Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

שיפור הקרקע החולית באמצעות Microbially המושרה הקלציט משקעים (MICP) על ידי הטבילה

Published: September 12, 2019 doi: 10.3791/60059
Automatic Translation
1, 1, 1, 2, 1, 3
1Department of Civil & Environmental Engineering, Jackson State University, 2School of Civil Engineering and Architecture, Chongqing University of Science and Technology, 3Department of Civil & Architectural Engineering, Tennessee State University

Summary

כאן, המושרה באופן מיקרוביאלי משקעים (MICP) טכנולוגיה מוצגת כדי לשפר את תכונות הקרקע על ידי טבילה.

Abstract

המטרה של מאמר זה היא לפתח שיטת טבילה כדי לשפר את משקעים מיקרו הקלציט המושרה (MICP) התייחס דגימות. כור אצווה הורכב לטבול דגימות הקרקע לתוך מדיה ציפוי בצמנט. התקשורת ציפוי בצמנט יכול לפזר בחופשיות לתוך דגימות הקרקע במחולל אצווה במקום ציפוי בצמנט מדיה להיות מוזרק. תבנית מלאה של מגע גמיש, עובש מגע קשיח מלא, ותבנית לבנה מקורחת שימשו להכנת מחזיקי קרקע שונים. סיבים סינתטיים וסיבים טבעיים נבחרו כדי לחזק את דגימות הקרקע מטופלים MICP. באזורים שונים של הדגימות. שטופלו ב-micp נמדדו תוצאות ההפצה CaCO3 הראו כי הזירז caco3 הופץ בצורה אחידה בדגימת הקרקע על ידי שיטת טבילה.

Introduction

כטכנולוגיה לשיפור הקרקע הביולוגית, התוצאה הנגרמת באמצעות קלציט משקעים (MICP) מסוגלת לשפר את תכונות ההנדסה של הקרקע. הוא שימש להגברת החוזק, הנוקשות והחדירות של הקרקע. טכניקת micp צברה תשומת לב רבה לשיפור הקרקע ברחבי העולם1,2,3,4. משקעים באופן טבעי מתרחשים ויכולים להיגרם על ידי אורגניזמים שאינם פתוגניים הילידים לסביבה הקרקע5. התגובה הביוגיאוכימית micp מונעת על ידי קיומו של חיידקים ureolytic, אוריאה ופתרון עשיר בסידן5,6. Sporosarcina מפוסטר הוא אנזים האוראז פעיל מאוד המזרז את רשת התגובה כלפי משקעים של הקלציט7,8. תהליך של אוריאה הידרוליזה מייצרת אמוניום מומס (NH4 +) ו קרבונט אורגניים (CO32-). יוני קרבונט מגיבים עם יוני סידן כדי לזרז כגבישי סידן פחמתי. תגובות אוריאה הידרוליזה מוצגות כאן:

Equation 1

Equation 2

הזירז CaCO3 יכול קשר את חלקיקי החול יחד כדי לשפר את המאפיינים הנדסיים של הקרקע מטופלים micp. טכניקת ה-micp הוחלה ביישומים שונים, כגון שיפור החוזק והנוקשות של הקרקע, תיקון הבטון והשיקום הסביבתי9,10,11,12, מיכל בן 13 , מיכל בן 14 , . חמש עשרה

ז'או ואח '16 פיתח שיטת טבילה כדי להכין דגימות מטפל micp. עובש גמיש למגע מלא עשוי מאריג שימוש בשיטה זו. את הזירז CaCO3 מופץ בצורה אחידה לאורך דגימות micp שלהם מטופלים. Bu et al.17 פיתח עובש נוקשה למגע מלא כדי להכין דגימות קרן מטופלים micp על ידי שיטת טבילה. המדגם מטופל MICP שהוכנו על ידי שיטה זו באמצעות עובש המגע נוקשה מלא יכול ליצור את צורת הקורה המתאימה. המדגם מטופל MICP חולקו לארבעה ו CaCO3 התוכן נמדדו. התוכן CaCO3 נע בין 8.4 ± 1.5% ל 9.4 ± 1.2% לפי משקל, אשר ציין כי caco3 מופץ בצורה אחידה בדגימות micp שטופלו על ידי שיטת טבילה. דגימות מיקרו-מטופלים אלה גם השיגו תכונות מכניות טובות יותר. הביו-דגימות של מיקרו-מטופלים אלה הגיעו לחוזק של 950 kPa, שהיה דומה לזה של 20-25% דגימות מלט שטופלו (600-1300 kPa). לי ואח '10 נוסף מופץ באופן אקראי סיבים דיסקרטית לתוך הקרקע החולית וטיפל בקרקע על ידי שיטת טבילה micp. הם מצאו כי כוח ההטיה, ductility, ואת המתח הכישלון של הקרקע מטופלים MICP היו משופרים ברור על ידי הוספת סיבים מתאימים.

