Summary
هنا، يتم تقديم تكنولوجيا هطول الأمطار الكالسيت المستحث ة الميكروبية (MICP) لتحسين خصائص التربة عن طريق الغمر.
Abstract
الهدف من هذه المقالة هو تطوير طريقة الغمر لتحسين هطول الأمطار الكالسيت الناجم عن الميكروبات (MICP) عينات المعالجة. وتم تجميع مفاعل دفعي لتزج عينات التربة في وسائط الإسمنت. يمكن لوسائل التقوية أن تنتشر بحرية في عينات التربة في المفاعل الدفعي بدلاً من حقن وسائل التقوية. تم استخدام قالب مرن اتصال كامل، والعفن الاتصال الكامل جامدة، والعفن الطوب النواة لإعداد أصحاب عينة التربة المختلفة. وقد تم اختيار الألياف الاصطناعية والألياف الطبيعية لتعزيز عينات التربة المعالجة بـ MICP. وقد تم قياس CaCO3 المعبّر في مناطق مختلفة من العينات المعالجة بـ MICP. وأظهرت نتائج توزيع CaCO3 أن CaCO3 المعدرجة تم توزيعها بشكل موحد في عينة التربة بواسطة طريقة الغمر.
Introduction
وكتكنولوجيا بيولوجية لتحسين الأرض، فإن هطول الأمطار الناجم عن الكالسيت الناجم عن الميكروبات قادر على تحسين الخصائص الهندسية للتربة. وقد استخدمت لتعزيز قوة، وصلابة، ونفاذية التربة. وقد اكتسبت تقنية MICP الكثير من الاهتمام لتحسين التربة في جميع أنحاء العالم1،2،3،4. هطول الأمطار كربونات يحدث بشكل طبيعي ويمكن أن يسببها الكائنات غير المسببة للأمراض التي هي أصلية في بيئة التربة5. والدافع وراء التفاعل البيوكيميائي MICP وجود بكتيريا الإحليل، واليوريا والحل الغني بالكالسيوم5،6. Sporosarcina pasteurii هو إنزيم urease نشط للغاية يحفز شبكة التفاعل نحو هطول الأمطار من الكالسيت7،8. تنتج عملية التحلل المائي لليوريا الأمونيوم المذاب (NH4+) وكربونات غير عضوية (CO32-). تتفاعل أيونات الكربونات مع أيونات الكالسيوم للتعجيل ببلورات كربونات الكالسيوم. تظهر ردود فعل التحلل المائي لليوريا هنا:
يمكن للCaCO3 المعبّر ربط جزيئات الجسيمات البحرية معًا لتحسين الخصائص الهندسية للتربة المعالجة بـ MICP. وقد تم تطبيق تقنية MICP في تطبيقات مختلفة، مثل تحسين قوة وصلابة التربة، وإصلاح الخرسانة، وإصلاح البيئة9،10،11،12، 13 , 14 سنة , 15.
وقد طور Zhao et al.16 طريقة غمر لإعداد العينات المعالجة بـ MICP. تم استخدام قالب مرن اتصال كامل مصنوع ة من النسيج الأرضي في هذه الطريقة. ال يعجل [ككو]3 يوزّع بشكل متّسق طوال هم [ميكب]-يعالج عينات. طوّر Bu et al.17 قالب اتصال كامل صلب لإعداد عينات شعاع ية معالجة MICP بطريقة الغمر. يمكن للعينة المعالجة MICP التي أعدت من قبل هذه الطريقة باستخدام قالب اتصال كامل جامدة تشكل شكل شعاع مناسب. وقُسِّمت العينة المعالجة بـ MICP إلى أربعة وتم قياس محتويات CaCO3. وتراوح محتوى كاكو3 بين 8.4 ± 1.5٪ إلى 9.4 ± 1.2٪ من حيث الوزن، مما يشير إلى أن CaCO3 وزعت بشكل موحد في العينات المعالجة MICP بواسطة طريقة الغمر. كما حققت هذه العينات المعالجة MICP خصائص ميكانيكية أفضل. وقد وصلت هذه العينات البيولوجية المعالجة بـ MICP إلى قوة ثني 950 كيلوباسكال، والتي كانت مماثلة لتلك التي كانت تحتوي على 20-25% من العينات المعالجة بالأسمنت (600-1300 كيلوباسكال). وأضاف لي وآخرون10 الألياف المنفصلة الموزعة عشوائيا في التربة الرملية ومعالجة التربة عن طريق طريقة الغمر MICP. وجدوا أن قوة القص، وليونة، وسلالة الفشل من التربة المعالجة MICP تعززت بوضوح عن طريق إضافة الألياف المناسبة.
