标志“S.R.c=

化学杂志
PDF
化学杂志/2020/文章
特殊的问题

建筑环境的化学

浏览特刊

研究文章|开放获取

体积 2020 |文章的ID 1472923 | https://doi.org/10.1155/2020/1472923

Daniel Karanja Mutitu, Jackson Muthengia Wachira, Romano Mwirichia, Joseph Karanja Thiong 'o, Onesmus Mulwa Munyao, Muriithi Genson那 “生物胶结对抗弯强度和氯离子侵入的影响Lysinibacillus sphaericus和芽孢杆菌MegiStium.在砂浆结构"，化学杂志那 卷。2020那 文章的ID1472923那 13 页面那 2020． https://doi.org/10.1155/2020/1472923

生物胶结对抗弯强度和氯离子侵入的影响Lysinibacillus sphaericus和芽孢杆菌MegiStium.在砂浆结构

丹尼尔Karanja Mutitu那1 杰克逊Muthengia Wachira那1 Romano Mwirichia那2 约瑟夫Karanja赛那3. Onesmus Mulwa Munyao那3. 和 Muriithi Genson的律师2

1肯尼亚Embu大学的物理科学系

2肯尼亚Embu大学生物科学系

3.肯雅塔大学化学系，肯尼亚内罗毕

学术编辑器:Jorge Sanjurjo-Sanchez
收到了 2020年1月27日
修改后的 2020年04月02
公认 2020年4月27日
发表 2020年5月28日

摘要

混凝土/砂浆耐用性性能主要取决于环境条件，微观结构及其化学。水泥结构受到侵略性介质的进入的劣化。本研究重点是效果芽孢杆菌MegiStium.和Lysinibacillus sphaericus论迫击炮棱镜弯曲力量和氯化物进入。浓度为1.0×10的微生物溶液7.细胞/ml与普通硅酸盐水泥(OPC 42.5 N)混合制成水灰比为0.5的砂浆棱柱。根据混合和养护溶液，每种细菌获得四种砂浆类别。本研究采用160 mm × 40 mm × 40 mm的砂浆棱镜。所有砂浆类别的抗弯强度在14th,28岁th, 56th天的固化。在所有养护龄期，用细菌溶液配制和养护的砂浆均表现出最高的抗弯强度，以及最高的抗弯强度增益百分比。Lysinibacillus sphaericus所有砂浆类别的砂浆的抗弯强度和抗弯强度增加百分比均高于芽孢杆菌MegiStium.迫击炮。抗弯强度增益最大，分别为33.3%和37.0%th56th日固化，分别。用实验室制备的3.5%质量的氯化钠溶液，在加速离子迁移试验方法下，在12v直流电源下放置36小时th天的固化。在将砂浆立方体进行CL培养基后，分析其核粉末的CL含量。从这些结果，表观扩散系数，D.应用程序的解近似为菲克2nd法律使用错误函数。芽孢杆菌MegiStium.所有砂浆类别的迫击炮表现出较低的表观扩散系数值，最低为2.6456×10-10年而最高值为Lysinibacillus sphaericus迫击炮是2.8005×10-10年．两种试验菌均降低了普通硅酸盐水泥的cl -侵入量芽孢杆菌MegiStium.比效力明显更有效Lysinibacillus sphaericus在抑制。

1.介绍

混凝土/砂浆的耐久性与其孔结构的特征有关[1]。此外，混凝土/砂浆的渗透性取决于孔隙的孔隙度和孔隙的连通性[2那3.]。降解机制通常取决于潜在的侵略性物质穿透水泥基材料的方式，可能会造成损害[4.]。孔隙结构越开放，孔隙连通性越强，就越容易受到穿透性物质的降解[5.那6.]。

水泥基结构中钢腐蚀的主要原因之一是氯化物攻击[7.-9.]。由于在混凝土/砂浆制剂期间侵蚀性离子进入或掺入侵蚀性离子的结果，氯离子可以存在于水泥材料中。氯离子也可以从外部来源渗透，例如海水或除冰盐。在海洋环境中，氯化物的入口是最重要的问题[10那11]。

如果它与水泥反应并在孔溶液中可用，则氯化物是齐合的。10]。氯化物和水泥成分之间的一些化学相互作用确实会影响氯化物渗透到混凝土/砂浆中[5.那12]。氯化物与水泥糊的化学反应从氢氧化钙和铝酸钙水合物开始，取决于溶液中的阳离子[13]。

水泥基材料中的氯化物进入主要是通过毛细管吸收，渗透和扩散[14]。然而，它也可能通过上述的多种机制发生。扩散是最普遍的过程[15]。氯化物/硫酸盐由于不同的输送机制而进入，遵循不同的规律[16]。由于多重输运现象，菲克扩散第二定律通常被用于定量离子侵入。

氯化物和C反应3.A和C4.AF存在于波特兰水泥中，用于生产加州弗里德尔盐6.AL.2O.6.·CaCl2h·102或者氯化铁钙，Ca6.Fe.2O.6.·CaCl2h·102o分别[5.那14]。这些产品没有任何有害影响。C之间的反应3.水化水泥中的相和游离氯化物导致Cl的降低−从孔隙溶液中提取[17]。这降低了钢筋腐蚀的风险[18]。具有高浓度CaCl的溶液2或MgCl2可能引起化学侵蚀，导致孔隙水pH值下降，并破坏水泥基质[19]。这是由于消耗了少量可溶的Ca(OH)2．Mgcl.2如图所示，与波特兰石反应

