【摘 要】
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循环流化床粉煤灰（Circulating fluidized bed fly ash,简称CFA）是循环流化床锅炉燃用煤矸石、褐煤等低品位劣质煤所产生的工业固体废弃物,循环流化床锅炉特有的燃烧方式决定了CFA的物理化学性质与普通煤粉炉粉煤灰存在较大差异性。由于成灰过程中加入了过量钙质脱硫剂,CFA具有高钙特性,甚至具有一定的水化自硬性;由于成灰温度处于粘土矿物中温反应活性区域,CFA还具有火山灰活
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循环流化床粉煤灰（Circulating fluidized bed fly ash,简称CFA）是循环流化床锅炉燃用煤矸石、褐煤等低品位劣质煤所产生的工业固体废弃物,循环流化床锅炉特有的燃烧方式决定了CFA的物理化学性质与普通煤粉炉粉煤灰存在较大差异性。由于成灰过程中加入了过量钙质脱硫剂,CFA具有高钙特性,甚至具有一定的水化自硬性;由于成灰温度处于粘土矿物中温反应活性区域,CFA还具有火山灰活性。生物水泥是指利用矿化细菌诱导Ca2+沉积生成的具有胶凝作用的方解石晶体,CFA的高钙特性使其具有作为生物水泥钙源的潜力;同时,硅酸细菌可通过侵蚀分解CFA中的硅酸盐矿物提高CFA火山灰活性。本论文以循环流化床粉煤灰为研究对象,在综合分析其物理化学特性的基础上,提出以微生物诱导矿化和活化作用协同提高循环流化床粉煤灰基胶凝材料应用性能的新方法。本文首先探究了矿化菌介导的微生物矿化协同循环流化床粉煤灰水化对循环流化床粉煤灰胶凝性能的提升,微生物诱导碳酸钙矿化（Microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP）过程中,循环流化床粉煤灰提供钙源的同时,为矿化菌提供附着位点,有助于电负性胞外聚合物的积累,增加菌体表面对Ca2+的吸附,从而提高MICP效率。微生物诱导矿化生成的Ca CO3,与循环流化床粉煤灰水化产物,协同提高循环流化床粉煤灰基胶凝材料的胶凝强度,并优化孔隙结构,所得胶结砂柱最大抗压强度提高180%,透水系数降低一个数量级。本文还探究了胶质类芽孢杆菌（Paenibacillus mucilaginosus,P.m）对循环流化床粉煤灰的活化和矿化作用,结果表明与原状CFA相比,经P.m处理的CFA在碱性环境中Si O2和Al2O3溶解速率及其在饱和石灰水中的对Ca2+吸收能力均提高,表明CFA火山灰活性提高。研究发现P.m的碳酸酐酶是促进Si O2溶解的主要因素之一,同时碳酸酐酶也能导致Ca CO3矿化。不同P.m含量的CFA-15%石灰体系的硬化特性和水化产物进一步证实了P.m对CFA火山灰活性的影响,40%P.m有利于促进CFA水化、加速钙矾石早期形成和诱导生物矿化,从而改善硬化浆体的力学性能。本文通过微生物矿化和活化作用协同提高CFA基胶凝材料的胶凝性能的方法,充分利用CFA高钙特性和火山灰活性的特性,同时微生物矿化过程对CFA内源钙的消耗在一定程度上还可缓解CFA基胶凝材料在水化后由于高钙引起的安定性问题,对CFA资源化利用具有重要指导意义。
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