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西交利物浦大學利用細菌增強混凝土的抗凍融性

添加時間：2024-11-25 | 文章來源：盛天機械

混凝土具有成本低、抗壓強度高、制造方便等特點，是建筑中最廣泛使用的材料之一。然而，隨著城市化進程加快，諸如沙子、碎石等用于與混凝土混合的天然骨料已供應不足。盡管再生材料可以取代天然材料來生產再生粗骨料混凝土（RCAC），但它們可能會引起各種問題。尤其在寒冷地區，日常的凍融循環會損壞混凝土，造成安全問題。在最近發表于《清潔生產雜志》（Journal of Cleaner Production）上的一篇論文中，西交利物浦大學土木工程系的研究人員將反硝化細菌加入到再生粗骨料（RCA）中，增強了混凝土的強度和耐久性。經過處理的再生粗集料混凝土可以承受多達 225 次的凍融循環，比未經處理的混凝土要多 75 次，尤其適合在寒冷地區廣泛使用。

傳統方法不可持續

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方法從長遠來看是不可持續的。“傳統方法包括降低水灰比、增加化學摻合物，實質上增加了化學物質的使用，會給可持續發展帶來不利影響。”“相比之下，我們提出對環境友好的解決方案，使用了反硝化細菌，這其中既不包含也不會產生有毒或污染性物質。”他說。

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，降低吸水率至關重要。在凍融循環中，水會滲透到混凝土里，并在結構中產生裂縫，降低其耐久度。這是因為水結冰時體積膨脹，水越多，膨脹越大，而膨脹越大，損害就越大。“再生粗骨料結構松散，孔隙率高，如果不經過細菌處理就直接使用到混凝土中，勢必會增高吸水率。而反硝化細菌可以堵住水進入的孔隙，有效地將混凝土內部的自由水吸收量減少 33%。”他介紹，這種方法能從外部阻斷吸水，從而減少內部的膨脹。

更穩定的結構

Chin教授表示，細菌還可以通過創造更穩定的結構，來提高混凝土抵抗水凍膨脹的能力。“再生粗骨料混凝土中的孔隙會被反硝化細菌產生的碳酸鈣晶體填滿，更密集的結構能降低冷凍水的膨脹效應。”“我們的實驗表明，反硝化細菌可以將抗壓強度和拉伸劈裂強度分別提高 30.3%和 20.3%。此外，細菌在生物礦化過程中會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度和耐久性會產生不利效果。”

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。“日后的研究還需要考量經濟成本，并用生命周期評價法來量化環境影響。”該研究小組由來自西交利物浦大學土木工程系的劉作為、Chee Seong Chin 教授和夏駿博士組成。

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