研究:在回收的粗集料混凝土中加入脱硝细菌可使其强度提高30%

2022年07月01日 08:06 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

混凝土是最经常使用的建筑材料之一,因为它的成本低廉、抗压强度大且易于制造。然而由于城市化进程的加快,用于跟混凝土混合的天然骨料--包括沙子和砾石--供应有限。

虽然可以用回收材料代替天然材料来制造再生粗集料混凝土(RCAC),但这样做可能会引起一些问题。在寒冷的气候条件下尤其如此,每天的冻融循环会破坏混凝土、损害其结构的完整性,而这些往往会导致安全问题。

在最近发表在《The Journal of Cleaner Production》上的一项研究中,西安交通大学利物浦分校土木工程系的科学家们将脱硝细菌应用于再生粗集料(RCA)并提高了混凝土的强度和耐久性。经过处理的RCAC是在寒冷气候下广泛使用的理想选择,因为它可以承受225次冻融循环,比没有处理的多75次。

传统方法

研究论文的通讯作者Chee Seong Chin教授说道,改善混凝土抗冻融性的传统方法从长远来看是不可持续的。

“这些方法如降低水灰比和增加化学外加剂增加了化学物质的使用量,它们对可持续性留下了不利影响。相比之下,我们提供了一个环境友好的解决方案。我们的方法使用反硝化细菌,其不包含或产生有毒或污染性物质,”他说道。

减少吸水率

Chin教授表示,减少吸水率对于提高RCAC的抗冻融性至关重要。

在冻融循环中,水会渗透到混凝土中,这会使结构产生裂缝并降低其耐久性。当水冻结时,它则会膨胀。水越多,膨胀越大,而膨胀越大,损害越大。

“如果不经过细菌处理,在混凝土中使用RCA,那么会因为其结构松散、孔隙率高会而增加吸水率,而反硝化细菌则可以堵住水进入的孔洞并有效地将混凝土内部吸收的自由水减少33%。它可以防止从外部吸水,从而减少从内部膨胀的情况,”Chin教授说道。

一个更稳定的结构

此外,Chin教授还指出,细菌还可以通过创造一个更稳定的结构来提高混凝土抵御水冻膨胀的能力。“RCAC的空隙和孔隙被细菌创造的碳酸钙晶体所填充,这使得结构变得更加密集并减少了冷冻水的膨胀效应。根据我们的实验,反硝化细菌可以将抗压强度和拉伸分裂强度分别提高30.3%和20.3%。此外,细菌在生物矿化过程中会消耗多余的氢氧化钙,从而使混凝土更耐冻。骨料和水泥基体之间的氢氧化钙通常被认为是强度和耐久性方面的负面因素。”

Chin教授表示,尽管这种新方法大大增加了RCAC的抗冻性,但它还需要通过使用纳米材料或其他水泥材料的生物矿化方法来提高抗冻性以展开进一步的研究。另外,他还补充道:“未来的研究需要调查经济成本,并用生命周期评估来量化环境影响。”

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