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水工混凝土矿化微生物固载及自修复试验研究

水力发电学报 2024年第6期43卷 1-10页

作者：孟永东薛玉何竹青徐晓蔚蔡征龙田斌水电工程施工与管理湖北省重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002 三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002

直接内掺方式制备微生物自修复混凝土会因拌合的机械挤压摩擦、生存环境受限等因素影响矿化微生物的长期活性。本文选择巴氏芽孢杆菌为矿化微生物,以膨胀珍珠岩和陶粒为微生物载体,以水泥浆和偏高岭土浆液为载体包覆材料,通过试验优选... 详细信息

直接内掺方式制备微生物自修复混凝土会因拌合的机械挤压摩擦、生存环境受限等因素影响矿化微生物的长期活性。本文选择巴氏芽孢杆菌为矿化微生物,以膨胀珍珠岩和陶粒为微生物载体,以水泥浆和偏高岭土浆液为载体包覆材料,通过试验优选有助于微生物释放和保护的载体及其合理粒径、包覆材料,并研究微生物固载对裂缝自修复效果的影响。结果表明:掺入定量的膨胀珍珠岩的水工混凝土试样劈裂裂缝处拉裂面积比更大,作为水工混凝土微生物固载材料时较陶粒更能有效释放矿化微生物;偏高岭土浆液较水泥浆更适合作为载体的包覆材料,其包覆的微生物14 d存活率为86.63%,有效保证了固载微生物的长期活性;对微生物进行膨胀珍珠岩固载和偏高岭土浆液包覆,修复养护90d裂缝最大修复宽度为0.616mm,高于直接内掺的0.453mm,有效改善了混凝土试件的裂缝自修复效果。

关键词：水工混凝土矿化微生物固载包覆材料裂缝自修复

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适宜水工混凝土内环境的矿化微生物梯度驯化优选

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水利学报 2024年第6期55卷 698-710页

作者：孟永东徐晓蔚丁毅王宇蔡征龙田斌三峡大学水电工程施工与管理湖北省重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学水利与环境工程学院湖北宜昌443002

水工混凝土内部高碱性环境限制了微生物混凝土的自修复效能。利用梯度驯化方法可提高矿化微生物对高碱度的耐受性,优选出适宜混凝土孔隙内环境并具备高诱导矿化沉积能力的增强嗜碱型微生物。首先,在实验室高碱性环境下,对比巨大、科氏... 详细信息

水工混凝土内部高碱性环境限制了微生物混凝土的自修复效能。利用梯度驯化方法可提高矿化微生物对高碱度的耐受性,优选出适宜混凝土孔隙内环境并具备高诱导矿化沉积能力的增强嗜碱型微生物。首先,在实验室高碱性环境下,对比巨大、科氏、枯草、巴氏等4种芽孢杆菌的活性及诱导矿化沉积量,初选耐碱性较好的微生物并对其开展耐碱性梯度驯化;随后,综合分析驯化微生物对混凝土力学性能、吸水性、渗透性和自愈能力的影响,通过扫描电子显微镜和X射线衍射对矿化产物微观形态和组成进行分析。结果表明:相较于巨大、科氏和枯草芽孢杆菌,巴氏芽孢杆菌在高碱性条件下表现出更强的活性,梯度驯化技术可进一步提高巴氏芽孢杆菌在高碱性环境中的活性,并证实通过该方法增强的耐碱性具有后代保留的特性;与掺未驯化微生物组试样相比,掺驯化微生物混凝土试样养护28 d的抗压强度提高了16.59%,吸水系数降低了37.74%,渗透系数减小了19.22%;掺驯化微生物混凝土试样的裂缝自修复试验得到裂缝最大修复宽度为0.57 mm,超过了未驯化微生物组的0.44 mm。本研究为基于微生物诱导矿化沉积技术的微生物水工混凝土研发和应用提供理论依据和技术支撑。

关键词：水工混凝土裂缝自修复矿化微生物梯度驯化微观分析

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纤维增强微生物混凝土抗裂性能及自修复试验

水力发电学报 2024年第8期43卷 22-31页

作者：孟永东程林徐晓蔚蔡征龙田斌水电工程施工与管理湖北省重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002 三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002

为了探究纤维对微生物混凝土抗裂性能和裂缝自修复效果的改善作用,试验优选出聚丙烯腈纤维并掺入微生物混凝土中,测试掺入纤维后微生物混凝土的力学性能、自修复养护期的裂缝透水性和裂缝残余宽度。试验结果表明,当纤维掺量为1.5 kg/m^... 详细信息

