新型微生物水泥

《新型微生物水泥》系统介绍了微生物矿化在典型建筑材料中的应用基础、作用机制及新型微生物水泥研发与工程应用。《新型微生物水泥》共7章，主要内容包括：典型建筑材料中的理化环境特征及适用矿化微生物的生物学特性，生物碳酸盐水泥、生物磷酸盐水泥、微生物复合水泥、微生物激发钢渣胶凝材料的研发原理与胶凝特性，以及在重金属钝化、扬尘抑制、铺装材料制备方面的工程应用。《新型微生物水泥》将自然、绿色的微生物矿化现象发展为建筑材料制备技术，为传统土木工程材料绿色化制备提供了新途径。

序言
前言
第1章 建筑材料中的微生物矿化基础 1
1.1 自然界的微生物矿化 1
1.2 建筑材料中的微生物矿化研究史 2
1.2.1 砂土中的微生物矿化 2
1.2.2 水泥基材料中的微生物矿化 3
1.2.3 钢渣胶凝材料中的微生物矿化 4
1.3 几种典型建筑材料中的微生物矿化条件 4
1.3.1 建筑材料中微生物矿化的理化环境参数 4
1.3.2 三种典型建筑材料矿化环境的模拟 8
1.4 胶质芽孢杆菌在建筑材料中的生长与驯化 8
1.4.1 芽孢的萌发 8
1.4.2 胶质芽孢杆菌生长特性 9
1.4.3 碳源、氮源对微生物生长的作用 10
1.4.4 无机盐对微生物生长的作用 11
1.4.5 生长因子对微生物生长的作用 12
1.4.6 微生物的生长与消亡 13
1.4.7 耐低温胶质芽孢杆菌特性 14
1.5 碳酸盐矿化菌的生长与驯化 16
1.5.1 碳酸盐矿化菌的生长特性 16
1.5.2 碳酸盐矿化菌的培育优化 19
1.5.3 碳酸盐矿化菌在高碱环境中的驯化 25
1.5.4 Cd2+对碳酸盐矿化菌生长的影响 29
1.6 嗜碱碳酸盐矿化菌的生长与选育 29
1.6.1 嗜碱芽孢杆菌的选择 29
1.6.2 嗜碱芽孢杆菌的培育 30
1.6.3 氧气的作用 31
1.6.4 嗜碱芽孢杆菌的耐碱驯化 32
1.6.5 嗜碱芽孢杆菌的芽孢转化与耐碱性 34
1.7 磷酸盐矿化菌的生长特性 35
1.7.1 磷酸盐矿化菌生物学特性 35
1.7.2 菌液pH随培养时间的变化规律 36
1.7.3 环境条件对细菌生长的影响 37
1.7.4 重金属离子对细菌生长的影响 37
1.7.5 底物种类对细菌生长的影响 38
1.8 酶促离子形成与矿化机理 38
1.8.1 微生物酶 38
1.8.2 胶质芽孢杆菌酶活性 39
1.8.3 碳酸盐矿化菌产脲酶机制与酶活性测定 41
1.8.4 磷酸盐矿化菌酶活性 46
1.8.5 酶促离子形成与酶反应动力学 54
1.8.6 细菌体成核和加速结晶作用及其验证 65
1.8.7 碳酸钙的微生物诱导矿化机理 71
参考文献 72
第2章 生物碳酸盐水泥 74
2.1 微生物对生物碳酸钙特性的影响 74
2.1.1 微生物对矿化率的影响 74
2.1.2 生物矿物特性 75
2.2 阳离子对生物碳酸钙的影响 86
2.2.1 Ca2+浓度的影响 86
2.2.2 Ca2+/Mg2+值的影响 97
2.3 阴离子对生物碳酸钙的影响 107
2.3.1 阴离子种类的影响 107
2.3.2 pH的影响 117
2.4 生物碳酸钙尺寸、形貌与胶结力的关系 129
2.4.1 分解温度和黏附力与形貌的关系 129
2.4.2 分解温度和黏附力与晶粒尺寸的关系 129
2.4.3 分解温度和黏附力与颗粒尺寸的关系 129
2.5 胶结性能与机理 131
2.5.1 生物碳酸钙与玻璃板的界面胶结力 131
2.5.2 不同尺度胶结砂体性能 137
2.5.3 微生物碳酸盐水泥胶结机理 141
参考文献 143
第3章 生物磷酸盐水泥 144
3.1 生物磷酸盐矿物特性 144
3.1.1 生物磷酸镁 144
3.1.2 生物磷酸铁 148
3.1.3 生物磷酸钡 151
3.1.4 生物磷酸钙/羟基磷灰石 158
3.2 生物磷酸钡水泥的预沉淀拌和工艺 160
3.2.1 原材料与实验方法 160
3.2.2 预沉淀拌和与灌浆工艺效果对比 162
3.2.3 静置时间对生物磷酸盐成分和形貌的影响 162
3.2.4 静置时间和掺量对胶结砂柱性能的影响 164
3.3 生物磷酸钡预沉淀干粉拌和胶结工艺 169
3.4 生物磷酸盐胶凝材料界面性能与胶结特征 171
