【摘要】：微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積技術(shù)作為一項(xiàng)綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的新型技術(shù),得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注與深入研究。此項(xiàng)技術(shù)具有固化膠結(jié)松散砂土顆粒的潛在價值,可應(yīng)用于加固軟弱地基、防風(fēng)治沙等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)技術(shù)相比,由于其能耗少、污染輕、相容性好等優(yōu)勢,具有較高的生態(tài)利用價值。本文著重探討MICP技術(shù)在砂土固化領(lǐng)域的應(yīng)用,設(shè)計(jì)礦化試驗(yàn)研究了不同影響因素下微生物浸泡砂土的固化效果與力學(xué)特性,并從微細(xì)觀角度進(jìn)行了深入分析。首先從微生物的活化與培養(yǎng)繁殖入手,探索微生物的生長特性及變量因素并開展溶液內(nèi)礦化反應(yīng);繼而探索不同固化工藝對松散砂顆粒的固化效果,重點(diǎn)研究砂顆粒粒徑尺寸、菌液初始濃度和膠結(jié)液初始濃度對試樣固化效果的影響,并分析礦化過程中注液循環(huán)批次、測試強(qiáng)度和碳酸鈣含量變化規(guī)律;最后利用SEM掃描電鏡分析探明了礦化產(chǎn)物的形成規(guī)律,使用基于離散單元法的數(shù)值軟件PFC得出了礦化試樣加載過程中的細(xì)觀力學(xué)特征。最終得到以下研究結(jié)論:(1)微生物的脲酶活性與菌液濃度呈正比例關(guān)系。不同濃度菌液在靜置過程中,其濃度和脲酶活性會隨時間的增長而逐漸降低;不同濃度菌液-鈣離子礦化組合時具有不同的最佳礦化反應(yīng)時間。在開展礦化試驗(yàn)時,應(yīng)使用摩爾比為1:1的尿素與CaCl2作為誘導(dǎo)物質(zhì),在較高溫度(不超過50℃),在pH值為6.0-9.0范圍內(nèi)開展礦化試驗(yàn)。(2)在應(yīng)用MICP技術(shù)進(jìn)行砂土固化時,采用垂直滲透固化工藝的方法有利于提高固化試樣的均勻性,同時符合實(shí)際工程的應(yīng)用。按此工藝固化成型的砂顆粒試樣,試樣的抗壓強(qiáng)度目前最高達(dá)到3.26 MPa,抗拉強(qiáng)度最高達(dá)到0.79 MPa。在所研究的變量因素中,顆粒粒徑尺寸對固化效果的影響最為明顯,大空隙率砂土有利于礦化產(chǎn)物的填充積累達(dá)到良好的固化效果。菌液濃度與膠結(jié)液濃度的高低組合,影響著礦化反應(yīng)的速率和礦化均勻性。采用菌液初始OD值0.5,膠結(jié)液濃度0.5mol/L的組合注液工況,相對其他工況而言,其礦化反應(yīng)的可控性較好,具有較為理想的固化效果。注液循環(huán)批次、碳酸鈣含量與強(qiáng)度值亦存在一定的聯(lián)系,即提高注液循環(huán)批次,有利于砂礫間碳酸鈣含量的提升,而強(qiáng)度值隨碳酸鈣含量的增多呈逐漸增長趨勢。(3)在本文的試驗(yàn)條件下,通過SEM掃描電鏡觀測到的溶液內(nèi)微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的礦化產(chǎn)物大部分為球狀的球霰石,并且在菌液初始濃度相同的情況下,隨著膠結(jié)液濃度的提高,礦化產(chǎn)物的顆粒尺寸呈逐漸增大的趨勢。而在砂礫間的礦化反應(yīng),礦化產(chǎn)物多為不規(guī)則多面體所堆積而成的方解石,說明砂礫間礦化反應(yīng)較為復(fù)雜。(4)在離散元細(xì)觀力學(xué)分析中,微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積固化砂土試樣具有典型的巖土材料力學(xué)性能。試樣顆粒粒徑較小的試驗(yàn)工況具有較多的裂紋數(shù);不同類型能量的變化規(guī)律與加載過程的應(yīng)力-應(yīng)變情況聯(lián)系密切,可以為微生物礦化材料的破壞提供一定的參考。
【圖文】：

微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積固化過程示意圖

論文研究技術(shù)路線圖
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU441

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