OPC的生物胶结降低了氯离子的侵入和水泥基质的渗透性[20.]。这是由于孔隙结构的细化[5.]。氯离子穿透孔隙系统，形成氯盐，氯盐可在孔隙内结晶，导致内部裂缝[21]。裂缝影响混凝土/砂浆的力学性能和耐久性[20.那22那23]。

在细菌MICP期间引入的混凝土/砂浆的高碱度可防止被动膜的分解[25那24]。它的碳酸化伴随着氯离子的存在降低了孔隙水的碱度。Rasheeduzafar等．[18， Dousti等．[21，拉奥和米娜[26观察到游离氯的量随C的增加而减少3.随着水泥oh浓度的增加，A和束缚氯的量减少。鉴于此，钢筋暴露在氯介质中的高腐蚀可以假定是由于孔隙溶液的低碱度[21那22那27]。

OPC基结构由于C的大量含量和早期水化而具有较高的早期抗压和抗弯强度3.S [15那28那29]。尽管OPC混凝土/砂浆具有各种优点，但它比混合水泥结构具有更开放的孔隙结构[3.那15那30.]。opc制造的结构在固化过程中和固化后也很容易形成裂缝，允许腐蚀性物质渗透结构。透水性或裂缝是这些结构恶化和耐久性降低的主要原因之一。裂缝和孔隙的处理一般分为被动处理和主动处理。被动处理只能修复表面裂纹，而主动处理可以修复内部和外部裂纹[22那25]。

微生物混凝土/砂浆生物性地产生碳酸钙(石灰石)来密封基质内出现的孔隙或密封/修复结构表面出现的裂缝[25那31]。这些微生物沉积物还可以建立成核位点，增强早期水泥水化过程，从而提高水泥的抗压和抗弯强度。碳酸钙的微生物沉淀主要发生在尿素的水解过程中。尿素水解是尿素与水发生反应，产生离子产物的化学反应，方程如下:

当反应在Ca存在的情况下发生2＋，椰子3.(固体)形成如下式:

当这种反应发生在胶凝多孔材料内部时，沉降后会产生沉淀物、涂层，在颗粒周围和颗粒之间依次形成桥梁，增加颗粒间的连接[31]。

细菌属的特定类型，如芽孢杆菌与钙基营养素，如乳酸钙，或硝酸钙，可以添加到混凝土/砂浆的成分，当它被混合时[21]。可溶性含钙营养素转化为不溶性碳酸钙[22那32]。碳酸钙固化在裂缝的表面上，从而将其密封。

由于微生物反应导致胶凝材料的致密化对降低侵蚀离子的渗透性很重要。本文报告了含micp的肯尼亚制造的OPC的抗弯强度增益和降低氯化物在这种实验室制造的砂浆中的扩散率的研究结果。

2。材料和方法

2.1。水泥化学分析

在本研究中，普通硅酸盐水泥(OPC 42.5 N)， KS EAS 18- 1:17 [33，标准砂，ISO 679:1989 [34),使用。抗弯强度试验按照ASTM C293:1990进行[35]。100g测试水泥样品按照KS EAS 18- 1:17的常规方式制备和分析[33]。在ASTM D7348：2013下调点火损失[37]。结果如表所示1．
样本 水泥成分% w/w±SD
AL.2O.3. SiO2 所以3. Na2O. K.2O. 曹 分别以 Fe.2O.3. MnO 合作意向书
Avg。 3.643±0.010 22.182±0.010 2.695±0.021 0.410±0.001 0.975±0.006 64.627±0.042 2.084±0.025 3.403±0.012 0.173±0.001 1.519±0.001
表1
OPC化学分析结果。

使用bogues公式[36]时，测试OPC的平均相组成分别为65.115±0.854%、14.485±0.913%、3.899±0.013%和10.355±0.018%3.年代,C2年代,C3.a，c4.分别房颤。

2.2。微生物培养的营养

培养基的制备采用分析级化学品。乳酸钙,C6.H10O.6.钙，蛋白胨从酪蛋白和其他动物蛋白，肉提取物，琼脂，碳酸氢钠(NaHCO3.)、无水碳酸钠(钠2CO.3.)，蒸馏水和其他营养物质均购自肯尼亚内罗毕chemi - labs有限公司。Lysinibacillus sphaericus细菌（DSM 28）和芽孢杆菌MegiStium.(DSM 32)购自德国莱布尼兹研究所DSMZ-Deutsche Sammlung von。

2.2.1。Lysinibacillus sphaericus微生物培养

这Lysinibacillus sphaericus按照供应商手册使用营养物培养微生物液。选择5.00 g蛋白胨加3.00 g肉提取物和3.95 g醋酸钙每升蒸馏水混合的液体培养基培养细菌，得到液体培养基。最初，该混合物在121°C的温度下通过高压灭菌20分钟。然后将混合物冷却到室温。冷却后，将4.2 g NaHCO混合制成1m的三倍半碳酸钠溶液(1.0 ml in 10.0 ml)3.用5.3g无水na2CO.3.将蒸馏水加到培养液中，使pH值达到9.7。这Lysinibacillus sphaericus在层流室中，将孢子粉样品加入到这种混合物中。这些培养物随后在摇床培养箱中以每分钟130摇的速度培养72小时，保持在30°C。用分光光度计进行光密度测试，确定需要混合的培养液的数量。本试验在空白的细菌培养基中进行。该溶液也作为微生物溶液的光密度实验的参考。分别将0.5 mL的空白和0.5 mL的菌液置于波长为600 nm的分光光度计中，设置机器读数。微生物浓度为1.0 × 107. cells/mL using the spectrophotometer. This microbial culture concentration was maintained throughout the mortar samples preparation as well as in prism curing solution.