为了探究纤维对微生物混凝土抗裂性能和裂缝自修复效果的改善作用,试验优选出聚丙烯腈纤维并掺入微生物混凝土中,测试掺入纤维后微生物混凝土的力学性能、自修复养护期的裂缝透水性和裂缝残余宽度。试验结果表明,当纤维掺量为1.5 kg/m^(3)时,混凝土试件的劈裂抗拉强度恢复至未加载体试件的95.1%;修复养护28 d后,平均裂缝宽度为0.43 mm的试件透水性系数由3.35×10^(-5)m/s降至3.40×10^(-6)m/s,降幅达89.9%;能够愈合的最大裂缝宽度为0.82 mm。在微生物自修复混凝土中掺入纤维可有效提高其抗裂性能,增强裂缝自修复效果。

关键词：水工混凝土矿化微生物 MICP 纤维力学性能裂缝自修复

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纤维增强微生物混凝土抗裂性能及自修复试验

水力发电学报 2024年

作者：孟永东程林徐晓蔚蔡征龙田斌水电工程施工与管理湖北省重点实验室(三峡大学) 三峡大学水利与环境学院

为了探究纤维对微生物混凝土抗裂性能和裂缝自修复效果的改善作用，试验优选出聚丙烯腈纤维并掺入微生物混凝土中，测试掺入纤维后微生物混凝土的力学性能、自修复养护期的裂缝透水性和裂缝残余宽度。试验结果表明，当纤维掺量为1.5 kg... 详细信息

为了探究纤维对微生物混凝土抗裂性能和裂缝自修复效果的改善作用，试验优选出聚丙烯腈纤维并掺入微生物混凝土中，测试掺入纤维后微生物混凝土的力学性能、自修复养护期的裂缝透水性和裂缝残余宽度。试验结果表明，当纤维掺量为1.5 kg/m3时，混凝土试件的劈裂抗拉强度恢复至未加载体试件的95.1%；修复养护28 d后，平均裂缝宽度为0.43 mm的试件透水性系数由3.35×10-5m/s降至3.40×10-6m/s，降幅达89.9%；能够愈合的最大裂缝宽度为0.82 mm。在微生物自修复混凝土中掺入纤维可有效提高其抗裂性能，增强裂缝自修复效果。

关键词：水工混凝土矿化微生物 MICP 纤维力学性能裂缝自修复

土壤中微生物诱导碳固定技术的应用及其固碳途径与分子机制研究

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土壤中微生物诱导碳固定技术的应用及其固碳途径与分子机制研究

作者：曹丹内蒙古科技大学

学位级别：硕士

控制大气中二氧化碳浓度,是遏制地球升温和实现碳中和的关键。二氧化碳的固定是缓解气候变化的有效途径之一,提高土壤碳库的碳储存潜力是一种公认的捕获大气CO的策略。微生物诱导碳固定（microbial-induced carbon fixation,MICF）是微... 详细信息