שיטת הטבילה עבור micp השתפרה ללא הרף10,16,17. שיטה זו יכולה לשמש כדי להכין דגימות הקרקע מטופלים MICP ו-MICP מטופלים חומרי בנייה טרומיים, כגון לבנים וקורות. מידות גיאומטריה שונות של עובש הכנה לדוגמה פותחו. סיבים נוספו דגימות מטופל MICP כדי לשפר את המאפיינים שלהם. פרוטוקול מפורט זה נועד לתעד את שיטות טבילה עבור טיפול MICP.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הערה: כל החומרים הרלוונטיים המשמשים בהליכים הבאים אינם מסוכנים. ציוד הגנה אישי (כוסות בטיחות, כפפות, מעיל מעבדה, מכנסי אורך מלא, נעלי הבוהן סגורות) עדיין נדרשים.

1. הכנת תמיסת בקטריה

  1. הכנת בינוני גדילה (NH4-YE בינוני)
    הערה: מרכיבי מדיית הצמיחה לליטר מים מוהים הם: 20 גר' תמצית שמרים; 10 גר' (NH4)2SO4; ו 0.13 מאגר טריס M (pH 9.0).
    1. מרכיבים אוטוקלב בנפרד.
    2. התמוססות 20 גרם של תמצית שמרים, ו 10 גרם של (NH4)2כך4 ב 1 L של מים מוהים המכילים 0.13 M Tris מאגר.
    3. מערבבים יחד את הרכיבים בעזרת משטירר מגנטיים שלאחר עיקור.
  2. הליך ההפצה של Sporosarcina מפוסטר
    הערה: השתמש בצינורות צנטריפוגה 50 mL בניסוי זה.
    1. . להפשיר את החיידקים הקפואים בבקבוקון
    2. . פתח את הבקבוקון
    3. העברת 0.1 mL של חיידקים הבולם שפופרת צנטריפוגה עם 10 מ ל של מדיום גדילה טריים. מערבבים היטב ביד (קצב החיסונים הוא 1:100). חזור על 5 השעיות בקטריאלי עם גידול בינוני. הכינו צינורית שליטה רק עם 10 מדיום גידול טרי בפנים.
      הערה: הכימיות המשמשים בתהליך ההקפאה/ייבוש עלולה לעכב את הצמיחה בצינור הראשי. עפעפיו של הצינורות התהדקו בצורה רופפת כדי לשמור על המצב האירובי.
    4. דגירה כל הצינורות בשייקר ב 200 rpm ב 30 ° צ' עבור 48 כדי 72 שעות. להפסיק את הדגירה אם מדיום הגידול הופך נחל דלוח אחרי 48 h. אחרת, להאריך את הדגירה עד למקסימום של 72 h.
    5. צנטריפוגה את הצינורות עם חיידקים ובינוני גדילה ב 4,000 x g עבור 20 דקות.
    6. הסר את supernatant, להחליף עם 25 מ ל של בינוני גדילה טריים, ולערבב היטב באמצעות מכונת מערבולת.
    7. חזור על שלבים 1.2.3-1.2.6 פעמיים כדי לגרות באופן מלא את הפעילות של חיידקים.
    8. השתמש ההשעיה מן הצינורות בשלב 1.2.7 כדי לחסן צינורות נוספים עם 25 מ ל של בינוני גדילה כדי לשפר את התרבות של חיידקים (שיעור חיסונים הוא 1:100).
    9. דגירה כל הצינורות בשייקר ב 200 rpm ב 30 ° צ' עבור 48 שעות.
    10. צנטריפוגה את הצינורות עם חיידקים ובינוני גדילה ב 4,000 x g עבור 20 דקות.
    11. הסירו את סופרנטאנט, החליפו באמצעי צמיחה טריים, וערבבו היטב בעזרת מכונת מערבולת.
    12. להתאים את הריכוז חיידקים באמצעות גידול טרי בינוני לפני ניסויים MICP. לחשב את הריכוז חיידקים על ידי צפיפות אופטית של ההשעיה ב 600 ננומטר, אשר נמדד באמצעות ספקטרוסקופיה. ה-OD600 בניסוי זה היה 0.6.

