混凝土是最經(jīng)常使用的建筑材料之一，因?yàn)樗某杀镜土?、抗壓?qiáng)度大且易于制造。然而由于城市化進(jìn)程的加快，用于跟混凝土混合的天然骨料--包括沙子和礫石--供應(yīng)有限。
雖然可以用回收材料代替天然材料來(lái)制造再生粗集料混凝土(RCAC)，但這樣做可能會(huì)引起一些問(wèn)題。在寒冷的氣候條件下尤其如此，每天的凍融循環(huán)會(huì)破壞混凝土、損害其結(jié)構(gòu)的完整性，而這些往往會(huì)導(dǎo)致安全問(wèn)題。
在最近發(fā)表在《The Journal of Cleaner Production》上的一項(xiàng)研究中，西安交通大學(xué)利物浦分校土木工程系的科學(xué)家們將脫硝細(xì)菌應(yīng)用于再生粗集料(RCA)并提高了混凝土的強(qiáng)度和耐久性。經(jīng)過(guò)處理的RCAC是在寒冷氣候下廣泛使用的理想選擇，因?yàn)樗梢猿惺?25次凍融循環(huán)，比沒(méi)有處理的多75次。
傳統(tǒng)方法
研究論文的通訊作者Chee Seong Chin教授說(shuō)道，改善混凝土抗凍融性的傳統(tǒng)方法從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看是不可持續(xù)的。
“這些方法如降低水灰比和增加化學(xué)外加劑增加了化學(xué)物質(zhì)的使用量，它們對(duì)可持續(xù)性留下了不利影響。相比之下，我們提供了一個(gè)環(huán)境友好的解決方案。我們的方法使用反硝化細(xì)菌，其不包含或產(chǎn)生有毒或污染性物質(zhì)，”他說(shuō)道。
減少吸水率
Chin教授表示，減少吸水率對(duì)于提高RCAC的抗凍融性至關(guān)重要。
在凍融循環(huán)中，水會(huì)滲透到混凝土中，這會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫并降低其耐久性。當(dāng)水凍結(jié)時(shí)，它則會(huì)膨脹。水越多，膨脹越大，而膨脹越大，損害越大。
“如果不經(jīng)過(guò)細(xì)菌處理，在混凝土中使用RCA，那么會(huì)因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)松散、孔隙率高會(huì)而增加吸水率，而反硝化細(xì)菌則可以堵住水進(jìn)入的孔洞并有效地將混凝土內(nèi)部吸收的自由水減少33%。它可以防止從外部吸水，從而減少?gòu)膬?nèi)部膨脹的情況，”Chin教授說(shuō)道。
一個(gè)更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)
此外，Chin教授還指出，細(xì)菌還可以通過(guò)創(chuàng)造一個(gè)更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)來(lái)提高混凝土抵御水凍膨脹的能力?！癛CAC的空隙和孔隙被細(xì)菌創(chuàng)造的碳酸鈣晶體所填充，這使得結(jié)構(gòu)變得更加密集并減少了冷凍水的膨脹效應(yīng)。根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)，反硝化細(xì)菌可以將抗壓強(qiáng)度和拉伸分裂強(qiáng)度分別提高30.3%和20.3%。此外，細(xì)菌在生物礦化過(guò)程中會(huì)消耗多余的氫氧化鈣，從而使混凝土更耐凍。骨料和水泥基體之間的氫氧化鈣通常被認(rèn)為是強(qiáng)度和耐久性方面的負(fù)面因素?！?
Chin教授表示，盡管這種新方法大大增加了RCAC的抗凍性，但它還需要通過(guò)使用納米材料或其他水泥材料的生物礦化方法來(lái)提高抗凍性以展開(kāi)進(jìn)一步的研究。另外，他還補(bǔ)充道：“未來(lái)的研究需要調(diào)查經(jīng)濟(jì)成本，并用生命周期評(píng)估來(lái)量化環(huán)境影響。”