وقد تم تحسين طريقة الغمر لMICP باستمرار10،16،17. ويمكن استخدام هذه الطريقة لإعداد عينات التربة المعالجة بـ MICP ومواد البناء الجاهزة المعالجة بـ MICP، مثل الطوب والعوارض. تم تطوير أبعاد هندسية مختلفة من قالب إعداد العينة. وأضيفت الألياف في العينات المعالجة MICP لتعزيز خصائصها. وكان الغرض من هذا البروتوكول المفصل هو توثيق أساليب الغمر لعلاج الـ MICP.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ملاحظة: جميع المواد ذات الصلة المستخدمة في الإجراءات التالية غير خطرة. ولا تزال هناك حاجة إلى معدات الحماية الشخصية (نظارات السلامة، والقفازات، ومعطف المختبر، والسراويل ذات الطول الكامل، والأحذية المغلقة).
1. إعداد محلول البكتيريا
- إعداد متوسط النمو (NH4-YE المتوسطة)
ملاحظة: مكونات وسائل الإعلام النمو لكل لتر من الماء منزوع الأيونات هي: 20 غرام من استخراج الخميرة. 10 غرام من (NH4)2SO4; و0.13 M Tris المخزن المؤقت (pH 9.0).- المكونات الأوتوكلاف بشكل منفصل.
- حل 20 غرام من مستخلص الخميرة، و 10 غرام من (NH4)2SO4 في 1 لتر من الماء منزوع الأيونات التي تحتوي على 0.13 M تريس العازلة.
- خلط المكونات معا باستخدام المغناطيسي النمام بعد التعقيم.
- إجراء انتشار سبوروسارسينا باستوري
ملاحظة: استخدم أنابيب الطرد المركزي بـ 50 مل في هذه التجربة.- إذابة البكتيريا المجمدة في قارورة.
- افتح القارورة
- نقل 0.1 مل من تعليق البكتيريا إلى أنبوب الطرد المركزي مع 10 مل من المتوسطة النمو الطازجة. مزيج جيدا باليد (معدل التلقيح هو 1:100). كرر 5 المزيد من المعلقات البكتيرية مع متوسط النمو. إعداد أنبوب التحكم فقط مع 10 من وسط النمو الطازج في الداخل.
ملاحظة: قد يمنع الحماية المبردة المستخدمة في إجراء التجميد/التجفيف النمو في الأنبوب الأساسي. تم تشديد أغطية الأنابيب فضفاضة من أجل الحفاظ على حالة الهوائية. - احتضان جميع الأنابيب في شاكر في 200 دورة في الدقيقة في 30 درجة مئوية لمدة 48 إلى 72 ساعة. وقف الحضانة إذا كان متوسط النمو يصبح عكر بعد 48 ح. خلاف ذلك، تمديد الحضانة إلى الحد الأقصى من 72 ساعة.
- طرد مركزي الأنابيب مع البكتيريا ومتوسطة النمو في 4000 × ز لمدة 20 دقيقة.
- إزالة supernatant، استبدال مع 25 مل من المتوسطة النمو الطازجة، ومزيج جيدا باستخدام آلة دوامة.
- كرر الخطوات 1.2.3-1.2.6 مرتين لتحفيز نشاط البكتيريا بشكل كامل.