2. הכנת אמצעי תקשורת ציפוי בצמנט

הערה: התקשורת הציפוי בצמנט משמשת לאספקת כימיקלים להקלציטים במהלך הטיפול MICP. שתנן-Ca2 + היחס הטוחנת הוא 1:1. הרכיבים הכימיים של המדיה הציפוי בצמנט מוצגים בטבלה 1. ההליך הבא הוא עבור 20 L של ציפוי בצמנט מדיה עם 0.5 M Ca.

  1. הכינו 20 ליטר מים בקופסת פלסטיק.
  2. לפזר 200 g של NH4Cl, 60 g של ציר מזינים, 42.4 g של נחקו3, 600 g של אוריאה, ו 1470 g של cacl2 ∙2H2O ב 20 L של מים מזוקקים. מערבבים היטב באמצעות המוט ערבוב.

3. הכנת תבניות

  1. הכנת עובש גמיש למגע מלא (FCFM)
    הערה: עובש גמיש ליצירת קשר מלאה עשוי גיאוטקסטיל. נלוף יש חוזק מתיחה לתפוס של 1,689 n, כוחה של הטרפז מפני כוחו של 667 n, גודל פתיחה לכאורה של 0.15 מ"מ, שיעור זרימת מים של 34 mm/s, עובי של 1.51 מ"מ, ו מסה יחידה של 200 g/m2. גודל העובש יכול להיות מגוון כדי להכין מידות מדגם שונות (לדוגמה, בדיקת דחיסה בלתי מוגבלת או מדגם גזירה בדיקה ישירה).
    1. כמו fcfm מורכב מחלק טבעתי, תחתון, וכיסוי, לחתוך את נלוף לחלקים המרכיבים של fcfm.
    2. לתפור את שלושת החלקים של FCFM יחד כמוצג באיור 1.
  2. הכנת תבנית נוקשה למגע מלא (RFCM) עבור ביו-לבנים
    הערה: תבנית המגע הנוקשה המלאה כוללת שכבה גמישה ומחזיק נוקשה. השכבה הגמישה מורכבת מאותו גיאוטקסטיל כמו ה-FCFM. המחזיק נוקשה מורכב גיליון פוליפרופילן מחורר עם קוטר 6.35 מ"מ החורים המפוזרים מפוזרים על גיליון פוליפרופילן מחורר ומרחק הסיווג בין חורים סמוכים הוא 9.53 מ"מ. עובש אחד מורכב משלושה תאים והגודל של כל חדר הוא 177.8 מ"מ באורך, 76.2 מ"מ רוחב ו 38.1 מ"מ בגובה. הגודל של RFCM יכול להיות מגוון כדי להכין גודל דגימה שונה. החורים במחזיק נוקשה לאפשר זרימת התקשורת ציפוי בצמנט דרך השכבה גמיש בחופשיות.
    1. הכן את גיליון פוליפרופילן מחורר עבור פיסות המרכיבים של המחזיק נוקשה.
    2. להרכיב את חתיכות של בעל נוקשה באמצעות ברגים ואגוזים פלסטיק.
    3. הכינו את החלקים המרכיבים של השכבה הגמישה של הגיאוטקסטיל. השכבה הגמישה מורכבת מתחתית וכיסוי.
    4. הקף את החלק התחתון של השכבה הגמישה במחזיק נוקשה.
    5. ברגע שחול נוסף לתוך העובש, מניחים את העטיפה של שכבה גמישה ולתקן על ידי תפירה על גבי החלק העליון של דגימת חול כפי שמוצג באיור 2.
  3. הכנת עובש לבנים חלול
    הערה: תבנית הלבנה החלולה כוללת בעל נוקשה, שכבה גמישה ושפופרות קרטון. הגודל של שפופרת קרטון הוא 60 mm x 140 mm x 60 mm. שלושה תאים נכללים עובש אחד בגודל של כל חדר עובש הוא 177.8 מ"מ באורך, 76.2 מ"מ רוחב ו 38.1 mm בגובה בהליך זה.
    1. הכן את יריעות פוליפרופילן מחורר עבור פיסות המרכיבים של המחזיק נוקשה.
    2. מקדחה חורים בתחתית פיסת מחזיק נוקשה. גודל החורים הוא 61 מ"מ בקוטר. מיקום החורים בכל חדר מוצג באיור 3א.
    3. להרכיב את פיסות המחזיק נוקשה באמצעות ברגים ואגוזים פלסטיק.
    4. להרכיב את צינורות קרטון בחורים מקדח בתחתית המחזיק נוקשה.
    5. הכינו את החלקים המרכיבים של השכבה הגמישה של הגיאוטקסטיל. השכבה הגמישה מורכבת מתחתית וכיסוי. יש צורך בחורים גם על השכבה הגמישה באותו מיקום של צינורות קרטון.
    6. ברגע שחול נוסף לתוך העובש, מניחים את העטיפה של שכבה גמישה ולתקן על ידי תפירה על גבי מדגם החול כפי שמוצג באיור 3ב.