2.2.2。芽孢杆菌MegiStium.微生物培养

这芽孢杆菌MegiStium.按照供应商手册使用营养物培养微生物液。步骤和营养素与准备Lysinibacillus sphaericus用微生物溶液配制芽孢杆菌MegiStium.微生物的解决方案。这芽孢杆菌MegiStium.添加孢子粉样品而不是Lysinibacillus sphaericus．

数字1显示(a)在蒸馏水中制备和固化的OPC砂浆，(b)使用芽孢杆菌MegiStium.(c)使用蒸馏水制备的OPC砂浆，但被固化芽孢杆菌MegiStium.溶液和(d) OPC砂浆制备和固化芽孢杆菌MegiStium.解决方案。

(一)“name=
(一)
(b)“name=
(b)
(c)“name=
(c)
(d)“name=
(d)
图1
水泥砂浆养护不同的制度。(一)OPC-H2O (H2O)。(b) OPC-BM (H2O)。(c) OPC-H2O (BM)。(d) OPC-BM (BM)。
2.3。砂浆棱镜模塑和弯曲强度试验

砂浆混合棱镜根据KS EAS 18- 1:17 [33]。将450g OPC放入型号JJ-5的自动可编程混合器的混合盆中。然后加入225.0 ml蒸馏水。搅拌盆和里面的东西被夹在自动可编程的搅拌机上，让它运行三分钟。将1350±5g标准砂放入自动浇注槽中，并允许自动添加，直至1350±5g样品全部加入，搅拌机仍以每分钟振动30次的速度运行。这台机器被让运转了十分钟。所制备的砂浆w/c为0.5，足以制备三个砂浆棱柱。砂浆混合后，倒入40毫米× 40毫米× 160毫米的钢模具中。使用镘刀，从自动可编程的搅拌盆中舀出砂浆膏，并放置在振动压实机的压实模具中，振动频率为60转/分。每次震动周期后，用模具镘刀在模具的三个腔室中对膏体进行找平，直到表面达到良好的光洁度。 The mold with the mortar paste was then placed in a humid chamber maintained at 95% humidity and 27.0°C for 24 hours. The mortar was then removed from the molds after 24 hours to obtain the usual OPC mortar. The distilled-water prepared mortars were categorized into two categories depending on their curing regime. The first category was cured in distilled water (labeled as OPC-H2O (H2O])。第二类在微生物溶液中固化(标记为OPC-H)2O(磅)Lysinibacillus sphaericus和OPC-H2o [bm]的芽孢杆菌MegiStium.）.重复上述过程，但是这次使用225ml微生物溶液作为混合培养基而不是蒸馏水，导致两个更多的迫击炮类（称为第三类和第四类）：第三类是使用的OPC砂浆制备微生物溶液并在蒸馏水中固化（标记为OPC-LB [H.2O)Lysinibacillus sphaericus和OPC-BM [H2o] for.芽孢杆菌MegiStium.），而第四类是使用微生物溶液制备的OPC砂浆，并用微生物溶液固化（标记为OPC-LB [LB]Lysinibacillus sphaericusOPC-BM [BM]芽孢杆菌MegiStium.）.将灰浆置于养护所需的水或微生物溶液中，养护室温度维持在27±1°C。抗弯强度试验在2nd， 7th, 14th,28岁th, 56th天的固化。本研究中的弯曲强度试验是在每类别的三个样品上进行，以获得平均结果。

２.４.扫描电子显微镜(SEM)样品制备与分析

在28之后确定每组测试砂浆测定SEM分析th天的固化。SEM模型为蔡司Ultra Plug FEG-SEM。如Scrivener等人的[38如图所汇总的胶凝材料微观结构分析指南2．用异丙醇中止水化过程，用ERL-4206树脂浸渍硬化水泥砂浆。


图2
扫描电镜样品制备。
2．5．x射线衍射(XRD)分析

对每组试验砂浆进行XRD分析后测定th天的固化。利用x射线衍射仪PW1710 Phillips对新形成的水泥水化/细菌材料进行了矿物学测定。在进行XRD分析之前，样品在100°C的烘箱中干燥，并用电子研磨机磨粉。然后将它们放置在一个零背景硅样品固定器中。测角仪是用硅标准校准的。样品使用PANalytical软件进行分析，测角仪的起始角和结束角分别为5.00和80.002°Theta，步长为0.0202°Theta，扫描步长时间为0.5秒，调节电流和电压为40 mA和35 kV。分别。

2.6。氯化物进入

对于每类砂浆，使用ASTM C 1552中规定的方法对三个棱镜固化28天进行氯化物分析[39]。NaCl溶液曝光后，用砂纸在40 mm × 40 mm表面打磨砂浆棱柱。使用半径为15毫米的钻头，每个砂浆类别钻穿棱柱，长度可达10毫米。粉末在105°C的烤箱中干燥至恒质量。干粉被磨成粉末。每次粉碎之间，粉碎机都要彻底清洗，以避免交叉样品污染。地面样品保存在单独的密封试剂瓶中，等待氯化物分析。

2.6.1。氯分析

在所有迫击炮类别中使用MoHR滴定法分析每个渗透深度的氯化物。假设边界条件C在非稳定状态条件下实现了表观氯化物扩散系数的估计（X那T.）=0 atT.= 0, 0 <X<∞,C（X那T.）=CS.在X= 0, 0 <T.<∞，共存离子的恒定效应，线性氯结合，一维向半无限固体扩散[16]。给出了菲克扩散第二定律的曲克解 在哪里C（X那T.）是cl的浓度−在任何深度X在砂浆散装的时候T.那CS.是表面浓度，和D.应用程序为表观扩散系数。误差修正函数，erf，是从计算机电子表格中得到的高斯误差函数。通过拟合方程(4.）通过实验确定氯化物型浓度，从而确定值D.应用程序和CS.在数学上。

