●序言
前言
第1章 建築材料中的微生物礦化基礎 1
1.1 自然界的微生物礦化 1
1.2 建築材料中的微生物礦化研究史 2
1.2.1 砂土中的微生物礦化 2
1.2.2 水泥基材料中的微生物礦化 3
1.2.3 鋼渣膠凝材料中的微生物礦化 4
1.3 幾種典型建築材料中的微生物礦化條件 4
1.3.1 建築材料中微生物礦化的理化環境參數 4
1.3.2 三種典型建築材料礦化環境的模擬 8
1.4 膠質芽孢杆菌在建築材料中的生長與馴化 8
1.4.1 芽孢的萌發 8
1.4.2 膠質芽孢杆菌生長特性 9
1.4.3 碳源、氮源對微生物生長的作用 10
1.4.4 無機鹽對微生物生長的作用 11
1.4.5 生長因子對微生物生長的作用 12
1.4.6 微生物的生長與消亡 13
1.4.7 耐低溫膠質芽孢杆菌特性 14
1.5 碳酸鹽礦化菌的生長與馴化 16
1.5.1 碳酸鹽礦化菌的生長特性 16
1.5.2 碳酸鹽礦化菌的培育優化 19
1.5.3 碳酸鹽礦化菌在高堿環境中的馴化 25
1.5.4 Cd2+對碳酸鹽礦化菌生長的影響 29
1.6 嗜堿碳酸鹽礦化菌的生長與選育 29
1.6.1 嗜堿芽孢杆菌的選擇 29
1.6.2 嗜堿芽孢杆菌的培育 30
1.6.3 氧氣的作用 31
1.6.4 嗜堿芽孢杆菌的耐堿馴化 32
1.6.5 嗜堿芽孢杆菌的芽孢轉化與耐堿性 34
1.7 磷酸鹽礦化菌的生長特性 35
1.7.1 磷酸鹽礦化菌生物學特性 35
1.7.2 菌液pH隨培養時間的變化規律 36
1.7.3 環境條件對細菌生長的影響 37
1.7.4 重金屬離子對細菌生長的影響 37
1.7.5 底物種類對細菌生長的影響 38
1.8 酶促離子形成與礦化機理 38
1.8.1 微生物酶 38
1.8.2 膠質芽孢杆菌酶活性 39
1.8.3 碳酸鹽礦化菌產脲酶機制與酶活性測定 41
1.8.4 磷酸鹽礦化菌酶活性 46
1.8.5 酶促離子形成與酶反應動力學 54
1.8.6 細菌體成核和加速結晶作用及其驗證 65
1.8.7 碳酸鈣的微生物誘導礦化機理 71
參考文獻 72
第2章 生物碳酸鹽水泥 74
2.1 微生物對生物碳酸鈣特性的影響 74
2.1.1 微生物對礦化率的影響 74
2.1.2 生物礦物特性 75
2.2 陽離子對生物碳酸鈣的影響 86
2.2.1 Ca2+濃度的影響 86
2.2.2 Ca2+/Mg2+值的影響 97
2.3 陰離子對生物碳酸鈣的影響 107
2.3.1 陰離子種類的影響 107
2.3.2 pH的影響 117
2.4 生物碳酸鈣尺寸、形貌與膠結力的關繫 129
2.4.1 分解溫度和黏附力與形貌的關繫 129
2.4.2 分解溫度和黏附力與晶粒尺寸的關繫 129
2.4.3 分解溫度和黏附力與顆粒尺寸的關繫 129
2.5 膠結性能與機理 131
2.5.1 生物碳酸鈣與玻璃板的界面膠結力 131
2.5.2 不同尺度膠結砂體性能 137
2.5.3 微生物碳酸鹽水泥膠結機理 141
參考文獻 143
第3章 生物磷酸鹽水泥 144
3.1 生物磷酸鹽礦物特性 144
3.1.1 生物磷酸鎂 144
3.1.2 生物磷酸鐵 148
3.1.3 生物磷酸鋇 151
3.1.4 生物磷酸鈣/羥基磷灰石 158
3.2 生物磷酸鋇水泥的預沉澱拌和工藝 160
3.2.1 原材料與實驗方法 160
3.2.2 預沉澱拌和與灌漿工藝效果對比 162
3.2.3 靜置時間對生物磷酸鹽成分和形貌的影響 162
3.2.4 靜置時間和摻量對膠結砂柱性能的影響 164
3.3 生物磷酸鋇預沉澱干粉拌和膠結工藝 169
3.4 生物磷酸鹽膠凝材料界面性能與膠結特征 171
3.4.1 磷酸鹽膠凝材料-載玻片界面結合力實驗設計 171
3.4.2 界面性能的表征方法 171
3.4.3 超聲振蕩實驗結果分析 171
3.4.4 不同條件對界面礦化沉積的影響 173
3.4.5 劃痕實驗結果分析 176
3.4.6 生物膠結砂柱宏觀性能分析 177
3.4.7 生物膠結砂柱微觀形貌分析 180
3.4.8 膠結砂柱的成分 183
3.4.9 膠結砂柱中Si—O的FTIR光譜偏移 184
3.4.10 膠結砂柱中石英砂Si(2p)電子結合能變化 185
