Microbial-induced carbonate Precipitation for Strength Improvement in Mortar

混凝土常利用添加卜作嵐材料的方式來改善其弱相界面，本研究則利用微生物誘導碳酸鈣沉澱的技術，以礦化作用的方式膠結材料來改善混凝土弱相界面。研究中使用Bacillus pasteurii菌種，取水灰比0.4、0.5及0.6，變化微生物濃度、添加鈣源與營養源差異及改變養護方式下，製作不同水泥砂漿立方試體，以試驗方式探討微生物誘導碳酸鈣沉澱對於水泥砂漿抗壓強度的影響。 研究結果顯示，水灰比越低的試驗組，以微生物誘導碳酸鈣沉澱強化抗壓強度越為有利，並在相同水灰比的條件下，微生物濃度較高的試驗組，有15%最大的抗壓強度增加；添加鈣源後增加水泥砂漿整體含鈣量，可使初齡期抗壓強度增加，但因拌合水中在早期會產生碳酸鈣粉粒，超過一定比例後會使抗壓強度下降；循環養護雖可增強微生物誘導碳酸鈣沉澱反應，但與標準養護相比，持續地保持水化反應與供應尿素源，對於強度發展更為有利；營養源中含有多醣體，添加過量至水泥砂漿中將會抑制水化作用進行，不利於早期強度發展。The addition of Pozzolan material is a common way to improve concrete's weak interface between aggregate and cement. In this study, Microbial-induced carbonate precipitation technology is applied to cement materials and improve the weak interface of concrete. The tests of this study design the different water-cement ratio 0.4, 0.5, and 0.6, varying concentration of Bacillus pasteurii, calcium, and nutrient and changing the curing mode to make mortar cubes. Supposed to explore what the effect of Microbial-induced carbonate precipitation on the compressive strength of cement mortar. The results show the lower the water-cement ratio, the better the effect of Microbial-induced carbonate precipitation on compressive strength. Under the same water-cement ratio, 15% maximal compressive strength increased in the higher microbial concentration tests. Adding calcium increases the amount of calcium in the mortar and further increases the compressive strength at early age, but the calcium carbonate particles at certain percentage in the mixed water will reduce the compressive strength. Compared with normal curing, cycle curing can enhance Microbial-induced carbonate precipitation. However, the normal one continuously maintaining the hydration reaction and supplying of urea is better for the development of the compressive strength. Nutrient contains polysaccharides, which will inhibit the hydration effect if added too much to the cement mortar. It is therefore not conducive to the development of compressive strength at early age.摘要 i Abstract ii 目次 iii 表目錄 v 圖目錄 vi 照片目錄 viii 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2研究動機及目的 2 1.3研究內容及方法 3 1.4研究流程圖 4 第二章 文獻探討 5 2.1介面過渡區 5 2.2微生物誘導酸鈣沉澱 6 2.3微生物作用之原理 7 2.4外在條件對於酸鈣沉澱之影響 8 2.5微生物誘導酸鈣沉澱之應用 9 2.5.1降低材料之滲透性 9 2.5.2裂縫之修補 10 2.5.3砂柱之膠結 11 2.6微生物誘導酸鈣沉澱應用於混凝土強度之研究 11 第三章 試驗規劃 16 3.1試驗目的 16 3.2試驗材料 16 3.3試驗設備 17 3.4試驗方法及試體製作 18 3.4.1菌液濃度之定量 18 3.4.2砂漿配比設計 19 3.4.3砂漿試體製作方法 20 3.4.4抗壓強度試驗與設備說明 20 3.4.5微觀試驗及試驗設備說明 21 第四章 結果與討論 33 4.1微生物添加量對水泥砂漿強度之影響 33 4.1.1水灰比0.6試驗組強度比較 33 4.1.2水灰比0.5試驗組強度比較 34 4.1.3水灰比0.4試驗組強度比較 34 4.2添加鈣源對水泥砂漿強度之影響 35 4.2.1水灰比0.6試驗組強度比較 35 4.2.2水灰比0.5試驗組強度比較 36 4.2.3水灰比0.4試驗組強度比較 36 4.3養護方式對水泥砂漿強度之影響 37 4.3.1水灰比0.6試驗組強度比較 37 4.3.2水灰比0.5試驗組強度比較 37 4.3.3水灰比0.4試驗組強度比較 38 4.4營養源添加對水泥砂漿強度之影響 38 4.5 FE-SEM微觀分析 40 第五章 結論與建議 63 5.1結論 63 5.2建議 64 參考文獻 6