4. הכנת הכור לאצווה

הערה: הכור המוצג באיור 4 מורכב מקופסת פלסטיק, מדיה ציפוי בצמנט, מדף נתמך לדוגמה ומשאבות אוויר. דגימות הקרקע יכול לטבול באופן מלא לתוך התקשורת ציפוי בצמנט בעוד התקשורת הציפוי בצמנט יכול בחופשיות לפזר לתוך דגימות הקרקע על ידי שיטה זו. משאבת האוויר בכור מספקת חמצן לחיידקים. כדי לקבוע את ההשפעות של אספקת חמצן שונים על הטיפול micp מזרז על ידי Sporosarcina מפוסטר, לי ואח '. 201718 ניצח בדיקות בניגוד בשלושה תנאים שונים: מצב גז, מצב מוגבל האוויר, ומ מצב באוויר הפתוח. הם מצאו כי מצב החמצן הוא חיוני כדי לשפר את תהליכי MICP לזרז על ידי חיידקים אירוביים.

  1. חבר את משאבת האוויר עם אספקת האוויר באמצעות צינור פלסטיק.
  2. הניחו את משאבת האוויר בקופסת הפלסטיק.
  3. יוצקים ציפוי בצמנט מדיה לתוך תיבת פלסטיק.

5. הכנת דגימות קרקע

  1. הכנת דגימת אדמה שטופלה על-ידי MICP
    הערה: אוטווה חול (99.7% קוורץ) משמש בניסויים. החול הוא אחיד עם גודל החלקיק החציוני של 0.46 מ"מ ולא קנסות כלולים. זה מסווג כמו חול מדורגים גרוע מבוסס על מערכת מסווגת קרקע מאוחדת (USCS).
    1. הוסף חול יבש לתוך תבניות על ידי שיטת האוורור האוויר (FCFM, RFCM, עובש לבנים חלול) כדי להגיע למצב צפוף החציוני (Dr בטווח של כ 42-55%, ודחיסות יבשה של חול בטווח של 1.58 – 1.64 g/cm3).
      הערה: משקל החול משתנה בהתאם לסוגים שונים של תבניות: 145 ± 5 גרם חול למדגם UCS בדיקה, שהוא 38.6 mm קוטר 76.2 מ"מ בגובה.
    2. מניחים את המכסה על החלק העליון של דגימות ולתקן אותו על ידי תפירה.
    3. יוצקים את הפתרון חיידקים עם ערך צפיפות אופטי קבוע באמצעות כיסוי מחלחל הגיאוגרפיה לתוך הדגימות וודא כי הם רוויים.
      הערה: כמות החיידקים פתרון מגוונת לפי דגימות שונות: 50 mL של הפתרון חיידקים למדגם UCS בדיקה, שהוא 38.6 mm קוטר 76.2 מ"מ בגובה.
    4. מניחים דגימות על המדף הנתמך לדוגמה כמוצג באיור 5א.
    5. לטבול את המדף כולו לתוך הכור אצווה מלא במדיה ציפוי בצמנט.
    6. הפעל את אספקת האוויר ולהתאים את פלט האוויר כדי לשמור על 100% האוויר רוויה. המתן 7 ימים של תגובת MICP.
    7. להוציא את הדגימות מתוך הכור כפי שמוצג באיור 5ב.
    8. הסר את הדגימות על ידי חיתוך עובש גמיש למגע מלא או demolding המחזיק נוקשה ולאחר מכן חיתוך שכבה גמישה.
    9. לשטוף את הדגימות עם מים כדי להסיר את התמיסה שיורית בחלל הנקבוביות.
    10. מניחים את הדגימות בתנור של 105 ° c עבור 48 h עד שמשניהם יישארו קבועים. ניתן לבדוק את הדגימות או לטפל בהן בנוסף לאחר ייבוש התנור.
