微生物進(jìn)化的一個(gè)重要特點(diǎn)是以其新陳代謝的多樣性而成為地球上無(wú)所不在及其無(wú)與倫比的巨大生物量, 促使科學(xué)家不斷重新審視它們?cè)诘厍蛑械牡匚缓妥饔? 并認(rèn)為微生物世界是“生物學(xué)中沉睡的巨人”, “巨人”的蘇醒正在給與人類更多的啟發(fā)。本世紀(jì)初以來, 科學(xué)家們從微生物在自然界成巖造丘過程中的作用得到啟發(fā), “學(xué)習(xí)自然、模擬自然”, 嘗試將微生物礦化技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)建筑材料中。本書重點(diǎn)介紹了微生物技術(shù)在膠砂固土、混凝土表面覆膜防護(hù)、混凝土裂縫被動(dòng)修復(fù)和自修復(fù), 以及重金屬離子鈍化固結(jié)中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。如何將自然界數(shù)十億年前已經(jīng)存在的微生物礦化作用為人類所用, 為人類造福, 正是本書撰寫的初衷。
適讀人群 ：本書屬于跨學(xué)科著作，讀者主要包括土木工程材料和微生物礦化領(lǐng)域的科研工作者和學(xué)生，以及對(duì)于跨學(xué)科研究有興趣的讀者
《微生物礦化的工程應(yīng)用基礎(chǔ)》內(nèi)容豐富、題材新穎,可供土木工程材料學(xué)科高校師生與科技人員參考閱讀.
序言
前言
第1章緒論1
1.1自然界的微生物礦化現(xiàn)象與機(jī)理1
1.1.1生物礦物的分布與特征1
1.1.2微生物在自然界成巖成礦中的作用2
1.1.3微生物在自然界中的礦化形成機(jī)制4
1.2微生物水泥與砂土穩(wěn)定研究進(jìn)展6
1.2.1砂土中的微生物水泥膠結(jié)機(jī)理7
1.2.2微生物水泥穩(wěn)固砂土應(yīng)用研究現(xiàn)狀9
1.3混凝土中微生物礦化技術(shù)研究進(jìn)展13
1.3.1微生物誘導(dǎo)礦化修復(fù)防護(hù)混凝土表面缺陷及裂縫機(jī)理14
1.3.2基于微生物礦化的混凝土表面覆膜防護(hù)15
1.3.3基于微生物礦化的混凝土裂縫被動(dòng)修復(fù)18
1.3.4基于微生物礦化的裂縫自修復(fù)效果評(píng)價(jià)表征方法20
1.3.5基于微生物礦化的混凝土裂縫自修復(fù)22
1.4重金屬離子原位生物礦化研究進(jìn)展24
1.4.1重金屬污染現(xiàn)狀及傳統(tǒng)治理方法24
1.4.2重金屬離子原位生物礦化技術(shù)研究進(jìn)展27
參考文獻(xiàn)29
第2章基于生物礦化的砂土膠結(jié)41
2.1引言41
2.2微生物膠結(jié)松散砂顆粒機(jī)理41
2.2.1松散砂粒間的微生物礦化機(jī)理41
2.2.2松散砂粒間的微生物膠結(jié)機(jī)理50
2.3微生物膠結(jié)砂體微觀結(jié)構(gòu)演化62
2.3.1XCT研究微生物水泥膠結(jié)砂體微觀結(jié)構(gòu)演變62
2.3.2微生物水泥膠結(jié)砂體微觀結(jié)構(gòu)和性能演變72
2.4不同尺度微生物膠結(jié)砂體性能76
2.4.1半米高微生物水泥膠結(jié)砂體制備76
2.4.20.5m×0.5m×0.5m尺寸的微生物水泥膠結(jié)體制備89
2.5微生物膠結(jié)過程的數(shù)學(xué)模型94
2.5.1模型的建立94
2.5.2邊界條件及參數(shù)97
2.5.3數(shù)值計(jì)算結(jié)果及其對(duì)比分析98
2.5.4工藝參數(shù)及材料參數(shù)對(duì)微生物水泥膠結(jié)效果影響的數(shù)值分析103
2.5.5微生物水泥膠結(jié)松散砂粒材料和工藝參數(shù)設(shè)計(jì)方法107
2.6微生物膠結(jié)其他顆粒110
2.6.1微生物膠結(jié)土110
2.6.2微生物膠結(jié)尾砂112
參考文獻(xiàn)114
第3章基于生物礦化的混凝土表面缺陷與裂縫被動(dòng)修復(fù)117
3.1引言117
3.2礦化微生物酶活性與沉積過程調(diào)控118
3.2.1碳酸鹽礦化菌產(chǎn)脲酶機(jī)制與酶活測(cè)定118
3.2.2礦化微生物的產(chǎn)酶工藝條件與控制122
3.2.3礦化微生物沉積碳酸鈣結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究126
3.2.4礦化微生物沉積碳酸鈣的晶型與形貌調(diào)控130
3.2.5礦化微生物沉積碳酸鈣速率調(diào)控145
3.3混凝土表面缺陷的生物礦化被動(dòng)修復(fù)148
