浅析微生物水泥净浆的自修复性能

李 梅

（新疆建设职业技术学院 830000）

在建筑工程的施工过程中，水泥混凝土是世界范围内应用最广泛的建筑材料之一，但是在外界因素的影响下，导致水泥混凝土的抗裂性和耐久性较为薄弱。普通的修补方法具有一定的时间和空间的不足之处，所以，如何能够保证水泥混凝土内部结构的完整性，就需要相关施工管理人员进行充分的研究。微生物诱导碳酸盐沉积是微生物在新陈代谢之后，借助矿化作用，形成的一种碳酸盐沉积，能够有效的修复石灰石、石膏等建筑材料的内部结构问题，提高自身的工作性能。

1 水泥净浆的概念

水泥净浆指的是水泥在遇到水之后，由上而下的进行搅拌，从而形成的具有一定可塑性的混合物质，水泥在经过水化硬化之后，产生一种人造石，最终成为水泥石，有的时候也被施工人员称之为硬化水泥净浆或者水泥浆体。换一句话说，水泥净浆也就是纯水泥浆，不添加任何砂石的水泥浆。

2 微生物对水泥净浆的自修复性能的实验

2.1 负载微生物

为了防止微生物受到水泥基材料高碱环境的影响，在开始进行试验的过程中，在微生物之中使用硅藻土负载菌液，负载的比例被限制在1:5，也就是1g 硅藻土：5ml 的原浆菌液，将二者混合之后，混合成为新的物质，并在将新的混合物质放在30 摄氏度的摇床上，在凭借100rpm 的速率均匀的晃动大概1.5 小时左右，就能获得硅藻土负载菌液，也就成为了负载微生物[1]。

2.2 微生物和培养基

使用高尿素酶活性、无致病性的球形芽孢杆菌，液体的培养基成分有以下这些内容：12.0gl 的蛋白质、3.6gl 的牛肉膏、6.0gl 的氯化钠。将球形芽孢杆菌放在120 摄氏度的高压灭菌的液体培养基中，确保液体培养基的PH值能够达到7.3；在30 摄氏度的摇床上面，用200rpm 的速率均匀晃动，持续的时间大概在36 小时，就能确保原种菌液的PH 值在8.5 左右，最终菌液的浓度维持在10gl。

2.3 水泥净浆的制作和处理

通过使用42.5 级的普通硅酸盐水泥和42.5 级的硫铝酸盐水泥，将水、普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅藻土、原种菌液、酵母提取物质、尿素、硝酸钙等进行混合配合，从而制作成为4 组水泥净浆试件，之后再用0.4mm的厚刀片在40mm×40mm×40mm 的部件上将裂缝进行修复。试件的标准养护在经过1-2 天之后，就可以进行拆模准备，之后将试件浸泡在营养液之中，其中营养液的成分有尿素、硝酸钠、硫酸镁等成分，浸泡结束之后，从中取出试件，观察其中裂缝修复的情况，如果修复的十分契合，就可以在其表面将微生物的成分轻轻的刮下来，进行分析研究[2]。在研究过程中，相关工作人员可以采用X 射线衍射方法进行分析，从中判断水泥净浆试件吸水效果以及抗压程度，之后在借助压汞仪，测算水泥净浆试件的孔隙结构。

2.4 吸水性能的测试

在营养液浸泡过的水泥净浆试件拿出来之后，将表面的营养液擦拭干净，放在称重器上面进行测量重量，得到的结果记作A，之后再将水泥净浆试件放到50 摄氏度的微波炉中加热，等到烤干之后再进行一次重量称重，将得到的重量结果记作a，按照吸水性的计算公式来计算最终的水泥净浆试件吸收率K。