利用加速迁移扩散系数D.米格以图形方式决定的,D.应用程序可以用下面的方程确定[40]： 在哪里R.是气体常数，F是法拉第常数，T.为电解液的温度(K)， zi为离子i的价，∆Ø为有效施加电压(V)，T.是在几秒钟内测试/曝光的持续时间。

3.结果与讨论

3．1.扫描电子显微镜分析

数据3（a）-4 (c)对对照砂浆和微生物砂浆棱柱进行了SEM分析th天的固化。SEM图像显示了水合钙的形成，C-S-H，碳酸钙沉淀，CaCO3.，针型Ettringite，以及波特兰石的存在/氢氧化钙，CH。

(一)“name=
(一)
(b)“name=
(b)
(c)“name=
(c)
(d)“name=
(d)
图3
(a) OPC-H的SEM分析2O (H2o），（b）opc-h2(c) OPC-LB (H2O)，和(d) OPC-LB (LB)。
(一)“name=
(一)
(b)“name=
(b)
(c)“name=
(c)
图4
(a) OPC-H的SEM分析2O（BM），（B）OPC-BM（H2O)和(c) OPC-BM (BM)。

如图所示3（a）说明，opc-h2O (H2O)砂浆中没有可见的碳酸钙沉积。然而，图中的SEM图像3（b）-3 (d)在图表中也是如此4(一)-4 (c)，微生物砂浆OPC-H2O（LB），OPC-H2O（BM），OPC-LB（H2o），OPC-BM（H2O)、OPC-LB (LB)和OPC-BM (BM)均有显著的碳酸钙沉淀。这要归功于两国的MICP矿床Lysinibacillus sphaericus和芽孢杆菌MegiStium.存在于混合介质中或存在于培养的固化溶液中[1那41]。C-S-H的形态由图可见3（b）通过数字3 (c)-3 (d)以及图4(一)通过数字4 (b)-4 (c)．这是由于正在研究的两种细菌的碳酸钙沉淀。图(c3.，清晰地显示了钙矾石针表面的生物沉积导致其表面形成生物膜，并堵塞了砂浆结构上的孔隙。

３．２．x射线衍射分析(XRD)

表格2为对照砂浆棱柱和微生物砂浆棱柱的XRD分析结果th天的固化。结果表明，在两种细菌砂浆中形成了新的水合化合物，Bavenite。
水合化合物 砂浆类别(% w/w±SD)
OPC-H2O (H2O) OPC-LB（LB） OPC-BM（BM）
硬沸石,艾尔。2是2加利福尼亚州4.H2O.28如果9.
示例1 - 2.55 1.36
示例2 - 2.52 1.33
示例3 - 2.51 1.29
平均 - 2.53 1.33
Std.开发。 - ±0.02 ±0.03
%平均值±标准差 - 2.53±0.02 1.33±0.03
Dellaite,6.H2O.13如果3.
示例1 83.89 83.49 84.21
示例2 83.95 83.47 84.18
示例3 83.94 83.45 84.16
平均 83.93 83.47 84.18
Std.开发。 ±0.03 ±0.02 ±0.02
%平均值±标准差 83.93±0.03 83.47±0.02 84.18±0.02
方解石,CaCO3.
示例1 0.67 10.26 10.24
示例2 0.63 10.22 10.29
示例3 0.61 10.21 10.27
平均 0.64 10.23 10.27
Std.开发。 ±0.02 ±0.02 ±0.02
%平均值±标准差 0.64±0.02 10.23±0.02 10.27±0.02
氢氧钙石,儿童和青少年卫生与发育司2O.2
示例1 15.43 3.86 4．21
示例2 15.48 3.82 4.17
示例3 15.49 3.84 4.19
平均 15.47 3.84 4.19
Std.开发。 ±0.03 ±0.02 ±0.02
%平均值±标准差 15.47±0.03 3.84±0.02 4.19±0.02
表2.
XRD (% w/w±SD值)摘要为水合OPC微生物砂浆制备和固化在各自的细菌防治OPC砂浆后28th天的固化。

OPC砂浆的XRD分析证实，微生物生物胶结引入了一种新的胶凝产品，Bavenite, Al2是2加利福尼亚州4.H2O.28如果9.，而在控制砂浆OPC-H中则没有2O (H2O)，而OPC-LB (LB)和OPC-BM (BM)的含量分别为2.53%和1.33%。方解石,CaCO3.，显著更在OPC-BM（BM）和OPC-LB（LB）是分别在10.27％和10.23％，中，与OPC-H 0.64％比较2O (H2这与改良方解石(CaCO)有关3.)沉积和贫化的钙(OH)钼矿2，在微生物砂浆中，见图中的SEM形态学图像3.和4.．XRD衍射图也证实了与图中所示的相同5(一个)-5 (c)．耗尽的ca（哦）2与控制砂浆相比，在微生物砂浆中可能归因于CA的结合2＋用微生物沉淀 ．

(一)“name=
(一)
(b)“name=
(b)
(c)“name=
(c)
图5
(a) OPC-H衍射图2O (H2(b) OPC-LB (LB)衍射图。(c) OPC-BM (BM)衍射图。

