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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