3.3.1混凝土表面缺陷修復(fù)用防護(hù)層的性能要求149
3.3.2菌液浸泡礦化修復(fù)混凝土表面缺陷150
3.3.3菌液噴涂礦化修復(fù)混凝土表面缺陷153
3.3.4海藻酸鈉固載微生物涂刷礦化修復(fù)混凝土表面缺陷160
3.3.5瓊脂固載微生物涂刷礦化修復(fù)混凝土表面缺陷164
3.4混凝土裂縫的生物礦化被動(dòng)修復(fù)176
3.4.1表面涂抹閉合式修復(fù)混凝土微裂縫176
3.4.2固載微生物灌漿修復(fù)混凝土裂縫179
3.4.3微生物膠結(jié)基材修復(fù)混凝土裂縫184
參考文獻(xiàn)190
第4章基于生物礦化的混凝土自修復(fù)193
4.1引言193
4.2自修復(fù)機(jī)理194
4.2.1基于脲酶水解尿素誘導(dǎo)的自修復(fù)機(jī)理194
4.2.2基于內(nèi)部碳酸根來源的自修復(fù)機(jī)理195
4.2.3基于外部碳酸根來源的自修復(fù)機(jī)理201
4.3裂縫自修復(fù)效果及表征207
4.3.1微生物誘導(dǎo)礦化自修復(fù)混凝土裂縫概述207
4.3.2混凝土裂縫制作方法209
4.3.3滲透系數(shù)和面積自修復(fù)率表征方法評(píng)價(jià)212
4.3.4裂縫寬度自修復(fù)率表征方法216
4.3.5CT表征裂縫自修復(fù)效果218
4.3.6實(shí)際工程中的微生物自修復(fù)裂縫表征方法220
4.4不同條件下裂縫自修復(fù)221
4.4.1不同條件下裂縫自修復(fù)概述221
4.4.2自修復(fù)劑組分配比及用量221
4.4.3不同養(yǎng)護(hù)條件下自修復(fù)效果225
4.4.4不同溫度下自修復(fù)效果227
4.4.5不同鹽度下自修復(fù)效果228
4.4.6不同pH環(huán)境下自修復(fù)效果229
4.4.7不同供氧條件下自修復(fù)效果230
4.4.8不同開裂齡期下自修復(fù)效果231
4.4.9不同裂縫寬度下自修復(fù)效果233
參考文獻(xiàn)237
第5章基于生物礦化的重金屬離子鈍化239
5.1引言239
5.2重金屬離子對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響239
5.2.1重金屬離子對(duì)碳酸鹽礦化菌生長(zhǎng)的影響239
5.2.2重金屬離子對(duì)磷酸鹽礦化菌生長(zhǎng)的影響240
5.3重金屬離子礦化過程中的酶催化241
5.3.1重金屬離子礦化過程中脲酶的催化241
5.3.2重金屬離子礦化過程中磷酸酶的催化246
5.4重金屬礦化物特性及其形成255
5.4.1碳酸鹽礦化物特性及其形成255
5.4.2磷酸鹽礦化物的特性及其形成267
5.5微生物鈍化劑的制備與施用方法271
5.5.1碳酸鹽微生物鈍化劑的制備與施用方法271
5.5.2磷酸鹽微生物鈍化劑的施用方法277
5.6微生物鈍化劑的實(shí)地應(yīng)用280
5.6.1礦山開采尾礦治理實(shí)例280
5.6.2農(nóng)用田土壤治理實(shí)例282
5.6.3水體修復(fù)實(shí)例289
參考文獻(xiàn)291
彩圖
第1章 緒論
1.1 自然界的微生物礦化現(xiàn)象與機(jī)理
1.1.1 生物礦物的分布與特征生物礦化作用是一種很普遍的自然現(xiàn)象，幾乎每一種生物都能合成礦物.近年來，研究者們對(duì)生物礦化產(chǎn)物的多樣性和生物礦化過程的認(rèn)識(shí)有了驚人的增長(zhǎng).漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)代，有機(jī)體形成的礦物大大改變了生物圈的物理？化學(xué)特性，生物礦化對(duì)沉積環(huán)境做出了重大的貢獻(xiàn).研究發(fā)現(xiàn)碳酸鈣幾乎構(gòu)筑了廣闊的大陸邊緣[1，2].
經(jīng)過20億年物競(jìng)天擇的優(yōu)化，生物體結(jié)構(gòu)幾乎是完美的，許多類型的有機(jī)體在其細(xì)胞和組織位置形成沉積礦物，并且此過程在細(xì)胞的生命活動(dòng)中不斷得以精確重復(fù).這些細(xì)胞包括從細(xì)菌？海藻？原生物到骨的成骨細(xì)胞.礦物可能存在于細(xì)胞的封閉泡囊膜內(nèi)？細(xì)菌細(xì)胞壁的黏液內(nèi)或孕育在細(xì)胞外空間的生物聚合物內(nèi).
至今，人類已經(jīng)在生物中發(fā)現(xiàn)了60多種不同的生物礦物，表1-1列出了部分這些礦物的分布.表
1-1 生物礦物的種類及其分布
這些礦物的分布具有三個(gè)顯著的特點(diǎn):①近三分之二是鈣礦;②幾乎三分之二含水或羥基;③四分之一是膠體材料.
新書資訊