基于微生物礦化沉積技術的再生骨料強化改性研究

王瑜玲

【摘 要】再生細骨料的性能缺陷制約了建筑垃圾的再生利用。本文通過對比試驗，研究了不同膠砂比條件下，天然細骨料、再生細骨料及微生物改性再生細骨料所拌制砂漿的工作性能和力學性能。試驗發現，當膠砂比為1：3時，微生物改性再生細骨料所表現出的工作性能和力學性能綜合最佳。

【關鍵詞】微生物;再生骨料;強化改性

中圖分類號： TU528 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）13-0162-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.077

Study on Reinforcement and Modification of Recycled Aggregate Based on Microorganism

Mineralization and Deposition Technology

WANG Yu-ling

（ZheJiang Guangsha College of Applied Construction Technology，Dongyang Zhejiang 322100，China）

【Abstract】The performance defects of recycled fine aggregate restrict the recycling of building waste.In this paper， the working and mechanical properties of natural fine aggregate，recycled fine aggregate and microorganism modified fine aggregate are studied under different plastic sand ratios.It was found that when the ratio of colloidal sand was 1：3，the microorganism modified fine aggregate showed the best working and mechanical properties.

【Key words】Recycled aggregate;Microbial;Reinforcement and modification

0 引言

當前中國建筑業存在以下幾個比較突出的問題：（1）處于建設快速發展期的各級城市，砂石市場供不應求，砂石料價格持續上漲;（2）我國每年所產生的建筑垃圾約有15億噸，其中很大比例為廢棄的混凝土，而混凝土因其耐久性高，長時間內無法自行降解;（3）建筑垃圾再生處理所得的再生骨料，其性能與天然骨料相比，存在很大的差異，從而限制了再生骨料在工程結構中的再利用[1-2]。

通過一系列技術手段對再生骨料進行強化改性處理，改善其使用性能，使其滿足工程應用指標[3]，將其循環應用到工程之中，一則可以解決建筑垃圾被隨意填埋、堆棄的問題;二則可以緩解工程建設中砂石料供不應求的現狀;三則實現了骨料的再利用。

微生物在代謝過程中會發生礦化，形成具有優異黏結性和固結性的碳酸鈣[4]。利用微生物礦化沉積技術（MICP）對再生骨料進行強化改性，代謝過程中所形成的碳酸鈣可以有選擇性地填塞或黏可滲透的有孔介質，實現改善再生骨料的孔隙結構、修復骨料表面微裂縫[5]，從而改變再生骨料高孔隙率和高吸水率的缺陷，使其使用性能滿足工程使用需求。MICP強化改性再生骨料過程是微生物的自然新陳代謝過程，無需外界提供能源，也不會產生額外的廢棄物。

本試驗使用假堅強芽孢桿菌對再生細骨料進行強化改性處理[6]，通過天然細骨料、再生細骨料、微生物處理再生細骨料三者的砂漿對比試驗分析所選菌種對再生細骨料強化改性所起到的作用。

1 試驗

1.1 試驗原材料

水泥：海螺牌P﹒O42.5硅酸鹽水泥。

天然細骨料：中粗河砂，細度模數為2.4。

再生細骨料：取自金華市中天城建綠色再生資源有限公司出產的再生細骨料。

微生物改性處理后的再生細骨料：本試驗選用好氧菌——假堅強芽孢桿菌，即DSM8715對再生細骨料進行強化改性處理[5]。首先培養菌液，然后在再生細骨料表面噴灑菌液三次，最后將再生細骨料浸沒在菌液中24h。改性后的再生細骨料取出自然干燥備用。三種骨料的性能指標見表1。

1.2 試驗配合比

為了試驗的可比性，本次試驗固定水膠比為0.5，通過對比不同膠砂比條件下，三種細骨料制備而成的砂漿的工作、力學性能，來測試再生細骨料經微生物礦化改性處理的作用變化。砂漿配合比見表2所示。

2 結果與討論

2.1 砂漿的工作性

試驗結果顯示，相同膠砂比條件下，再生細骨料無論是否經過改性處理，其砂漿流動度均低于天然細骨料，但經微生物礦化處理后的再生細骨料其砂漿流動度均優于未經處理的再生細骨料。數據分析表明，微生物礦化沉積技術可以改善再生細骨料拌制砂漿的工作性能，提高幅度為7.1%～18.6%。說明經過微生物礦化沉積處理后的再生細骨料表面粗糙度得到降低，與水泥形成漿體時摩阻力減小，從而使其流動度增加。另外微生物礦化沉積處理后修復了再生細骨料表面的微裂紋，降低了需水量，使得水泥漿體有更多的自由水，也為流動度的增加提供了保障。當水膠比固定時，膠砂比為1：2.5時流動度最佳，其次為1：3，最后為1：4。

2.2 砂漿的力學性能

試驗采用尺寸為40×40×160mm的試塊，標養至規定齡期。分別測定砂漿試塊在3d、7d及28d齡期時的強度，以天然細骨料砂漿試塊的強度為基準，計算各齡期條件下RA及BRA試塊的抗壓強度比值，見表3。

從表3可以看出三種細骨料在不同齡期下的強度關系。砂漿強度測試期間，微生物礦物沉積改性再生細骨料所拌制的砂漿的各齡期強度均高于未改性再生細骨料所拌制砂漿的強度。當膠砂比為1：3時，微生物礦化沉積改性再生細骨料拌制砂漿的強度在各齡期均趨近于天然細骨料所拌制砂漿的強度，當28d時，已達到天然細骨料砂漿的98.5%。說明改性再生細骨料在膠砂比為1：3時比例適宜，呈現出的力學性能最佳。

3 結論

在保持砂漿配合比中水膠比不變的情況下，通過改變砂漿膠砂比的對比試驗，研究微生物礦化沉積改性處理再生細骨料對所拌制砂漿的工作性能及力學性能影響作用，得出以下結論：

1）再生細骨料無論改性與否，由其拌制的砂漿工作性均較NA拌制砂漿差，但BRA拌制的砂漿其工作性優于RA拌制砂漿，提高幅度達7.1%～18.6%。

2）BRA拌制砂漿的力學性能均優于RA拌制砂漿。尤其當膠砂比為1：3時，BRA拌制砂漿的強度趨近于NA所拌制的砂漿，高達98.5%。

3）結合砂漿的工作性能和力學性能發現，當水膠比為1：3時，BRA改性再生細骨料所拌制砂漿性能最佳。

4）通過對比試驗發現，微生物礦化沉積改性再生細骨料對改善再生細骨料所拌制砂漿的工作性能和力學性能行之有效，但尚需進一步研究由其成型的混凝土性能是否與砂漿結論一致。

【參考文獻】

[1]李云霞，李秋義，趙鐵軍.再生骨料與再生混凝土的研究進展[J].青島理工大學學報，2005（5）：19-22+47.

[2]肖建莊.再生混凝土[M].中國建筑工業出版社，2008.

[3]李秋義，李云霞，朱崇績.再生混凝土骨料強化技術研究[J].混凝土，2006（1）：74-77.

[4]袁晚露，周世華.M1CP技術對水泥基材料的改性研究[J].混凝土，20l2（3）：88-90.

[5]張曉彤.微生物礦化沉積改性再生骨料及其機理研究[D].青島：青島理工大學，2016.

[6]朱亞光，吳春然，吳延凱.微生物礦化沉積改善再生骨料性能的研究進展[J].混凝土，2018（7）：88-92.