微生物进化的一个重要特点是以其新陈代谢的多样性而成为地球上无所不在及其无与伦比的巨大生物量, 促使科学家不断重新审视它们在地球中的地位和作用, 并认为微生物世界是“生物学中沉睡的巨人”, “巨人”的苏醒正在给与人类更多的启发。本世纪初以来, 科学家们从微生物在自然界成岩造丘过程中的作用得到启发, “学习自然、模拟自然”, 尝试将微生物矿化技术应用于传统建筑材料中。本书重点介绍了微生物技术在胶砂固土、混凝土表面覆膜防护、混凝土裂缝被动修复和自修复, 以及重金属离子钝化固结中的应用基础研究。如何将自然界数十亿年前已经存在的微生物矿化作用为人类所用, 为人类造福, 正是本书撰写的初衷。

适读人群 ：本书属于跨学科著作，读者主要包括土木工程材料和微生物矿化领域的科研工作者和学生，以及对于跨学科研究有兴趣的读者
《微生物矿化的工程应用基础》内容丰富、题材新颖,可供土木工程材料学科高校师生与科技人员参考阅读.

序言
前言
第1章绪论1
1.1自然界的微生物矿化现象与机理1
1.1.1生物矿物的分布与特征1
1.1.2微生物在自然界成岩成矿中的作用2
1.1.3微生物在自然界中的矿化形成机制4
1.2微生物水泥与砂土稳定研究进展6
1.2.1砂土中的微生物水泥胶结机理7
1.2.2微生物水泥稳固砂土应用研究现状9
1.3混凝土中微生物矿化技术研究进展13
1.3.1微生物诱导矿化修复防护混凝土表面缺陷及裂缝机理14
1.3.2基于微生物矿化的混凝土表面覆膜防护15
1.3.3基于微生物矿化的混凝土裂缝被动修复18
1.3.4基于微生物矿化的裂缝自修复效果评价表征方法20
1.3.5基于微生物矿化的混凝土裂缝自修复22
1.4重金属离子原位生物矿化研究进展24
1.4.1重金属污染现状及传统治理方法24
1.4.2重金属离子原位生物矿化技术研究进展27
参考文献29
第2章基于生物矿化的砂土胶结41
2.1引言41
2.2微生物胶结松散砂颗粒机理41
2.2.1松散砂粒间的微生物矿化机理41
2.2.2松散砂粒间的微生物胶结机理50
2.3微生物胶结砂体微观结构演化62
2.3.1XCT研究微生物水泥胶结砂体微观结构演变62
2.3.2微生物水泥胶结砂体微观结构和性能演变72
2.4不同尺度微生物胶结砂体性能76
2.4.1半米高微生物水泥胶结砂体制备76
2.4.20.5m×0.5m×0.5m尺寸的微生物水泥胶结体制备89
2.5微生物胶结过程的数学模型94
2.5.1模型的建立94
2.5.2边界条件及参数97
2.5.3数值计算结果及其对比分析98
2.5.4工艺参数及材料参数对微生物水泥胶结效果影响的数值分析103
2.5.5微生物水泥胶结松散砂粒材料和工艺参数设计方法107
2.6微生物胶结其他颗粒110
2.6.1微生物胶结土110
2.6.2微生物胶结尾砂112
参考文献114
第3章基于生物矿化的混凝土表面缺陷与裂缝被动修复117
3.1引言117
3.2矿化微生物酶活性与沉积过程调控118
3.2.1碳酸盐矿化菌产脲酶机制与酶活测定118
3.2.2矿化微生物的产酶工艺条件与控制122
3.2.3矿化微生物沉积碳酸钙结晶动力学研究126
3.2.4矿化微生物沉积碳酸钙的晶型与形貌调控130
3.2.5矿化微生物沉积碳酸钙速率调控145
3.3混凝土表面缺陷的生物矿化被动修复148
3.3.1混凝土表面缺陷修复用防护层的性能要求149
3.3.2菌液浸泡矿化修复混凝土表面缺陷150