吸水性的计算公式如下：

3 微生物对水泥净浆的自修复性能的实验结果

3.1 孔隙结构分析

水泥净浆试件中有微生物的成分，那么水泥净浆的标准压泵的体积最大值就会开始降到最小数值，也就说明水泥净浆试件中的孔隙结构开始有所下降。通过比较水泥净浆的dV/dlog 可以得出这样的结论：如果在水泥净浆试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净浆试件；如果在水泥净浆试件不存在微生物成分，水泥净浆试件中的dV/dlog曲线在经过最大数值之后，就会开始走向下滑的状态，但是富有微生物物质的水泥净浆试件，水泥净浆试件的dV/dlog 曲线在经过最大数值之后，并没有立即下降，而是开始慢慢回升[3-5]。通过这样的数据，我们可以得出这样的实验结果：水泥净浆试件中含有微生物的成分，水泥净浆试件的孔隙结构的增长效果就会下滑，微细孔隙的比重就会不断增加，所以说，微生物成分能够修复水泥净浆中的孔隙结构中的缺陷，从而进一步增强水泥净浆材料中的细孔结构。

3.2 吸水性能

水泥净浆试件中普通硅酸盐水泥含有微生物成分和不含微生物成分相比，普通硅酸盐水泥不含有微生物成分的吸水效果更好一些；水泥净浆试件中硫铝酸盐水泥含有微生物成分和不含微生物成分相比，硫铝酸盐水泥没有含有微生物成分的吸水率更胜一筹。水泥净浆试件在经过28 天的营养液浸泡之后，微生物的渗透更具有代谢矿化作用，使得两种水泥净浆的严密程度不断增加，因此，吸水性能就会不断降低。

3.3 抗压程度

在上文提到的四组水泥净浆试件的抗压程度的对比效果来看，和不含微生物成分的水泥净浆试件相比较，水泥净浆含有微生物成分的抗压能力更好一些，而这其中，含有硫铝酸盐水泥微生物成分的抗压程度明显高于富含普通硅酸盐水泥微生物成分的水泥净浆试件。得出结论：在水泥净浆试件之中加入微生物成分，通过自身的矿化作用，能够进一步修复水泥净浆材料内部的缺陷，从整体的角度来看，进一步增强水泥净浆材料的抗压强度。

3.4 自修复性能

含普通硅酸盐水泥微生物成分的水泥净浆试件在经过28 天的营养液浸泡之后，自身的修复功能和愈合功能能够显著提升，从而在其内部形成一道连续、饱满的灰白色矿物填充物质。并在其中刮取一些矿物物质的沉淀物，对其进行X 射线衍射分析和研究，能够得出这样的结论：微生物的矿化生成了方解石型碳酸钙和菱镁矿的X 射线衍射，并将其填充到水泥净浆试件的裂缝之处，能够有效的保证水泥净浆中裂缝的修复能力和愈合能力。

4 微生物对水泥净浆的自修复性能的实验分析

4.1 压汞测孔法

根据对上文中水泥净浆的孔隙结构进行分析，和营养液中没有微生物成分的水泥净浆试件进行对比，加入0.5gl 的微生物成分能够降低水泥净浆试件的总压泵体积，也就是说汞压入水泥净浆试件中的孔隙结构的效率不断下降。通过对比dV/dlog 曲线，我们可以了解到：如果dV/dlog 曲线峰值大于1000nm，或者在50nm—100nm 之间，或者小于等于10nm，将微生物成分掺杂在营养液之中，加入适量的镁盐，能够整体加强微生物水泥净浆的矿化作用，对于修复水泥净浆中的空隙有一定的促进作用，减小空隙，提高微细孔隙的比率，进一步改善水泥净浆材料的孔隙结构。

4.2 X 射线衍射方法

根据微生物矿化物质的产物进行分析研究，由此可以得出结论，如果水泥净浆的浸泡营养液之中缺少微生物成分中的镁盐，当方解石衍射的峰值比较高的时候，那么球霰石的衍射峰值比较低；如果营养液中富有0.5g/l 的微生物镁盐的时候，那么就会具有非常明显的方解石衍射峰和菱镁矿衍射峰。如果营养液之中没有镁盐物质，那么微生物矿化产物就是以方解石为主，并且还会富有少量球霰石，但是如果掺杂了镁盐物质，矿化沉淀物中除了方解石型碳酸钙之外，还会产生额外的菱镁矿型碳酸镁，会促进水泥净浆中的微生物的矿化作用增强。