控制大气中二氧化碳浓度,是遏制地球升温和实现碳中和的关键。二氧化碳的固定是缓解气候变化的有效途径之一,提高土壤碳库的碳储存潜力是一种公认的捕获大气CO的策略。微生物诱导碳固定（microbial-induced carbon fixation,MICF）是微生物诱导碳酸盐沉淀技术的延伸,是一种通过微生物诱导碳酸盐矿化升高环境中的酸碱度,并且将大气的二氧化碳进行固定为土壤无机碳的方法。目前,微生物诱导碳固定在土壤中的固碳效果与固碳机理尚未明确。因此,本研究选用课题组自主生产的具备MICF功能的蒙科优菌1号（MK-1）菌剂,通过密闭瓶实验确定菌液吸收CO的效果;通过CO稳定同位素标记实验分析土壤有机碳与无机碳的固碳潜力与固碳速率变化特征;通过宏基因组测序技术手段分析了不同处理土壤中固碳微生物群落丰度和代谢途径变化;利用荧光定量PCR技术,并分析筛选出来丰度升高的基因的定量表达。得到的主要结论如下:（1）微生物诱导碳固定菌液能够吸收大气的二氧化碳。本研究设置了不同控制条件下菌液对CO吸收的影响,其中二氧化碳浓度梯度0%VOL、1%VOL、5%VOL、10%VOL和pH值的梯度6、7、8、9、10、11。结果表明,微生物诱导碳固定对CO具有一定的吸收效果,CO浓度在10%VOL,pH=7时,菌液对CO吸收最多,为2.05%VOL;对溶液pH=7时的CO吸收曲线分别进行指数拟合和多项式拟合,得到当二氧化碳浓度大于4.73%VOL时,菌液对大气的CO呈吸收状态。同时,CO浓度影响着矿化,除10%VOL浓度CO组外pH=8时生成的沉淀量效果最好;CO浓度对MK-1菌生长有着抑制的作用,二氧化碳浓度越高,细菌生长的抑制作用越明显。此外,CO浓度会影响沉淀的晶型,通过SEM和XRD分析,得到浓度为10%VOL的矿化产物为球霰石和方解石混合的形貌。在1%VOL浓度CO的C同位素标记实验中,添加菌剂组的土壤无机碳含量和C丰度均升高,而有机碳含量变化不大。（2）在土壤中添加微生物诱导碳固定菌剂,能提升大气CO转化为土壤无机碳的固定效果。在大气浓度条件下的C同位素标记实验中,添加菌剂后的土壤无机碳量及其C丰度含量升高,土壤无机碳固碳效率和固碳潜力增加,达到了原土的76倍,并且菌剂能提升微生物对土壤无机碳的贡献率。此外,添加菌剂能提升土壤微生物碳量（MBC）,提高土壤脲酶活力,降低土壤蔗糖酶活力和土壤-β-葡萄糖苷酶活力。通过分析土壤同化碳量与环境因子的关系,得出同化有机碳与β-葡萄糖苷酶活力和蔗糖酶活力呈正相关关系,无机碳同化量与电导率（EC）呈正相关关系。（3）微生物诱导碳固定能提高土壤碳相关微生物的丰度,增加土壤碳固定途径,同时提升碳循环关键基因表达。通过宏基因组学分析,得出添加菌剂使土壤微生物多样性降低,但菌剂使土壤中嗜盐菌和碳相关微生物的丰度增加,主要有纤细芽孢杆菌属（Gracilibacillus）、普罗威登斯菌属（Providencia）、赖氨酸芽胞杆菌属（Lysinibacillus）;降低博斯氏菌属（Bosea）、幽门螺杆菌（Phreatobacter）、卡尼比乌斯属（Caenibius）、甲基杆菌属（Methylorubrum）的丰度。在门水平上,SBG组与Ignavibacteriae,热袍菌门（Thermotogae）、装甲菌门（Armatimonadetes）,疣微菌门（Verrucomicrobia）、浮霉菌门（Planctomycetes）、蓝细菌门（Cyanobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）等呈正相关。通过对其固碳途径的分析,得出添加菌剂会使土壤微生物的光合作用碳固定通路的还原磷酸戊糖循环（卡尔文循环）途径的丰度降低,但是会使CAM（景天酸代谢）、C4循环、还原柠檬酸盐循环（r TCA循环）、二羧酸-羟基丁酸循环和羟基丙酸-羟基丁酸循环增加,其中,SB组和SBG组在原核生物碳固定通路独有还原柠檬酸循环（r TCA循环）的5种关键基因ACO、IDH1、kor A、ppd K、E4.***.1.2A。通过筛选碳相关基因mdh、GAPDH、frd A、mur A、GFPT、ADH5、adh C、脲酶基因（Ure E）、碳酸酐酶（CA）进行荧光定量PCR实验,结果显示土壤中添加菌剂会导致参与碳循环的基因ADH5、adh C、GAPDH、GFPT、mdh、mur A表达量增加,碳酸酐酶（CA）、脲酶基因（Ure E）表达量增加,基因frd A表达量增加不明显。

关键词： MICF 矿化微生物土壤碳固定固碳途径宏基因组

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内掺微生物水工混凝土的早期强度和微观特征

水力发电学报 2021年第8期40卷 93-99页

作者：孟永东王定杰蔡征龙田斌丁毅何竹青三峡大学湖北省水电工程施工与管理重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002

混凝土裂缝的微生物自修复是近年来国内外研究的热点之一。为研究内掺矿化微生物对水工混凝土早期抗压强度和微观孔隙特征的影响,以科氏芽孢杆菌为矿化微生物,乳酸钙为营养物质,进行不同内掺微生物浓度的水工混凝土抗压试验,分析内掺微... 详细信息

混凝土裂缝的微生物自修复是近年来国内外研究的热点之一。为研究内掺矿化微生物对水工混凝土早期抗压强度和微观孔隙特征的影响,以科氏芽孢杆菌为矿化微生物,乳酸钙为营养物质,进行不同内掺微生物浓度的水工混凝土抗压试验,分析内掺微生物浓度对水工混凝土抗压强度的影响规律,通过氮吸附和扫描电镜分析测试,从微观角度研究内掺微生物对水工混凝土微孔结构及微观形貌的影响。试验结果表明:内掺微生物对水工混凝土抗压强度有明显改善,随着内掺微生物浓度的增大,混凝土抗压强度增幅呈先大后小的趋势,当微生物浓度为9.8×107 cells/cm3时,混凝土的抗压强度增幅最大,28 d抗压强度增加13.1%;微观测试发现,内掺微生物能有效提高水工混凝土胶凝材料浆体的均匀致密程度,改善了混凝土的内部结构,进而使内掺矿化微生物的水工混凝土抗压强度显著提高。