3.4.11 膠結砂柱的熱性質 186
3.4.12 膠結砂柱的微結構 186
參考文獻 187
第4章 微生物復合水泥 189
4.1 氨和尿素含量測量方法 189
4.1.1 氨含量測量方法 189
4.1.2 尿素含量測量方法 190
4.2 微生物復合水泥膠砂過程中氨的形態和固氨效果 191
4.2.1 未分解尿素含量與理論產氨量 191
4.2.2 排放到砂體外空氣中的氨氣 191
4.2.3 留在砂柱中和灌漿過程流出液中的銨根離子 192
4.2.4 砂柱中鳥糞石結合的銨根離子 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 復合水泥與生物碳酸鈣水泥膠砂過程氨排放對比 193
4.3 微生物復合水泥膠砂工藝 193
4.3.1 預沉澱拌和工藝 193
4.3.2 灌漿工藝 195
4.3.3 預沉澱拌和工藝與灌漿工藝比較 198
4.3.4 很好固氨率下的膠結性能 199
4.4 微生物復合水泥膠結特征 200
4.4.1 復合水泥-載玻片界面結合力 200
4.4.2 砂柱的界面結構 201
4.4.3 不同環境下石英砂的Si(2p)電子結合能 202
4.4.4 砂柱的熱性質 202
4.4.5 砂柱的微結構 203
參考文獻 204
第5章 微生物水泥應用 205
5.1 微生物水泥鈍化土壤重金屬 205
5.1.1 礦山尾礦治理實例 205
5.1.2 農用土壤治理 207
5.2 微生物水泥膠結砂土性能與微觀結構 210
5.2.1 膠結土壤性能表征方法 210
5.2.2 膠結土壤微觀結構表征方法 213
5.2.3 膠結工藝的影響 214
5.2.4 土壤pH 和環境溫度的影響 216
5.2.5 土壤類型的影響 219
5.2.6 性能和微觀結構的深度演變 222
5.3 微生物水泥揚塵治理應用實例 227
5.3.1 微生物水泥抑制砂土揚塵 227
5.3.2 微生物水泥抑制建築工地粉土揚塵 235
5.3.3 微生物水泥抑制建築工地黏土揚塵 239
5.3.4 微生物水泥抑制不同類型土壤揚塵的效果比較 244
5.3.5 微生物水泥抑制揚塵技術經濟性和生態性分析 245
參考文獻 246
第6章 微生物-鋼渣膠凝材料基本原理 247
6.1 鋼渣及其作為膠凝材料使用的問題 247
6.1.1 鋼渣的化學成分 247
6.1.2 鋼渣的物相組成 248
6.1.3 遊離氧化鈣和氧化鎂含量 249
6.1.4 鋼渣作為膠凝材料使用的主要問題 249
6.2 微生物與鋼渣安定性不良組分的碳化轉化 250
6.2.1 遊離氧化鈣、遊離氧化鎂碳化反應熱力學分析 250
6.2.2 遊離氧化鈣、遊離氧化鎂碳化反應動力學分析 251
6.2.3 微生物對遊離氧化鈣、遊離氧化鎂碳化反應的影響 254
6.2.4 微生物-鋼渣膠凝材料的體積穩定性 257
6.3 微生物與鋼渣中硅酸鈣礦物的利用 259
6.3.1 鋼渣中硅酸鈣礦物的碳化反應 259
6.3.2 微生物對硅酸鹽礦物碳化反應的影響 263
6.3.3 復合微生物礦化鋼渣制品強度 266
參考文獻 267
第7章 微生物-鋼渣膠凝材料制品性能與應用 268
7.1 微生物-鋼渣膠凝材料微觀結構 268
7.1.1 微生物-鋼渣膠凝材料固相分析 268
7.1.2 漿體孔隙結構 272
7.2 微生物-鋼渣膠凝材料制品性能 274
7.2.1 制品配合比 274
7.2.2 養護制度對鋼渣制品性能的影響 275
7.2.3 鋼渣制品微觀結構 278
7.2.4 鋼渣制品體積穩定性 279
7.3 微生物-鋼渣膠凝材料產品及工程應用 282
7.3.1 產品生產 282
7.3.2 產品應用 283
參考文獻 285

《新型微生物水泥》繫統介紹了微生物礦化在典型建築材料中的應用基礎、作用機制及新型微生物水泥研發與工程應用。《新型微生物水泥》共7章，主要內容包括：典型建築材料中的理化環境特征及適用礦化微生物的生物學特性，生物碳酸鹽水泥、生物磷酸鹽水泥、微生物復合水泥、微生物激發鋼渣膠凝材料的研發原理與膠凝特性，以及在重金屬鈍化、揚塵抑制、鋪裝材料制備方面的工程應用。《新型微生物水泥》將自然、綠色的微生物礦化現像發展為建築材料制備技術，為傳統土木工程材料綠色化制備提供了新途徑。