摘要
基础设施的拆除和改扩建产生了巨量的建筑垃圾，建筑垃圾主要再利用方式为制作再生骨料，但是再生骨料内部存在微裂缝和孔隙，这导致其物理力学性质较天然骨料更差，产品性能更低。本文主要研究微生物矿化改性反应的主要影响因素，探讨利用该技术改性建筑垃圾的方法和改性后再生骨料的物理力学性质变化，并探索改性再生骨料在路基填料中的应用。本文主要得到以下结论: (1)通过微生物化学实验，研究各参数对脲酶活性和矿化反应过程的影响，确定最适反应条件。脲酶活性与细菌数量和温度成正相关，pH值为8时脲酶活性达到最大。脲酶活性可以提升微生物矿化反应的速率和效率，底物浓度的增加可以提升微生物矿化反应的速率，但过高时会降低反应效率。乙酸钙水溶液呈碱性，因此能够提高微生物矿化反应速率约10％，但是考虑乙酸钙价格高昂，最终选择氯化钙作为钙源。 (2)基于最适反应条件，采用浸泡法和喷洒法分别对再生骨料进行改性处理，以吸水率为评价指标确定最佳改性方法，研究表观密度、吸水特性、粘结特性、硬度、抗剪强度和压碎值等物理力学指标变化规律。浸泡法在底物浓度为0.5mol/L的改性效果最好，而喷洒法在底物浓度为1.0mol/L时改性效果更好。对比二者的最佳改性效果，喷洒法在各个级配下均优于浸泡法。随着喷洒次数的增加，再生骨料的表观密度、内摩擦角逐渐增大，吸水率、脱落率和压碎值不断降低。微生物矿化改性对于里氏硬度小于300HL部位硬度有小幅提升。 (3)通过压汞测试、BET测试、扫描电镜(SEM)测试、X射线衍射(XRD)测试等技术手段，研究改性前后孔隙特征、微观结构和矿物成分变化，探讨改性机理。压汞测试和BET测试表明，粗骨料和中骨料的孔径主要集中在10-200nm，细骨料孔径主要集中在4-100nm，改性后小孔体积大幅减小，表明孔隙被填充和堵塞。 SEM测试表明，改性后生成方解石对再生骨料表面的孔隙和裂缝进行了填充，并对表面细小颗粒进行了包裹，从而提升了其物理力学特性。XRD测试表明，再生骨料改性后碳酸钙含量明显增加，碳酸钙主要结晶形式为方解石。 (4)基于上述研究，最终建立了同时考虑孔隙填充和淤堵的微生物矿化改性再生骨料动力学模型，并结合实验结果对模型进行验证。建立的微生物矿化动力学模型能够计算不同改性方法和改性次数下的再生骨料孔隙分布特性和孔隙率变化情况，计算结果与实验数据的对比表明该模型具有较好的准确性。 (5)将改性后再生骨料应用于路基填料之中，研究不同配合比下再生骨料承载比性能变化规律。由于单档骨料在重型击实试验中易被击碎，最终测得承载比偏小。 当粗骨料、中骨料、细骨料和土的干质量占比分别为28.00％、28.00％、14.00％和30.00％时，三档再生骨料与土形成的复合材料的承载比最大，为101.81％，改性后承载比为123.40％，提升约21.20％。
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