  2. הכנת סיבים מחוזקים מחוזק לדגימת אדמה
    הערה: סיבים סינתטיים (ראה טבלת חומרים) וסיבי דקל טבעי כפי שמוצג באיור 6 משמשים בהליכים אלה.
    1. עבור סיבים סינתטיים, לערבב את התוכן המוצע של סיבים ו 900 גרם של חול יבש במרווחים קטנים על ידי יד כדי לקבל תערובת אחידה. תכולת הסיבים בניסוי זה תוקנה כ-0.3% על-ידי משקל החול היבש.
    2. עבור סיבי דקל טבעי, הפץ 760 גרם של חול לארבעה חלקים שווים. הוסיפו את ארבעת החלקים האלה של חול ושלוש שכבות של סיבים ב-RFCM במרווחי זמן.
    3. חזור על אותו ההליך כמו שלבים 5.1.2-5.1.10 כדי לקבל את הדוגמה שטופלה ב-MICP.
  3. הכנת הלבנים שטופלו בבטון עם טיפול ביו-משטח
    הערה: צמנט פורטלנד (סוג I/II) עם כבידה ספציפית של 3.15 משמש כסוכן המלט עבור דגימות בטון שטופלו בניסוי זה. הרווח הכוח המוקדם של מלט זה איפשר את זמני הריפוי השונים נע בין 7 עד 21 ימים. החלק של המלט הוסיף בהליך זה הוא 10% על ידי משקל של חול יבש.
    1. מערבבים 900 גרם של חול, 90 g של מלט, ו 200 mL של מים כדי להשיג תערובת אחידה.
    2. הוסיפו את התערובת לעובש הנוקשה. גודל של עובש נוקשה הוא 177.8 מ"מ באורך, 76.2 מ"מ רוחב ו 38.1 mm בגובה.
    3. מרפא למשך 7 ימים בלחות מתמדת של 100% וטמפרטורה קבועה של 25 ° c.
    4. מניחים דגימות בתנור של 105 ° c במשך 48 שעות עד שמשניהם יישארו קבועים.
    5. חזור על אותו ההליך כמו שלבים 5.1.3-5.1.8.
    6. מניחים דגימות בתנור של 105 ° c במשך 48 שעות עד שמשניהם יישארו קבועים. ניתן לבדוק את הדגימות או לטפל בהן בנוסף לאחר ייבוש התנור.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור 7 מראה את הפצת הזירז caco3 בכל המדגם מטפל micp. הדגימה שטופלה על-ידי MICP חולקה לשלושה תחומים שונים. התוכן CaCO3 בכל אזור נבדק על ידי שיטת כביסה חומצה. כדי לפזר את הזירז קרבונטים, מטופלים יבשים דגימות שנשטפו בתמיסה HCl (0.1 M), ולאחר מכן שטף, רוקן, ותנור מיובש עבור 48 שעות. ערך ההפרש בין המוני הדגימות לפני ואחרי שטיפת החומצה נחשב למסה של זיפירוטים בדגימות הטיפול ב-MICP. התוכן CaCO3 מצוין כאחוז של משקל לדוגמה. CaCO3 תוכן של המדגם מטופל micp על ידי שיטת טבילה נע בין 9.0% כדי 9.5%. התוצאות הראו כי הזירז CaCO3 הופץ בצורה אחידה בכל דגימת האדמה. בעוד מרטינז ואח ' 201319 ביצעה ניסויים על 50 ס מ של עמודות חול ארוך על ידי שיטת הזרקה במעבדה, הם מצאו כי הקלציט מופץ לא אחיד לאורך הטור micp מטופלים החול. רוב זירז הקלציט ליד עמוד השפעה והפריע לתגובה הציפוי בצמנט בחלק העמוק יותר של הטור.

