混凝土是建筑中最廣泛使用的材料之一。然而，隨著(zhù)城市化進(jìn)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(lái)生產(chǎn)再生粗骨料混凝土(RCAC)，但它們可能會(huì )引起各種問(wèn)題。尤其在寒冷地區，日常的凍融循環(huán)會(huì )損壞混凝土，造成安全問(wèn)題。

　　在最近發(fā)表于《清潔生產(chǎn)雜志》(Journal of Cleaner Production)上的一篇論文中，西交利物浦大學(xué)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(jīng)過(guò)處理的再生粗集料混凝土可以承受多達 225 次的凍融循環(huán)，比未經(jīng)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(cháng)遠來(lái)看是不可持續的。“傳統方法包括降低水灰比、增加化學(xué)摻合物，實(shí)質(zhì)上增加了化學(xué)物質(zhì)的使用，會(huì )給可持續發(fā)展帶來(lái)不利影響。”

　　“相比之下，我們提出對環(huán)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(huì )產(chǎn)生有毒或污染性物質(zhì)。”他說(shuō)。

　　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(guān)重要。

　　在凍融循環(huán)中，水會(huì )滲透到混凝土里，并在結構中產(chǎn)生裂縫，降低其耐久度。這是因為水結冰時(shí)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(jīng)過(guò)細菌處理就直接使用到混凝土中，勢必會(huì )增高吸水率。而反硝化細菌可以堵住水進(jìn)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(guò)創(chuàng )造更穩定的結構，來(lái)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(huì )被反硝化細菌產(chǎn)生的碳酸鈣晶體填滿(mǎn)，更密集的結構能降低冷凍水的膨脹效應。”

　　“我們的實(shí)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(guò)程中會(huì )消耗掉多余的氫氧化鈣，使混凝土更耐凍。通常來(lái)說(shuō)，骨料和水泥基體之間的氫氧化鈣對強度和耐久性會(huì )產(chǎn)生不利效果。”

　　Chin 教授表示，盡管這種新方法顯著(zhù)提高了再生粗骨料混凝土的抗凍融性，但還需要進(jìn)一步的研究，通過(guò)使用納米材料或其他具有生物礦化方法的水泥基材料來(lái)提高抗凍性。“日后的研究還需要考量經(jīng)濟成本，并用生命周期評價(jià)法來(lái)量化環(huán)境影響。”

　　該研究小組由來(lái)自西交利物浦大學(xué)土木工程系的劉作為、Chee Seong Chin 教授和夏駿博士組成。(顧秋萍 錢(qián)懿 張蔚)