3.3.3菌液喷涂矿化修复混凝土表面缺陷153
3.3.4海藻酸钠固载微生物涂刷矿化修复混凝土表面缺陷160
3.3.5琼脂固载微生物涂刷矿化修复混凝土表面缺陷164
3.4混凝土裂缝的生物矿化被动修复176
3.4.1表面涂抹闭合式修复混凝土微裂缝176
3.4.2固载微生物灌浆修复混凝土裂缝179
3.4.3微生物胶结基材修复混凝土裂缝184
参考文献190
第4章基于生物矿化的混凝土自修复193
4.1引言193
4.2自修复机理194
4.2.1基于脲酶水解尿素诱导的自修复机理194
4.2.2基于内部碳酸根来源的自修复机理195
4.2.3基于外部碳酸根来源的自修复机理201
4.3裂缝自修复效果及表征207
4.3.1微生物诱导矿化自修复混凝土裂缝概述207
4.3.2混凝土裂缝制作方法209
4.3.3渗透系数和面积自修复率表征方法评价212
4.3.4裂缝宽度自修复率表征方法216
4.3.5CT表征裂缝自修复效果218
4.3.6实际工程中的微生物自修复裂缝表征方法220
4.4不同条件下裂缝自修复221
4.4.1不同条件下裂缝自修复概述221
4.4.2自修复剂组分配比及用量221
4.4.3不同养护条件下自修复效果225
4.4.4不同温度下自修复效果227
4.4.5不同盐度下自修复效果228
4.4.6不同pH环境下自修复效果229
4.4.7不同供氧条件下自修复效果230
4.4.8不同开裂龄期下自修复效果231
4.4.9不同裂缝宽度下自修复效果233
参考文献237
第5章基于生物矿化的重金属离子钝化239
5.1引言239
5.2重金属离子对微生物生长的影响239
5.2.1重金属离子对碳酸盐矿化菌生长的影响239
5.2.2重金属离子对磷酸盐矿化菌生长的影响240
5.3重金属离子矿化过程中的酶催化241
5.3.1重金属离子矿化过程中脲酶的催化241
5.3.2重金属离子矿化过程中磷酸酶的催化246
5.4重金属矿化物特性及其形成255
5.4.1碳酸盐矿化物特性及其形成255
5.4.2磷酸盐矿化物的特性及其形成267
5.5微生物钝化剂的制备与施用方法271
5.5.1碳酸盐微生物钝化剂的制备与施用方法271
5.5.2磷酸盐微生物钝化剂的施用方法277
5.6微生物钝化剂的实地应用280
5.6.1矿山开采尾矿治理实例280
5.6.2农用田土壤治理实例282
5.6.3水体修复实例289
参考文献291
彩图

第1章 绪论
1.1 自然界的微生物矿化现象与机理
1.1.1 生物矿物的分布与特征生物矿化作用是一种很普遍的自然现象，几乎每一种生物都能合成矿物.近年来，研究者们对生物矿化产物的多样性和生物矿化过程的认识有了惊人的增长.漫长的地质时代，有机体形成的矿物大大改变了生物圈的物理？化学特性，生物矿化对沉积环境做出了重大的贡献.研究发现碳酸钙几乎构筑了广阔的大陆边缘[1，2].
经过20亿年物竞天择的优化，生物体结构几乎是完美的，许多类型的有机体在其细胞和组织位置形成沉积矿物，并且此过程在细胞的生命活动中不断得以精确重复.这些细胞包括从细菌？海藻？原生物到骨的成骨细胞.矿物可能存在于细胞的封闭泡囊膜内？细菌细胞壁的黏液内或孕育在细胞外空间的生物聚合物内.
至今，人类已经在生物中发现了60多种不同的生物矿物，表1-1列出了部分这些矿物的分布.表
1-1 生物矿物的种类及其分布
这些矿物的分布具有三个显著的特点:①近三分之二是钙矿;②几乎三分之二含水或羟基;③四分之一是胶体材料.