣，非常致密，不僅有其獨特的無機物耐久性，而且微生物處理后的混凝土表面形成的碳酸鈣膜，可以降低混凝土的率，降低混凝土的碳化速度。

從原料來源方面來說，現在微生物菌體，一般只能通過實驗室制得，尚沒有工業化的生產，所以比較昂貴。但是已經有幾個團隊利用微生物修復混凝土裂縫技術，修復地下工程設施。發現利用微生物修復混凝土修復的效果非常好，不僅對混凝土結構有效地封堵加固，而且十分環保。但是目前沒有人將微生物修復裂縫技術應用于二襯裂縫中。

五、結論

綜上所述，以微生物菌液及其營養液為注漿材料，是符合注漿材料的特性的。該漿液在可注性上具有低粘度、流動性好，能夠進入微小裂縫；施工方面，該注漿材料的氣味在于尿素本身及脲酶分解尿素后產生的氨氣等氣味；環境保護上來說，微生物菌體是廣泛存在于自然界中的，對人體、對地層、對混凝土結構都是無害無腐蝕作用的；從加固效果上來說，微生物誘導沉積的碳酸鈣最終形成的方解石，與混凝土材料本身性質相近，具有較高的抗壓抗折強度，能有效地封堵加固裂縫，在自身具有良好耐久性的同時，提高注漿加固處混凝土的耐久性。