在SEM显微照片中，由于Bavenite、Al的高含量，微生物砂浆中的C-S-H比对照砂浆更致密2是2加利福尼亚州4.H2O.28如果9，和Dellaite Ca6.H2O.13如果3.，在OPC-BM (BM)和OPC-LB (LB)中单独或合并，与OPC-H相比2O (H2o）如图所示5(一个)-5 (c)汇总于表2．XRD量化证实了方解石的存在以及微生物砂浆中的更多C-S-H.孔中的这些沉积最大化了水泥砂浆的填充密度，从而改善了砂浆的物理化学和机械性能。

３．３．抗弯强度增加

在14th,28岁th, 56th在图中给出了一天6.．


图6
试验砂浆在14时的抗弯强度增加百分比th,28岁th, 56th天的固化。

表格3.总结了微生物砂浆与对照砂浆在抗弯强度增益上的显著差异nd， 7th, 14th,28岁th, 56th天的固化。
砂浆类别 T.calc．价值
2nd天T.calc × 10-1 7.th天T.calc × 10-1 14th天T.calc × 10-5 28th天T.calc × 10-5 56th天T.calc × 10-5
OPC-H2O (H2O)和OPC-H2O(磅) 5．0 5．0 13.7908 6.8664 0.4725
OPC-H2O (H2O)与OPC-LB (H2O) 5．0 5．0 46.4869 4.9426 1.2694
OPC-H2O (H2O)与OPC-LB (LB) 5．0 5．0 26.6329 6.1408 2.4344
OPC-H2O (H2O)和OPC-H2O (BM) 5．0 5．0 4.9845 3.7064 3.9136
OPC-H2O (H2o）vs.opc-bm（h2O) 5．0 5．0 67.1730 9.4017 1.0106
OPC-H2O (H2O）与OPC-BM（BM） 5．0 5．0 1.2815 1.2371 0.6787
OPC-H2O (BM) vs. OPC-H2O(磅) 5．0 5．0 302.5298. 302.5298. 133.2461
OPC-BM (H2O)与OPC-LB (H2O) 5．0 5．0 535.0033 38.8954 133.2461
OPC-BM vs. OPC-LB 5．0 5．0 22.3619 402.4947 436.5515.
表3
T.钙。对控制砂浆的微生物砂浆的价值概述以及两种微生物砂浆类别弯曲强度nd， 7th, 14th,28岁th, 56th养护日(T. 暴击= 0.5, ）.

所有的实体店都有Lysinibacillus sphaericus和芽孢杆菌MegiStium.无显著性差异(T.calc= 0.5, ）他们的弯曲优势在2nd和7th天的固化。如图所示，随着养护龄期的增加，所研究的两种细菌的所有砂浆类别的抗弯强度都增加了6.．在所有试验菌砂浆中，对照菌砂浆和微生物砂浆的抗弯强度增幅均较高，且在14种试验菌砂浆之间具有更显著的统计学意义th和28.th日比间28th56th如表中结果所示3.．然而，在微生物砂浆中，抗弯强度似乎更多地受细菌类型以及制备或养护制度的影响，而不是养护龄期。

所有微生物砂浆类别的抗弯强度在不同养护天数之间以及在Lysinibacillus sphaericus迫击炮和芽孢杆菌MegiStium.如表所示3.．这可能意味着C-S-H的形成随着养护龄期的增加而增加，以及在砂浆制备过程中或养护制度促进C-S-H形成时引入微生物溶液会提高抗弯强度。

当微生物溶液作为混合水时，这两种细菌对砂浆的抗弯强度的提高比作为养护制度时更明显。在所有养护龄期中，OPC-LB (LB)的抗弯强度增幅最高。弯曲强度增益的最高百分比是在56th日固化量为37.0%。对于所有种类的微生物砂浆，从一种养护龄期到另一种养护龄期，在抗弯强度增加百分数上均存在显著差异，如表所示3.和图7.,分别。抗弯强度的增加是由于材料的沉淀Lysinibacillus sphaericus参与水化过程，形成C-S-H，负责强度发展。增加钙2＋与乙酸钙一起，在存在微生物细胞壁作为成核位点时容易与沉淀结合 结晶成碳酸钙3.刺激和加速C-S-H的水合[31那32那42]。


图7
氯离子浓度在不同穿透深度下对OPC的控制也有所不同Lysinibacillus sphaericus微生物砂浆。

在这项研究中，我们发现芽孢杆菌MegiStium.和Lysinibacillus sphaericus生物矿化过程增强了抗弯强度。MICP过程的增强还可以归因于作为微生物饲料添加的有机醋酸盐以醋酸钙的形式进行代谢转化，这些醋酸钙在改善的碱性条件下被解脲亲碱性氧化芽孢杆菌SPP。Lysinibacillus sphaericusMICP沉淀物更结晶而来自芽孢杆菌MegiStium.更无定形，如图3.和4.的SEM图像。也许，晶状MICP沉积越多，C-S-H键合越好，从而提高了弯曲强度增益Lysinibacillus sphaericus哪一种沉淀相对结晶性更强芽孢杆菌MegiStium.哪个沉积物更无定形沉淀物[3.那4.那31那42]。非晶态MICP沉积可以作为一种屏障，因为它填充了任何孔隙/通道，降低了孔隙度，从而提高了不渗透性和进入阻力。也许，这两种测试细菌在MICP结晶度和数量上的差异解释了原因Lysinibacillus sphaericus是较好的抗弯强度增强剂吗芽孢杆菌MegiStium.因此，改善不透气性，因此较好的氯化物入口抑制剂。其他研究人员，Azadi等人已经制定了类似的观察结果．[6.]，chahal等．[31]，abo-el-eniz等．[43]和kim等人．[44虽然使用其他细菌种类。根据以下等式发生MICP沉淀[1那32]：