4.3 扫描电镜和能谱分析方法

如果在营养液之中没有存在镁盐成分，那么水泥净浆中就会存在大量的颗粒状、团簇状矿物覆盖在水泥石的基层表面上，故通过扫描电镜和能谱分析方法就能确定碳酸钙的存在。一旦在营养液之中掺杂了0.5g/l 的微生物镁盐，那么在水泥净浆试件之中就会出现大量的针棒状矿物质，并且通过借助扫描电镜和能谱分析的方法，就会确定碳酸钙和碳酸镁的存在，之后再借助X 射线衍射方法，就可以看出其中的无机盐主要为钙盐，微生物的矿物产物通过方解石型碳酸钙为主，将其中富含少量球霰石的碳酸钙依附于孔隙结构之中，以及水泥净浆试件中的裂缝内壁，并且还需要确定水泥石基面的定向排列，保证水泥净浆的微结构更加严密。通过将镁盐加入水泥净浆中，矿化沉淀物质中除了方解石型碳酸钙，还额外形成菱镁矿型碳酸镁，从而促进微生物的矿化作用。

5 水泥净浆的养护

要想保证在水泥混凝土使用过程中不会产生裂缝，并且能够保证自修复能力不断增强，就需要做好日常水泥混凝土的养护。一般在夏季的时候，混凝土的养护也仅仅只需要15 天时间；但是在冬天的时间，因为外面的气温比较低，那么做好混凝土的养护工作就需要60 天左右。所以，不管是在房屋建造还是城市建设中，混凝土的养护工作对其耐久性和抗裂性能的影响还是非常大的。有时，为了保证特殊环境下的混凝土养护条件，还需要采用加温水或者高强度的压力来进行养护。

但是，在水泥混凝土的养护过程中，采用的主要方法是自然养护法。自然养护方法主要指的是在自然的条件之下，如果温度高于5 摄氏度或者低于5 摄氏度，对混凝土进行覆盖，通过借助浇水灌溉、挡风、保温、保湿的养护办法，自然养护方法又被分为覆盖浇水养护方法以及薄膜养护的方法。

在对水泥混凝土进行养护的时候，浇水养护的时间是这样的：如果是普通水泥浇筑而成的混凝土，那么在经过12 小时之后，并且连续保湿一个星期；但是如果使用的微生物水泥混凝土，就需要经过20 小时之后，连续两个星期的养护时间；对于其中掺杂抗渗性的混凝土或者加了塑化剂的混凝土，养护的时间至少需要两个星期。并且根据不同的水泥基材料，使用的养护方法也不同。

但是有一点值得注意的是，对水泥混凝土进行浇水养护应该是在浇筑完成之后的3 小时—12 小时，借助草帘、锯末、湿砂等相关的材料，将混凝土进行覆盖，定期对混凝土进行浇水，以此来实现湿润的保湿效果，与此同时，浇水的时间不能少于7 天，并且每天浇水的次数一定要保证混凝土的湿润程度，一般气温维持在15 摄氏度。另外，在混凝土浇水的最初三天时间里，每隔3 小时进行浇水一次，并且在晚上的时候也需要浇水2 次，经过3 天的混凝土养护，那么在天气也比较干燥的时候，浇水的次数也需要适当的增加，才能真正的实现保湿养护工作。

6 结束语

综上所述，微生物的碳酸盐沉积对于水泥净浆的使用有很大的帮助作用，能够有效的保证水泥混凝土的内部材料的结构稳定性，促使水泥混凝土的抗压能力增强，吸水能力不断降低，进一步对水泥混凝土的裂缝位置进行有效的修复和愈合，在日后在实际工程的使用过程中不会留下任何的质量问题。