3.4.1 磷酸盐胶凝材料-载玻片界面结合力实验设计 171
3.4.2 界面性能的表征方法 171
3.4.3 超声振荡实验结果分析 171
3.4.4 不同条件对界面矿化沉积的影响 173
3.4.5 划痕实验结果分析 176
3.4.6 生物胶结砂柱宏观性能分析 177
3.4.7 生物胶结砂柱微观形貌分析 180
3.4.8 胶结砂柱的成分 183
3.4.9 胶结砂柱中Si—O的FTIR光谱偏移 184
3.4.10 胶结砂柱中石英砂Si(2p)电子结合能变化 185
3.4.11 胶结砂柱的热性质 186
3.4.12 胶结砂柱的微结构 186
参考文献 187
第4章 微生物复合水泥 189
4.1 氨和尿素含量测量方法 189
4.1.1 氨含量测量方法 189
4.1.2 尿素含量测量方法 190
4.2 微生物复合水泥胶砂过程中氨的形态和固氨效果 191
4.2.1 未分解尿素含量与理论产氨量 191
4.2.2 排放到砂体外空气中的氨气 191
4.2.3 留在砂柱中和灌浆过程流出液中的铵根离子 192
4.2.4 砂柱中鸟粪石结合的铵根离子 192
4.2.5 砂柱和流出液中水合氨 192
4.2.6 固氨率 193
4.2.7 复合水泥与生物碳酸钙水泥胶砂过程氨排放对比 193
4.3 微生物复合水泥胶砂工艺 193
4.3.1 预沉淀拌和工艺 193
4.3.2 灌浆工艺 195
4.3.3 预沉淀拌和工艺与灌浆工艺比较 198
4.3.4 很好固氨率下的胶结性能 199
4.4 微生物复合水泥胶结特征 200
4.4.1 复合水泥-载玻片界面结合力 200
4.4.2 砂柱的界面结构 201
4.4.3 不同环境下石英砂的Si(2p)电子结合能 202
4.4.4 砂柱的热性质 202
4.4.5 砂柱的微结构 203
参考文献 204
第5章 微生物水泥应用 205
5.1 微生物水泥钝化土壤重金属 205
5.1.1 矿山尾矿治理实例 205
5.1.2 农用土壤治理 207
5.2 微生物水泥胶结砂土性能与微观结构 210
5.2.1 胶结土壤性能表征方法 210
5.2.2 胶结土壤微观结构表征方法 213
5.2.3 胶结工艺的影响 214
5.2.4 土壤pH 和环境温度的影响 216
5.2.5 土壤类型的影响 219
5.2.6 性能和微观结构的深度演变 222
5.3 微生物水泥扬尘治理应用实例 227
5.3.1 微生物水泥抑制砂土扬尘 227
5.3.2 微生物水泥抑制建筑工地粉土扬尘 235
5.3.3 微生物水泥抑制建筑工地黏土扬尘 239
5.3.4 微生物水泥抑制不同类型土壤扬尘的效果比较 244
5.3.5 微生物水泥抑制扬尘技术经济性和生态性分析 245
参考文献 246
第6章 微生物-钢渣胶凝材料基本原理 247
6.1 钢渣及其作为胶凝材料使用的问题 247
6.1.1 钢渣的化学成分 247
6.1.2 钢渣的物相组成 248
6.1.3 游离氧化钙和氧化镁含量 249
6.1.4 钢渣作为胶凝材料使用的主要问题 249
6.2 微生物与钢渣安定性不良组分的碳化转化 250
6.2.1 游离氧化钙、游离氧化镁碳化反应热力学分析 250
6.2.2 游离氧化钙、游离氧化镁碳化反应动力学分析 251
6.2.3 微生物对游离氧化钙、游离氧化镁碳化反应的影响 254
6.2.4 微生物-钢渣胶凝材料的体积稳定性 257
6.3 微生物与钢渣中硅酸钙矿物的利用 259
6.3.1 钢渣中硅酸钙矿物的碳化反应 259
6.3.2 微生物对硅酸盐矿物碳化反应的影响 263
6.3.3 复合微生物矿化钢渣制品强度 266
参考文献 267
第7章 微生物-钢渣胶凝材料制品性能与应用 268
7.1 微生物-钢渣胶凝材料微观结构 268
7.1.1 微生物-钢渣胶凝材料固相分析 268
7.1.2 浆体孔隙结构 272
7.2 微生物-钢渣胶凝材料制品性能 274
7.2.1 制品配合比 274
7.2.2 养护制度对钢渣制品性能的影响 275
7.2.3 钢渣制品微观结构 278
7.2.4 钢渣制品体积稳定性 279
7.3 微生物-钢渣胶凝材料产品及工程应用 282
7.3.1 产品生产 282
7.3.2 产品应用 283
参考文献 285