混凝土是土木建筑领域使用最为广泛的建筑材料。混凝土结构在使用过程中易开裂,裂缝的出现严重影响建筑结构的寿命和安全,混凝土裂缝的修复问题是学术界和工程界关注的焦点,而微生物诱导碳酸钙（Microbially induced carbonate precipitation,MICP）技术由于其环境友好性被提出在混凝土裂缝修复方面有广阔的应用前景。基于此,论文以国家自然科学基金项目（51578147,51278099）、江苏省研究生科研与实践创新计划项目（KYCX18＿0107）、东南大学优秀博士学位论文培育基金（YBJJ1846）为依托,开展了不同的裂缝宽度的MICP量化修复,并在此基础上提出低温和强碱条件下提高MICP修复效率的方法,同时还通过理论计算对相关机理进行深入量化研究。主要研究内容和成果如下:（1）通过大量的试验分析,确定最优MICP工作温度、p H值、尿素、钙离子浓度等条件,提出一种营养液优化配方和一种添加尿素的改进技术,通过MICP矿化试验验证其优势,为后续宽裂缝修复奠定基础。选用巴氏芽孢杆菌,研究不同条件对其生长特征、脲酶活性和碳酸钙产率的影响,确定后续试验初始p H值、适宜尿素、钙离子浓度等条件;利用生物膜生长连接成片的特性提出了一种提高碳酸钙产率的微生物营养液优化配方,获得更高的脲酶活性和碳酸钙产率同时使沉淀便于聚集成团,为较宽裂缝修复提供可能;利用常规MICP矿化试验验证了巴氏芽孢杆菌的MICP胶结能力,并提出添加尿素的方式对MICP矿化技术进行改进,获得更多的碳酸钙,为更大尺度裂缝填砂修复奠定了基础;同时参照碳酸钙矿化的试验,研究碳酸镁矿化的可行性,再次验证添加尿素方式的优势。（2）通过MICP矿化固砂试验研究,建立并验证了孔隙网络生长模型的正确性,同时考虑生物膜生长对模型进行优化,最后还建立了MICP裂缝修复模型。解析尿素分解速率公式,并考虑MICP过程中溶质对流扩散、微生物流动运输、碳酸钙沉淀和化学反应的影响,建立化学反应初始计算模型。考虑孔体孔喉影响建立一维孔隙网络生长模型,考虑生物膜生长影响后对碳酸钙产率计算模型进行优化,通过MICP矿化固砂试验结果验证模型的正确性,实现了碳酸钙生产量理论计算分析。类比于MICP孔隙网络模型,建立MICP裂缝修复模型,为混凝土裂缝修复的应用提供理论支撑和基础。（3）针对不同宽度混凝土裂缝分别提出点滴法、注射法、灌注法和改进营养液的修复工艺,并对修复效果进行评价;利用0.5～2.0 mm裂缝修复试验结果验证MICP裂缝修复计算模型的可行性;通过改进营养液修复1.0～2.0 mm裂缝试验,证明改进营养液具有产生碳酸钙聚集成团的优越性。选用巴氏芽孢杆菌,针对混凝土试件的0.05～0.15 mm裂缝提出了MICP混合液点滴法修复工艺;对0.1～0.5 mm裂缝采用注射MICP混合液的修复工艺;对0.5～1.0 mm裂缝采用灌注MICP混合液的修复工艺;利用提出的高活性脲酶MICP配方,提高MICP修复混凝土裂缝的宽度,同时将试验测得碳酸钙产率与理论计算结果进行对比,验证了MICP裂缝修复计算模型的有效性和可行性;利用改进后的营养液成功修复宽度为1.0～2.0 mm裂缝,证明改进营养液具有产生碳酸钙聚集成团的优越性;通过各指标进行修复效果评价分析,研究得到不同裂缝宽度对应的不同的MICP工艺。（4）在MICP矿化固砂试验和室内1.0～2.0 mm裂缝修复试验的基础上,成功修复实体外墙侧移裂缝,并对修复效果进行评价。选用巴氏芽孢杆菌,基于MICP矿化固砂试验和室内1.0～2.0 mm裂缝修复试验,为验证MICP现场裂缝修复的可行性,将MICP技术用于南京某小区外墙侧移裂缝的修复,并成功修复现场宽裂缝;现场试验通过裂缝渗水速率、表面强度、碳酸钙含量和声时值等指标分析了现场混凝土裂缝的MICP修复效果。（5）针对混凝土裂缝修复时低温环境脲酶活性低和碳酸钙产率低的限制,提出三种改进方法,提高低温条件的修复效果。从巴氏芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和四种土壤中分离菌种中筛选出适应低温条件下的菌种,确定低温MICP的最优尿素和钙离子浓度条件,并提出胶凝液中添加营养物质,培养过程中后加尿素和低温驯化三种方式提高低温条件下较低的碳酸钙产率;根据前期试验结果,选出巨大芽孢杆菌进行MICP矿化固砂试验和低温裂缝修复试验,使低温条件下MICP矿化和裂缝修复成为可能。（6）针对MICP裂缝修复中碱性环境高p H值,碳酸钙产率低的问题,提出了添加氧化铝的方法,提高了MICP修复混凝土裂缝的修复效果。通过巴氏芽孢杆菌的生长特征,脲酶活性与碳酸钙产率等指标研究了添加氧化铝对MICP过程的影响;采用添加氧化铝的方法对0.5～1.0 mm裂缝进行MICP修复,通过浸出液p H值、尿素利用率、声时值、碳酸钙生成率与抗压强度等指标评价了MICP修复效果,验证了添加氧化铝方法修复混凝土裂缝的有效性和可行性。