לחץ-זן עקומות של ביו-לבנים מחוזק עם שלוש שכבות של סיבי דקל ולבנים ביולוגי ללא מחוזק המתקבלים באמצעות מבחן ארבע נקודות מוצג באיור 8. חוזק הגמישות של לבנים ביולוגי בלתי מחוזק היה 1,150 kPa, ואילו בלבנים מחוזקים היו 980 kPa. החוזקות הגמישה שלהם היו דומות, אבל זן flexure השתפר באופן משמעותי על ידי הוספת סיבי דקל. תוצאות אלה מציינות כי סיבי דקל יכולים לתרום לשיפור הductility.

Figure 1
איור 1: העובש הגמיש במגע מלא עבור בדיקות הטיה ישירה.
התבניות הגמישות המלאות במגע היו עשויות מסוגי גיאוטקסטיל. נלוף היה פוליפרופילן, סיבים הידוק המחט מנוקב חומר לא ארוגים. העובש בצורת גליל היה קוטר של 62 מ"מ וגובה של 26 מ"מ. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: הכנת המדגם של ביו-לבנים.
Iconמורכב עובש לבנה; Icon חול נוסף לתבנית; Icon כיסוי גמיש נוסף בחלק העליון של דגימת חול. תבנית המגע הנוקשה המלאה מורכבת משכבה גמישה ומחזיק נוקשה. השכבה הגמישה הייתה עשויה מהטקסטיל, והמחזיק הנוקשה הורכב מסדין מחורר בפוליפרופילן. העובש היה מורכב משלושה תאים והגודל של כל חדר היה 177.8 מ"מ באורך, 76.2 מ"מ רוחב ו 38.1 מ"מ בגובה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: תבניות לבנים מקוראד.
(א) התפלגות חורים על תא אחד של עובש; (ב) דגם הכנת לבנים Icon ביולוגיות מורכבים עובש לבנה גולענים; Icon חול נוסף לתבנית; Icon כיסוי גמיש נוסף בחלק העליון של דגימת חול. תבנית הלבנים המאובנת כללה בעל נוקשה, שכבה גמישה ושפופרות קרטון. הגודל של שפופרת קרטון היה 60 mm x 140 mm x 60 mm. שלושה תאים נכללו בתבנית אחת ובגודל של כל חדר של עובש היה 177.8 מ"מ באורך, 76.2 מ"מ רוחב ו 38.1 מ"מ בגובה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: סקיצה של הכור אצווה עבור MICP.
כל הדגימות הוכנו. במחולל טנקים מעורבב לחלוטין הכור האצווה כללה תיבת פלסטיק להכיל דגימות אדמה ומדיה ציפוי בצמנט, מערבל מגנטי כדי לשמור את הפתרון אחיד, ו משאבת האוויר כדי לספק חמצן עבור חיידקים. התכונה העיקרית של שיטה זו היא לאפשר דגימות קרקע לטבול באופן מלא לתוך התקשורת ציפוי בצמנט ולאפשר למדיה הציפוי בצמנט לחדור בחופשיות לתוך דגימות הקרקע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: דגימות הקרקע ממוקמות על המדף הנתמך.
(א) לפני תגובות micp; (ב) לאחר תגובות micp. הדגימות הביו-לבנים הוכנו. עם תבנית המגע המלאה כיסוי גיאוטקסטיל הוחל על החלק העליון של העובש. כל ביו-לבנים היה בגודל של 177.8 mm אורך, 76.2 מ"מ רוחב ו 38.1 mm בגובה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: (א) סיבים סינתטיים; (ב) סיבי דקל טבעיים.
סיבים סינתטיים היה סיבים homopolymer פוליפרופילן מרובה עם משקל סגולי של 0.91. זה כימית ללא עמידות למלח חומצה גבוהה. האורך והעובי של הסיבים המשמשים במחקר זה היו 12 ו 0.1 מ"מ, בהתאמה, עם יחס גובה-רוחב של 120 בין האורך והעובי של סיבים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7: התפלגות CaCO3 בשלושה אזורים של המדגם שטופלו micp.
שלושה אזורים חולקו במדגם. בכל אזור, כמות הזירז CaCO3 נמדדה וחושבה כאחוז לפי משקל. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 8
איור 8: מתח Flexure כפונקציה של זן flexure עבור מחוזק ביולוגי וסיבים דקל מחוזק ביו לבנים עם טיפול MICP.
חוזק הגמישות של לבנים ביולוגי בלתי מחוזק היה 1,150 kPa, ואילו בלבנים מחוזקים היו 980 kPa. זן flexure השתפר באופן משמעותי על ידי הוספת סיבי דקל. תוצאות אלה מציינות כי סיבי דקל יכולים לתרום לשיפור הductility. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

