微生物固化技術(MICP)是巖土工程領域新興起的一種不良地基處理技術,不同地基土體之間的顆粒粒徑并不相同,其固化效果也可能存在一定差別。選用3種不同顆粒粒徑范圍的砂土進行微生物固化處理,并基于無側限抗壓強度試驗、孔隙體積測量和洗酸處理,從宏觀角度分析顆粒粒徑對微生物固化效果的影響。結合掃描電鏡測試,從細觀角度對微生物固化機制進行了初探。研究結果表明,微生物固化砂土中碳酸鈣晶體以顆粒簇形式堆積在砂土顆粒表面及顆粒間接觸處,其尺寸隨碳酸鈣晶體堆疊程度的增加而增大;對于顆粒粒徑較小的砂土,顆粒間孔隙較易被碳酸鈣晶體填充密實,固化試樣內有效碳酸鈣晶體比例較大,"結構性"較強,無側限抗壓強度較高。
【部分圖文】：

無塊狀顆粒以及無氣泡產生時視為碳酸鈣完全溶解。用自來水多次沖洗溶解后的砂土，沖洗完畢將砂土放入烘箱中烘干至恒重。洗酸試驗前后試樣干重差即為細菌誘導產生的碳酸鈣質量。3.4掃描電鏡測試將固化試樣放入60℃的烘箱中烘干后，取小塊制成尺寸約為1.0cm3的方塊試樣，并采用掃描電鏡（SEM）進行掃描測試，以分析固化試樣內碳酸鈣晶體的分布。4試驗結果分析4.1孔隙率微生物固化是以土體中微生物的生命活動及其代謝產物誘導產生碳酸鈣晶體，并沉積在土體顆粒表面、顆粒間接觸處及孔隙內，減小土體孔隙率。圖2為不同顆粒粒徑條件下固化前后砂土試樣的孔隙率。從圖中可以看出，C組試樣固化后孔隙率減小量最大，約為16.43%；A組與B組試樣固化后孔隙率減小量則較為相近，分別約9.85%和10.76%。圖2不同顆粒粒徑對微生物固化試樣孔隙率的影響Fig.2Effectofparticlesizeonporosityofbio-cementedsandspecimen4.2碳酸鈣含量微生物固化試樣孔隙率的減小與碳酸鈣晶體沉積量直接相關，同時碳酸鈣晶體的引入是微生物固化技術改善土體力學特性的根本原因，因此碳酸鈣晶體沉積量是微生物固化效果好壞的一項重要參考指標，Whiffin等[18]認為微生物固化土中碳酸鈣含量超過60kg/m3即可顯著改善土體的強度。圖3為不同顆粒粒徑條件下微生物固化試樣內的碳酸鈣含量。從圖中可以看出，各組試樣中的碳酸鈣含量均遠高于60kg/m3，并與固化后試樣孔隙率減小量的規(guī)律基本一致；C組試樣內的碳酸鈣含量最高，為230.2kg/m3，A組與B組的較為相近，分別為207.0kg/m3和199.7kg/m3。圖3微生物固化試樣碳酸鈣含量均值(單位:kg/m3)Fig.3Averagedcalcitecontentofbio-cementedsandspecimen(unit:kg/m3)4.3無側限抗

化后孔隙率減小量最大，約為16.43%；A組與B組試樣固化后孔隙率減小量則較為相近，分別約9.85%和10.76%。圖2不同顆粒粒徑對微生物固化試樣孔隙率的影響Fig.2Effectofparticlesizeonporosityofbio-cementedsandspecimen4.2碳酸鈣含量微生物固化試樣孔隙率的減小與碳酸鈣晶體沉積量直接相關，同時碳酸鈣晶體的引入是微生物固化技術改善土體力學特性的根本原因，因此碳酸鈣晶體沉積量是微生物固化效果好壞的一項重要參考指標，Whiffin等[18]認為微生物固化土中碳酸鈣含量超過60kg/m3即可顯著改善土體的強度。圖3為不同顆粒粒徑條件下微生物固化試樣內的碳酸鈣含量。從圖中可以看出，各組試樣中的碳酸鈣含量均遠高于60kg/m3，并與固化后試樣孔隙率減小量的規(guī)律基本一致；C組試樣內的碳酸鈣含量最高，為230.2kg/m3，A組與B組的較為相近，分別為207.0kg/m3和199.7kg/m3。圖3微生物固化試樣碳酸鈣含量均值(單位:kg/m3)Fig.3Averagedcalcitecontentofbio-cementedsandspecimen(unit:kg/m3)4.3無側限抗壓強度微生物固化過程中誘導產生的碳酸鈣晶體具有膠結作用，能夠將松散土顆粒膠結成一整體，提高土體強度。圖4為不同顆粒粒徑條件下微生物固化砂土試樣無側限抗壓強度。從圖中可以看出，不同顆粒粒徑條件下微生物固化試樣無側限抗壓強度圖4微生物固化試樣無側限抗壓強度均值(單位:kPa)Fig.4Averagedunconfinedcompressivestrengthofbio-cementedsandspecimen(unit:kPa)50403020100初始孔隙率固化后孔隙率隙率孔/%試樣分組ABC43.5133.6643.7933.0346.4430.01250200150100500酸鈣碳量含/(k/mg3)試樣分組ABC207.0199.7230.2250

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