关键词：水工混凝土矿化微生物抗压强度孔隙结构微观特征

混凝土修复功能菌Bacillus cohnii DSM6307芽孢发酵条件优化

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深圳大学学报（理工版） 2015年第2期32卷 145-151页

作者：柯金龙彭慧刘冰邓旭邢锋深圳大学生命科学学院深圳518060 深圳大学土木工程学院深圳518060

对嗜碱科式芽孢杆菌(alkaliphilic Bacillus cohnii,DSM6307)芽孢形成的影响因素进行了研究.单因素实验结果表明,蔗糖为最适碳源,最佳质量浓度为1.0 g/L;牛肉膏为最适氮源,最佳质量浓度为3.0 g/L;Mn2+最适质量浓度为3.2 mg/L;Mg2+最适... 详细信息

对嗜碱科式芽孢杆菌(alkaliphilic Bacillus cohnii,DSM6307)芽孢形成的影响因素进行了研究.单因素实验结果表明,蔗糖为最适碳源,最佳质量浓度为1.0 g/L;牛肉膏为最适氮源,最佳质量浓度为3.0 g/L;Mn2+最适质量浓度为3.2 mg/L;Mg2+最适质量浓度为0.12 g/L;最适温度为30℃;装液量为50 m L(250 m L锥形瓶).运用Plackett-Burman法研究了碳源、氮源、微量元素、温度和装液量5个因素对DSM6307产芽孢数的影响,结果表明,碳源、氮源和Mn2+是影响DSM6307芽孢产量的显著因子.运用中心组合设计实验对这3种显著因子进行优化后,应用响应面模型测出蔗糖、牛肉膏和Mn2+的最优质量浓度分别为1.30 g/L、3.29 g/L和11.48 mg/L,预测芽孢数为1.67×109m L-1.在此优化条件下,实验得到的芽孢数为1.50×109m L-1,与预测值接近.

关键词：矿化微生物嗜碱芽孢杆菌芽孢形成优化条件 Plackett-Burman设计中心组合设计

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混凝土的微生物自修复技术研究进展

混凝土 2014年第8期 38-42,48页

作者：彭慧张金龙刘冰邓旭邢锋深圳大学生命学院广东深圳518060 深圳大学土木工程学院广东深圳518060

混凝土其最大的缺点是表面及内部容易产生微裂缝。微生物诱导碳酸盐沉积被认为是一种有效的微生物修复混凝土的策略,目前已逐渐引起人们的关注。在阐述了混凝土裂缝自修复机理的基础上,对近年来利用微生物的碳酸盐沉积作用修复混凝土方... 详细信息

混凝土其最大的缺点是表面及内部容易产生微裂缝。微生物诱导碳酸盐沉积被认为是一种有效的微生物修复混凝土的策略,目前已逐渐引起人们的关注。在阐述了混凝土裂缝自修复机理的基础上,对近年来利用微生物的碳酸盐沉积作用修复混凝土方面的研究现状和成果进行了系统的综述,并对未来该领域有待解决的一些问题提出建议。

关键词：矿化微生物碳酸钙混凝土自修复

混凝土修复功能菌Bacillus cohnii DSM6307芽孢萌发条件探究

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科技通报 2016年第5期32卷 219-223,227页

作者：程文凤彭慧刘冰邓旭邢锋深圳大学生命与海洋科学学院广东深圳518060 深圳大学土木工程学院广东深圳518060

目的:研究具有矿化能力的科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii,DSM6307)芽孢的萌发条件。方法:运用光吸收法对芽孢的萌发结果进行检测。结果:最适萌发缓冲液为Na2CO3/Na HCO3,芽孢萌发率为66.16%;萌发剂为肌苷,芽孢萌发率为83.89%,肌苷最适浓... 详细信息

目的:研究具有矿化能力的科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii,DSM6307)芽孢的萌发条件。方法:运用光吸收法对芽孢的萌发结果进行检测。结果:最适萌发缓冲液为Na2CO3/Na HCO3,芽孢萌发率为66.16%;萌发剂为肌苷,芽孢萌发率为83.89%,肌苷最适浓度为15 mmol/L;热激温度60℃,热激时间5 min,芽孢萌发率达到90.85%;而营养底物的加入,也促使芽孢迅速萌发,变成营养体。结论:萌发缓冲液、萌发剂的种类及浓度、热激温度及时间、营养底物均能影响芽孢的萌发率。

关键词：混凝土矿化微生物科氏芽孢杆菌芽孢萌发率