כימי ריכוז אמצעי התקשורת הציפוי בצמנט (g/L)
0.25 מ א 0.5 מ א 1 מדיום 1.5 מ א
NH4Cl 10 10 10 10
ציר תזונתי 3 3 3 3
נחקו3 2.12 2.12 2.12 2.12
אוריאה 15 30 60 90
CaCl2∙ 2h2O 36.8 73.5 147 220.5

טבלה 1: רכיבים כימיים של מדיה ציפוי בצמנט. הכימיקלים שימשו להכנת ארבעה ריכוזים של מדיה ציפוי בצמנט ב 0.25 M Ca, 0.5 M Ca, 1 M Ca, ו 1.5 M Ca. שתנן-Ca2 + היחס הטוחנת היה קבוע כמו 1:1.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

טכניקת ה-MICP באמצעות טבילה הוצגה בעיתון זה. דגימות הקרקע שקועים לתוך הכור אצווה לקבל חדרו לחלוטין על ידי מדיה ציפוי בצמנט בתהליך MICP. בשיטה זו, תבנית מלאה גמיש ליצירת קשר, תבנית מלאה נוקשה של מגע, ותבנית לבנים מקורחת הוחלו על מנת להכין דגימות שטופלו על-ידי MICP.

תבניות שונות יכולות להיות מיועדות לדרישות גיאומטריה שונות. המבנה הסיבי של נלוף הגדיל את אזור המגע בין החול והתקשורת ציפוי בצמנט, אשר הגביר ביעילות את החדירה של מדיה ציפוי בצמנט לתוך דגימות אדמה. כמויות גדולות של נקבוביות של נלוף גם מותר יותר משקעים המתרחשים בתוך העובש כדי לשפר את החוזק של דגימות מטופל micp. סגולות הקרקע של דגימות מסוג MICP, כמו כוח וקלציט, שופרו מאוד באמצעות תבניות אלה בשיטה הטבילה. שיטת הטבילה הראתה יתרון בהכנת חומרי בנייה טרומיים, כגון לבנים ביו ולבנים החלול ביו. סיבים סינתטיים וסיבים טבעיים ניתן להוסיף באדמה כדי לשפר את הדגימות מטופל MICP. תוספת סיבים היא הדרך המתאימה לשפר את החומרים מטופלים MICP טרומיים. טכניקת MICP עם שיטת טבילה ניתן להחיל על לבצע טיפול פני השטח לבנים שטופלו מלט כדי לשפר את המאפיינים שלהם, כגון שיפור העמידות של חומרים הקשורים מלט על ידי הפחתת חדירות שלהם. עם זאת, קשה ליישם את שיטת הטבילה בשדה בשל הגבלת פעולתו, מחקר עתידי על אופן השימוש בשיטה זו באתר, כדי להחיל שיטה זו בשדה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. אין לנו מה לגלות

