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第1章 绪论 1

1.1 自然界的微生物矿化现象与机理 1

1.1.1 生物矿物的分布与特征 1

1.1.2 微生物在自然界成岩成矿中的作用 2

1.1.3 微生物在自然界中的矿化形成机制 4

1.2 微生物水泥与砂土稳定研究进展 6

1.2.1 砂土中的微生物水泥胶结机理 7

1.2.2 微生物水泥稳固砂土应用研究现状 9

1.3 混凝土中微生物矿化技术研究进展 13

1.3.1 微生物诱导矿化修复防护混凝土表面缺陷及裂缝机理 14

1.3.2 基于微生物矿化的混凝土表面覆膜防护 15

1.3.3 基于微生物矿化的混凝土裂缝被动修复 18

1.3.4 基于微生物矿化的裂缝自修复效果评价表征方法 20

1.3.5 基于微生物矿化的混凝土裂缝自修复 22

1.4 重金属离子原位生物矿化研究进展 24

1.4.1 重金属污染现状及传统治理方法 24

1.4.2 重金属离子原位生物矿化技术研究进展 27

参考文献 29

第2章 基于生物矿化的砂土胶结 41

2.1 引言 41

2.2 微生物胶结松散砂颗粒机理 41

2.2.1 松散砂粒间的微生物矿化机理 41

2.2.2 松散砂粒间的微生物胶结机理 50

2.3 微生物胶结砂体微观结构演化 62

2.3.1 XCT研究微生物水泥胶结砂体微观结构演变 62

2.3.2 微生物水泥胶结砂体微观结构和性能演变 72

2.4 不同尺度微生物胶结砂体性能 76

2.4.1 半米高微生物水泥胶结砂体制备 76

2.4.2 0.5 m×0.5 m×0.5 m尺寸的微生物水泥胶结体制备 89

2.5 微生物胶结过程的数学模型 94

2.5.1 模型的建立 94

2.5.2 边界条件及参数 97

2.5.3 数值计算结果及其对比分析 98

2.5.4 工艺参数及材料参数对微生物水泥胶结效果影响的数值分析 103

2.5.5 微生物水泥胶结松散砂粒材料和工艺参数设计方法 107

2.6 微生物胶结其他颗粒 110

2.6.1 微生物胶结土 110

2.6.2 微生物胶结尾砂 112

参考文献 114

第3章 基于生物矿化的混凝土表面缺陷与裂缝被动修复 117

3.1 引言 117

3.2 矿化微生物酶活性与沉积过程调控 118

3.2.1 碳酸盐矿化菌产脲酶机制与酶活测定 118

3.2.2 矿化微生物的产酶工艺条件与控制 122

3.2.3 矿化微生物沉积碳酸钙结晶动力学研究 126

3.2.4 矿化微生物沉积碳酸钙的晶型与形貌调控 130

3.2.5 矿化微生物沉积碳酸钙速率调控 145

3.3 混凝土表面缺陷的生物矿化被动修复 148

3.3.1 混凝土表面缺陷修复用防护层的性能要求 149

3.3.2 菌液浸泡矿化修复混凝土表面缺陷 150

3.3.3 菌液喷涂矿化修复混凝土表面缺陷 153

3.3.4 海藻酸钠固载微生物涂刷矿化修复混凝土表面缺陷 160

3.3.5 琼脂固载微生物涂刷矿化修复混凝土表面缺陷 164

3.4 混凝土裂缝的生物矿化被动修复 176

3.4.1 表面涂抹闭合式修复混凝土微裂缝 176

3.4.2 固载微生物灌浆修复混凝土裂缝 179

3.4.3 微生物胶结基材修复混凝土裂缝 184

参考文献 190

第4章 基于生物矿化的混凝土自修复 193

4.1 引言 193

4.2 自修复机理 194

4.2.1 基于脲酶水解尿素诱导的自修复机理 194

4.2.2 基于内部碳酸根来源的自修复机理 195

4.2.3 基于外部碳酸根来源的自修复机理 201

4.3 裂缝自修复效果及表征 207

4.3.1 微生物诱导矿化自修复混凝土裂缝概述 207

4.3.2 混凝土裂缝制作方法 209

4.3.3 渗透系数和面积自修复率表征方法评价 212

4.3.4 裂缝宽度自修复率表征方法 216

4.3.5 CT表征裂缝自修复效果 218

4.3.6 实际工程中的微生物自修复裂缝表征方法 220

4.4 不同条件下裂缝自修复 221

4.4.1 不同条件下裂缝自修复概述 221

4.4.2 自修复剂组分配比及用量 221

4.4.3 不同养护条件下自修复效果 225

4.4.4 不同温度下自修复效果 227

4.4.5 不同盐度下自修复效果 228

4.4.6 不同pH环境下自修复效果 229

4.4.7 不同供氧条件下自修复效果 230

4.4.8 不同开裂龄期下自修复效果 231

4.4.9 不同裂缝宽度下自修复效果 233

参考文献 237

第5章 基于生物矿化的重金属离子钝化 239

5.1 引言 239

5.2 重金属离子对微生物生长的影响 239

5.2.1 重金属离子对碳酸盐矿化菌生长的影响 239

5.2.2 重金属离子对磷酸盐矿化菌生长的影响 240

5.3 重金属离子矿化过程中的酶催化 241

5.3.1 重金属离子矿化过程中脲酶的催化 241

5.3.2 重金属离子矿化过程中磷酸酶的催化 246

5.4 重金属矿化物特性及其形成 255

5.4.1 碳酸盐矿化物特性及其形成 255

5.4.2 磷酸盐矿化物的特性及其形成 267

5.5 微生物钝化剂的制备与施用方法 271

5.5.1 碳酸盐微生物钝化剂的制备与施用方法 271

5.5.2 磷酸盐微生物钝化剂的施用方法 277

5.6 微生物钝化剂的实地应用 280

5.6.1 矿山开采尾矿治理实例 280

5.6.2 农用田土壤治理实例 282

5.6.3 水体修复实例 289

参考文献 291