芽孢杆菌MegiStium.和Lysinibacillus sphaericus由于水泥产品CaCO的增加，细菌会导致砂浆的致密化3.、CSH和钙矾石。

3.4。氯化物进入
3.4.1。氯分析

图中显示了在不同的砂浆覆盖深度下测定的氯化物进入测试微生物OPC砂浆的结果7.和8.为Lysinibacillus sphaericus和芽孢杆菌MegiStium.,分别。


图8
氯离子浓度在不同穿透深度下对OPC的控制也有所不同芽孢杆菌MegiStium.微生物砂浆。

在所有情况下，细菌的存在都会影响Cl的存在−．正如观察到的，Cl−在OPC-H的所有穿透深度上，侵入更为尖锐2O (H2o）除了沿着穿透深度的所有微生物砂浆中的所有微生物砂浆中的所有微生物砂浆中均多于60毫米和40毫米。也许这是由于OPC-H中的氯化物结合能力较低2O (H2o）比在微生物砂浆中[1]。这可能是由于C-S-H和CAH凝胶的含量增加，从上面的SEM结果可以看出，它们密封了微生物砂浆的孔隙连通性。用微生物溶液制备和固化的微生物砂浆的氯离子还原率高于用微生物溶液制备和固化的微生物砂浆。这也可能是由于砂浆水合物中有更多的MICP沉淀，进一步降低了渗透率。这种趋势与Mutitu等人观察到的趋势相关联[1， Chahal等[31和Nosouhian等人[45，尽管涉及其他类型的芽孢杆菌SPP细菌。作者归因于OPC-H中较高的氯化物进入2O (H2O)，而不是在微生物砂浆中离子进入的连续和相互连接的空隙。

3.4.2。氯化物表观漫射系数

对选定的砂浆OPC-H的氯离子误差函数拟合曲线进行了计算2O (H2o），OPC-BM（BM）和OPC-LB（LB）在表中概述4.显示D.应用程序和D.米格，对应的氯离子表面浓度(CS.） 和R.2用3.5%的氯化钠溶液从两种细菌中提取测试砂浆的值。
砂浆类型 CS. D.米格。 × 10-9(m2/秒) D.应用程序 × 10-10(m2/秒) R.2
OPC-H2O (H2O) 0.2255 5.6052 2.8430 0.9730.
OPC-BM（BM） 0.1997 5.2161 2.6456 0.9655
OPC-BM (H2O) 0.1965 5.3982 2.7380 0.9523
OPC-H2O (BM) 0.2000 5.4596 2.7691 0.9555
OPC-LB（LB） 0.2016 5.2764 2.6762 0.9510
OPC-LB (H2O) 0.2033 5.4801 2.7796 0.9552
OPC-H2O(磅) 0.2099 5.5213 2.8005 0.9531
表4.
C S.那D. 米格那D. 应用程序,R. 2- NACL中不同微生物砂浆的价值。

OPC-BM（BM）和OPC-LB（LB）砂浆表现出最低明显的扩散系数（D.应用程序)与BM和LB砂浆类别中的其他微生物砂浆进行了比较。低氯化物进入，低D.应用程序观察值。OPC-H2O (H2O)灰浆最高D.应用程序价值。低氯D.应用程序价值观是由芽孢杆菌MegiStium.所有的砂浆类别Lysinibacillus sphaericus迫击炮。可能芽孢杆菌MegiStium.可能是适合内部和外部裂纹愈合细菌比Lysinibacillus sphaericus细菌。这可以归因于微生物砂浆中存在的MICP沉积物，它们与水化水泥产品发生反应，产生额外的胶凝材料，使砂浆更加致密，对Cl的电阻率增加−进入和低氯化物扩散率。

4.结论

（1)这两个芽孢杆菌MegiStium.和Lysinibacillus sphaericus有沉淀碳酸钙的能力，提高抗弯强度和孔隙结构，从而降低氯的进入。(2）砂浆抗弯强度与CaCO呈正相关3.降水,芽孢杆菌MegiStium.和Lysinibacillus sphaericus细菌。这表现在在培养溶液中固化的微生物砂浆比在蒸馏水中固化的强度更高。（3）两者都观察到较低的氯化物进入芽孢杆菌MegiStium.和Lysinibacillus sphaericus用培养溶液制备和固化的细菌微生物砂浆比在蒸馏水中固化的细菌微生物砂浆。这一点由下层的人表现出来D.应用程序在培养溶液中固化的微生物砂浆的值比在蒸馏水中固化的值高。芽孢杆菌MegiStium.细菌对氯离子的渗透电阻率的改善作用大于细菌Lysinibacillus sphaericus细菌。（4）Lysinibacillus sphaericus细菌对抗弯强度的提高大于芽孢杆菌MegiStium.细菌。这是由更高的抗弯强度，以及更高的百分比抗弯强度增加在所有砂浆养护龄期，所有砂浆类别芽孢杆菌MegiStium.迫击炮。可能Lysinibacillus sphaericus是一种更好的抗弯强度增强剂吗芽孢杆菌MegiStium.细菌。

数据可用性

用于支持本研究发现的数据可由通讯作者要求提供。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

作者希望感谢各机构在实验和撰写本文过程中给予的支持。这些机构允许使用学术知识库和图书馆资料、实验室设施和一次性用品。这些机构包括肯尼亚的恩布大学、肯雅塔大学和萨凡纳水泥有限公司，以及南非比勒陀利亚大学。

参考文献

  1. D. K.Mulwa，J.Mulwa，J.M.Wachira，R.Mwirichia，J.K.Thiong'o，J.M.Margu，“生物学的影响”对包含的水泥材料的一些性能的影响芽孢杆菌物种细菌有审查。”可持续水泥基材料学报，卷。8，不。5，pp。309-325,2019。视图:出版商的网站|谷歌学者
  2. R. K. Verma, L. Chaurasia和V. bist，“砂浆和混凝土中的生物矿化和细菌碳酸盐沉淀”，生物科学与生物工程杂志， vol. 1, pp. 5-11, 2015。视图:谷歌学者
  3. 钱春霞，于晓宁，王新民，“生物水泥胶结界面的研究”，材料的表征，第59卷，第1186-1193页，2018。视图:谷歌学者
  4. 罗敏，“基于细菌的自愈剂对胶凝材料水化动力学和抗压强度的影响”，建筑及建筑材料，第4卷，第1132-1141页，2016。视图:谷歌学者
  5. D. K. mutitu，氯化物和硫酸盐离子在普通硅酸盐和硅酸盐火山灰水泥砂浆立方体中的扩散率，肯尼亚肯雅塔大学化学系，内罗毕，肯尼亚，2013。
  6. M. Azadi, M. Ghayoomi, N. Shamskia，和H. Kalantari，“重建生物胶结砂的物理和力学特性”，土壤和基金会(第57卷)5, pp. 698-706, 2017。视图:出版商的网站|谷歌学者
  7. 董振华，石伟，郭晓平，“碳化混凝土孔溶液中碳素钢点蚀的引发和再钝化”，腐蚀科学，卷。53，不。4，pp。1322-1330，2011。视图:出版商的网站|谷歌学者
  8. T. W. Zewdu和S. Esko，“使用混凝土浇铸法修复结构的使用寿命预测:最先进的”第十一届现代建筑材料、结构和技术国际科学会议论文集，MBMST，第1138-1144页，立陶宛维尔纽斯，2013年5月。视图:谷歌学者
  9. M. U.Khan，S. ahmad和H.J.Al-Gahtani，“混凝土中氯化钢腐蚀：氯化物扩散概述和腐蚀启动时间的预测”国际腐蚀杂志，卷。2017年，第9819202号，9页，2017年。视图:出版商的网站|谷歌学者
  10. M.V.A.Forrea和H.J.H.Brouwers，“与水合产品相关的氯化物结合”水泥与混凝土研究，第42卷，第2期2，页282 - 290,2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
  11. P. K. Mehta，混凝土在海洋环境中的耐久性——综述，混凝土在海洋环境中的性能，第68卷，ACI出版物，法明顿山，美国密歇根州，2011。
  12. M. Uysal，K. Yilmaz和M. Ipek，“矿物质混合物对自体压实混凝土机械性能，氯离子渗透性和不渗透性的影响”建筑及建筑材料第27卷第2期1，页263 - 270,2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
  13. T. Luping和J.Gulikers，“关于混凝土时间依赖性表观氯化物扩散系数的数学，”水泥与混凝土研究，第37卷，第2期4，页589-595,2007。视图:出版商的网站|谷歌学者
  14. J. M. Marangu, J. K. Thiong 'o，和J. M. Wachira，“氯化物进入化学活化的粘土基水泥”，化学杂志文章编号1595230,8页，2018。视图:出版商的网站|谷歌学者
  15. 王军，“混凝土抗压强度对氯离子渗透的影响”，土木工程学报爱尔兰土木工程研究协会学报，第28-29页，贝尔法斯特，英国，2014年8月。视图:谷歌学者
  16. j .曲柄扩散数学，牛津大学出版社，美国纽约，1975年，第二版。
  17. L. Cheng和R. Cord-Ruwisch，“非无菌(开放)恒化菌选择性富集和生产高脲酶活性细菌”，工业微生物与生物技术杂志，第40卷，第5期。10, pp. 1095-1104, 2013。视图:出版商的网站|谷歌学者
  18. T. RasheDuzzafar，E. S. Hussain和S.S.Al-Saadoun，“孔隙溶液组成的水泥粘膏，参考混凝土中加强钢的耐腐蚀性能，”Vetch中东NACE腐蚀会议的诉讼程序，第386-389页，巴林麦纳麦，2004年10月。视图:谷歌学者
  19. J. M. Wachira，“氯化物进入火山灰基水泥”，刊于第七届肯尼亚化学学会国际会议论文集，肯尼亚基苏木，2012年10月。视图:谷歌学者
  20. R. Alizadeh, J. J. Beaudoin，和L. Raki，“水化硅酸钙的力学性能”，材料和结构，卷。44，不。1，pp。13-28，2011年。视图:出版商的网站|谷歌学者
  21. A. Dousti，M. Shekarchi，R. Alizadeh和A. Taheri-Motlagh，在田间暴露条件下，微硅子混凝土中的外部供应氯化物的结合，“水泥与混凝土复合材料第33卷第3期10, pp. 1071-1079, 2011。视图:出版商的网站|谷歌学者
  22. C. Theodore和S. Karen，“CSH在水泥混合浆中的碱固定及其与碱-硅反应的关系”，建筑材料实验室，第42卷，第2期8，第1049-1054页，2012。视图:谷歌学者
  23. P. Bamforth，“钢筋混凝土结构暴露在海洋和其他含盐环境下的混凝土分类”学报》上。第五届国际结构故障与修复研讨会，pp.21-40，英国爱丁堡，2003年6月。视图:谷歌学者
  24. 贝托里尼、埃尔斯纳、佩德罗、波尔德，钢筋在混凝土中的腐蚀:预防、诊断和修复， Wiley-VCH Verlag GMbH & Co.， Weinheim, Germany, 2004。