Acknowledgments

עבודה זו נתמכת על ידי הקרן הלאומית למדע מלגת מס ' 1531382 ומרקסי.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ammonium Chloride, >99% Bio-world 40100196-3 (705033)
Ammonium Sulfate Bio-world 30635330-3
Calcium Chloride Dihydrate, >99% Bio-world 40300016-3 (705111)
Nutrient Broth Bio-world 30620056-3
Sodium Bicarbonate, >99% Bio-world 41900068-3 (705727)
Sporosarcina pasteurii American Type Culture Collection ATCC 11859
Synthetic fiber FIBERMESH Fibermesh 150e3
Tris-Base, Biotechnology Grade, >99.7% Bio-world 42020309-2 (730205)
Urea, USP Grade, >99% Bio-world 42100008-2 (705986)
Yeast Extract Bio-world 30620096-3 (760095)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Cheng, L., Shahin, M. A., Mujah, D. Influence of key environmental conditions on microbially induced cementation for soil stabilization. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 143 (1), 04016083-04016091 (2016).
  2. Whiffin, V. S., van Paassen, L. A., Harkes, M. P. Microbial carbonate precipitation as a soil improvement technique. Geomicrobiology Journal. 24 (5), 417-423 (2007).
  3. van Paassen, L. A., Ghose, R., van der Linden, T. J., van der Star, W. R., van Loosdrecht, M. C. Quantifying biomediated ground improvement by ureolysis: large-scale biogrout experiment. Journal of Geotechnical And Geoenvironmental Engineering. 136 (12), 1721-1728 (2010).
  4. Montoya, B. M., DeJong, J. T. Stress-strain behavior of sands cemented by microbially induced calcite precipitation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 141 (6), 04015019 (2015).
  5. DeJong, J. T., Fritzges, M. B., Nüsslein, K. Microbially induced cementation to control sand response to undrained shear. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 132 (11), 1381-1392 (2006).
  6. Zhao, Q., et al. Factors affecting improvement of engineering properties of MICP-treated soil catalyzed by bacteria and urease. Journal of Materials in Civil Engineering. 26 (12), 04014094 (2014).
  7. Castanier, S., Le Métayer-Levrel, G., Perthuisot, J. P. Ca-carbonates precipitation and limestone genesis—the microbiogeologist point of view. Sedimentary Geology. 126 (1-4), 9-23 (1999).
  8. Burne, R. A., Chen, Y. Y. M. Bacterial ureases in infectious diseases. Microbes and Infection. 2 (5), 533-542 (2000).
  9. Bernardi, D., DeJong, J. T., Montoya, B. M., Martinez, B. C. Bio-bricks: biologically cemented sandstone bricks. Construction and Building Materials. 55, 462-469 (2014).
  10. Li, M., et al. Influence of fiber addition on mechanical properties of MICP-treated sand. Journal of Materials in Civil Engineering. 28 (4), 04015166 (2015).
  11. Achal, V., Kawasaki, S. Biogrout: a novel binding material for soil improvement and concrete repair. Frontiers in Microbiology. 7, 314 (2016).
  12. Al Qabany, A., Soga, K., Santamarina, C. Factors affecting efficiency of microbially induced calcite precipitation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 138 (8), 992-1001 (2011).
  13. Lin, H., Suleiman, M. T., Brown, D. G., Kavazanjian, E. Mechanical behavior of sands treated by microbially induced carbonate precipitation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 142 (2), 04015066 (2015).
  14. Lauchnor, E. G., Topp, D. M., Parker, A. E., Gerlach, R. Whole cell kinetics of ureolysis by sporosarcina pasteurii. Journal of Applied Microbiology. 118 (6), 1321-1332 (2015).
  15. Nafisi, A., Montoya, B. M. A new framework for identifying cementation level of MICP-treated sands. IFCEE. , conference paper (2018).
  16. Zhao, Q., Li, L., Li, C., Zhang, H., Amini, F. A full contact flexible mold for preparing samples based on microbial-induced calcite precipitation technology. Geotechnical Testing Journal. 37 (5), 917-921 (2014).
  17. Bu, C., et al. Development of a Rigid Full-Contact Mold for Preparing Biobeams through Microbial-Induced Calcite Precipitation. Geotechnical Testing Journal. 42 (3), 656-669 (2018).
  18. Li, M., Wen, K., Li, Y., Zhu, L. Impact of oxygen availability on microbially induced calcite precipitation (MICP) treatment. Geomicrobiology Journal. 35 (1), 15-22 (2018).
  19. Martinez, B. C., et al. Experimental optimization of microbial-induced carbonate precipitation for soil improvement. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 139 (4), 587-598 (2013).

Tags

הנדסה סוגיה 151 MICP שיפור חומר ביו-חיזקו שיטת טבילה תבניות מקדם
שיפור הקרקע החולית באמצעות Microbially המושרה הקלציט משקעים (MICP) על ידי הטבילה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Liu, S., Du, K., Wen, K., Huang, W., … More

Liu, S., Du, K., Wen, K., Huang, W., Amini, F., Li, L. Sandy Soil Improvement through Microbially Induced Calcite Precipitation (MICP) by Immersion. J. Vis. Exp. (151), e60059, doi:10.3791/60059 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter