混凝土具有成本低、抗壓強(qiáng)度高、制造方便等特點(diǎn)，是建筑中最廣泛使用的材料之一。然而，隨著城市化進(jìn)程加快，諸如沙子、碎石等用于與混凝土混合的天然骨料已供應(yīng)不足。盡管再生材料可以取代天然材料來生產(chǎn)再生粗骨料混凝土（RCAC），但它們可能會(huì)引起各種問題。尤其在寒冷地區(qū)，日常的凍融循環(huán)會(huì)損壞混凝土，造成安全問題。

在最近發(fā)表于《清潔生產(chǎn)雜志》（Journal of Cleaner Production）上的一篇論文中，西交利物浦大學(xué)土木工程系的研究人員將反硝化細(xì)菌加入到再生粗骨料（RCA）中，增強(qiáng)了混凝土的強(qiáng)度和耐久性。經(jīng)過處理的再生粗集料混凝土可以承受多達(dá) 225 次的凍融循環(huán)，比未經(jīng)處理的混凝土要多 75 次，尤其適合在寒冷地區(qū)廣泛使用。

傳統(tǒng)方法不可持續(xù)

論文的通訊作者 Chee Seong Chin 教授表示，改善混凝土抗凍融性的傳統(tǒng)方法從長遠(yuǎn)來看是不可持續(xù)的。 “傳統(tǒng)方法包括降低水灰比、增加化學(xué)摻合物，實(shí)質(zhì)上增加了化學(xué)物質(zhì)的使用，會(huì)給可持續(xù)發(fā)展帶來不利影響?！?/p>

“相比之下，我們提出對環(huán)境友好的解決方案，使用了反硝化細(xì)菌，這其中既不包含也不會(huì)產(chǎn)生有毒或污染性物質(zhì)?！彼f。

更少的吸水率

Chin 教授表示，要提高再生粗骨料混凝土的抗凍融性，降低吸水率至關(guān)重要。

在凍融循環(huán)中，水會(huì)滲透到混凝土里，并在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫，降低其耐久度。這是因?yàn)樗Y(jié)冰時(shí)體積膨脹，水越多，膨脹越大，而膨脹越大，損害就越大?！霸偕止橇辖Y(jié)構(gòu)松散，孔隙率高，如果不經(jīng)過細(xì)菌處理就直接使用到混凝土中，勢必會(huì)增高吸水率。而反硝化細(xì)菌可以堵住水進(jìn)入的孔隙，有效地將混凝土內(nèi)部的自由水吸收量減少 33%?！彼榻B，這種方法能從外部阻斷吸水，從而減少內(nèi)部的膨脹。

更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)

Chin教授表示，細(xì)菌還可以通過創(chuàng)造更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，來提高混凝土抵抗水凍膨脹的能力?！霸偕止橇匣炷林械目紫稌?huì)被反硝化細(xì)菌產(chǎn)生的碳酸鈣晶體填滿，更密集的結(jié)構(gòu)能降低冷凍水的膨脹效應(yīng)?！?/p>

“我們的實(shí)驗(yàn)表明，反硝化細(xì)菌可以將抗壓強(qiáng)度和拉伸劈裂強(qiáng)度分別提高 30.3%和 20.3%。此外，細(xì)菌在生物礦化過程中會(huì)消耗掉多余的氫氧化鈣，使混凝土更耐凍。通常來說，骨料和水泥基體之間的氫氧化鈣對強(qiáng)度和耐久性會(huì)產(chǎn)生不利效果。”

Chin 教授表示，盡管這種新方法顯著提高了再生粗骨料混凝土的抗凍融性，但還需要進(jìn)一步的研究，通過使用納米材料或其他具有生物礦化方法的水泥基材料來提高抗凍性?！叭蘸蟮难芯窟€需要考量經(jīng)濟(jì)成本，并用生命周期評(píng)價(jià)法來量化環(huán)境影響。”

該研究小組由來自西交利物浦大學(xué)土木工程系的劉作為、Chee Seong Chin 教授和夏駿博士組成。