  25. N. de belie和J. Wang，“基于细菌的混凝土修复和自我修复”可持续水泥基材料学报，第5卷，第5期。1-2, pp. 35-56, 2016。视图:出版商的网站|谷歌学者
  26. V. N. Rao和T. Meena，“混凝土碳化研究综述”，IOP会议系列：材料科学与工程，第263卷，第2期3, pp. 1-10, 2017。视图:出版商的网站|谷歌学者
  27. K.De Weerdt，D. Orsakova，A.C.A.Muller，C.K.Rarsen，B.Pedersen和M. R. Geiker，“R. Geiker”，朝着海洋暴露混凝土中的氯化物曲线，浸出和水分含量的影响，“建筑及建筑材料， 2016, vol. 120, pp. 418-431。视图:出版商的网站|谷歌学者
  28. O. S.B.Al-Moudi，M.Masleuddin和Y.A.B.B.Abdulal，“氯离子在硫酸盐环境中普通和混合水泥的膨胀和强度减少的作用”，“建筑材料学报， vol. 13, pp. 38-43, 2011。视图:谷歌学者
  29. J. M. Wachira, J. K. Thiong’o, J. M. Marangu，和L. G. Muriithi，“波特兰-稻壳灰-煅烧粘土-干燥乙基石灰污泥水泥在硫酸盐和氯化物介质中的物理化学性能”，材料科学与工程进展，第5618743号，12页，2019年。视图:出版商的网站|谷歌学者
  30. J. W. Jeffrey, P. Mondal, C. M. Mideley，“水泥水化机理”，水泥与混凝土研究号，第41卷。12, pp. 1208-1223, 2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
  31. N. Chahal, R. Siddique, A. Rajor，“细菌对粉煤灰混凝土抗压强度、吸水率和快速氯离子渗透性的影响”，建筑及建筑材料，第4卷，第98-105页，2012。视图:谷歌学者
  32. Y. C. Ersan, N. Hernandez-Sanabria, N. De Belie，“通过硝酸盐还原提高微生物砂浆的裂缝闭合性能”，水泥与混凝土研究，第70卷，159-170页，2015。视图:谷歌学者
  33. EN 196 - 1,水泥第1部分：共同水泥的组成，规格和符合性标准，欧盟标准，贝克姆，德国，2011。
  34. KS东亚峰会19次,水力水泥氧化物规范的肯尼亚标准试验方法KEBS，肯尼亚内罗毕，2017年。
  35. ASTM C 293,混凝土弯曲强度标准，第3部分，测试程序变化的影响，美国测试与材料学会，Elservier，伦敦，英国，1990。
  36. ASTM D7348,固体燃烧残留物的着火损失(LOI)的标准试验方法，ASTM International，West Conshohocken，PA，美国，2013年。
  37. 鲍格，“硅酸盐水泥的化学”，第1927-1940页，1977年，英国专利号5022。视图:谷歌学者
  38. K. Scrivener R. Snellings和B. Lothenbach，胶凝材料微观结构分析实用指南， CRC出版社，Boca Raton，佛罗里达州，美国，2017年第1版。
  39. ASTM C 1552,用氯离子选择电极测定氯离子浓度的标准试验方法，美国检测和材料协会，elsevier，伦敦，英国，2005年。
  40. C. Andrade, C. Castellote, C. Alonso, and C. Gonzalez， "从迁移和自然扩散测试获得的非稳态氯扩散系数"材料和结构第33卷第3期第1页，第21-28页，1999。视图:出版商的网站|谷歌学者
  41. M. S. Vekariya和J. Pitroda，《细菌混凝土:建筑业的新时代》，国际工程趋势与技术杂志（IJett），卷。4，pp。9-16,2013。视图:谷歌学者
  42. H. Thiyagarajan, S. Maheswaran, M. Mapa等，“不同养护介质中细菌活性对水泥砂浆抗压强度的研究”，高级混凝土技术学报第14卷第2期4, pp. 125-133, 2016。视图:出版商的网站|谷歌学者
  43. S. A. Abo-El-Enein, A. H. Ali, A. H. Ali, F. N. Talkhan, H. A. Abdel-Gawwad，“应用微生物生物胶结改善水泥砂浆的物理力学性能”，HBRC杂志，第9卷，第5期。1, pp. 36-40, 2013。视图:出版商的网站|谷歌学者
  44. H. K. Kim, S. J. Park, J. I. Han，和H. K. Lee，“微生物介导的碳酸钙在普通和轻质混凝土上的沉淀”，建筑及建筑材料，卷。38，pp。1073-1082，2013。视图:出版商的网站|谷歌学者
  45. F. Nosouhian，D. Mostofinejad和H. Hasheminejad，“使用细菌的硫酸盐环境中的具体耐久性改善”材料科学与工程进展，卷。28，不。1，第2016年物品ID 04015064,2016。视图:出版商的网站|谷歌学者

版权所有©2020 Daniel Karanja Mutitu等人。这是一篇发布在知识共享署名许可协议，允许在任何媒介上不受限制地使用、传播和复制，但必须正确引用原作。

更多相关文章

PDF 下载引用 引文
下载其他格式更多的
ePub
XML.
订单打印副本命令
的观点221
下载340
引用

相关文章