- استخدام التعليق من الأنابيب في الخطوة 1.2.7 لتلقيح المزيد من الأنابيب مع 25 مل من متوسط النمو لتعزيز ثقافة البكتيريا (معدل التلقيح هو 1:100).
- احتضان جميع الأنابيب في شاكر في 200 دورة في الدقيقة في 30 درجة مئوية لمدة 48 ساعة.
- طرد مركزي الأنابيب مع البكتيريا ومتوسطة النمو في 4000 × ز لمدة 20 دقيقة.
- إزالة supernatant، استبدال مع المتوسطة النمو الطازجة، ومزيج جيدا باستخدام آلة دوامة.
- ضبط تركيز البكتيريا باستخدام وسيلة نمو جديدة قبل تجارب MICP. حساب تركيز البكتيريا حسب الكثافة البصرية للتعليق في 600 نانومتر، والتي تم قياسها باستخدام مقياس الطيف الضوئي. كان ال [أد600] في هذا تجربة 0.6.
2- إعداد وسائط الإسمنت
ملاحظة: تستخدم وسائط الأسمنت لتوفير المواد الكيميائية للحث على هطول الأمطار الكالسيت أثناء معالجة MICP. نسبة اليوريا-كا2+ المولي هي 1:1. وترد المكونات الكيميائية لوسائط الإسمنت في الجدول 1. الإجراء التالي هو ل 20 L من وسائل الإعلام الإسمنت مع 0.5 M Ca.
- إعداد 20 ل. لتر من الماء في مربع من البلاستيك.
- إذابة 200 غرام من NH4Cl، 60 غرام من مرق المواد الغذائية، 42.4 غرام من NaHCO3،600 غرام من اليوريا، و 1470 غرام من CaCl2∙2H 2O في 20 لتر من الماء المقطر. يُمزج المزيج جيّداً باستخدام قضيب التحريك.
3. إعداد قوالب
- إعداد قالب مرن للاتصال الكامل (FCFM)
ملاحظة: يتكون القالب المرن الاتصال الكامل من geotextile. النسيج الأرضي لديه قوة الشد انتزاع من 1689 N، وقوة المسيل للدموع شبه منحرف من 667 N، وحجم افتتاح واضح من 0.15 ملم، ومعدل تدفق المياه من 34 ملم / ث، وسمك 1.51 ملم، وكتلة وحدة من 200 غرام / م2. حجم القالب يمكن أن تكون متنوعة لإعداد أحجام عينة مختلفة (على سبيل المثال، عينة اختبار ضغط غير محصورة أو عينة اختبار القص المباشر).- وبما أن FCFM يتكون من جزء حلقي، وأسفل، وغطاء، وقطع النسيج الأرضي إلى الأجزاء المكونة للFCFM.
- خياطة الأجزاء الثلاثة من FCFM معا كما هو مبين في الشكل 1.
- إعداد جامدة قالب الاتصال الكامل (RFCM) للطوب الحيوي
ملاحظة: يتكون قالب الاتصال الكامل الصلب من طبقة مرنة وحامل جامد. الطبقة المرنة مصنوعة من نفس النسيج الأرضي مثل FCFM. يتكون الحامل الصلب من ورقة مثقبة من البولي بروبلين مع ثقوب متداخلة قطرها 6.35 مم موزعة على ورقة البولي بروبلين المثقبة ومسافة التخليص بين الثقوب المجاورة هي 9.53 ملم. قالب واحد يتكون من ثلاث غرف وحجم كل غرفة هو 177.8 ملم في الطول، 76.2 ملم في العرض و 38.1 ملم في الارتفاع. يمكن أن يكون حجم RFCM متنوعة لإعداد حجم عينة مختلفة. الثقوب في حامل جامدة تسمح تدفق وسائل الإعلام الإسمنت من خلال طبقة مرنة بحرية.- إعداد ورقة البولي بروبلين مثقبة لقطع المكونة من حامل جامدة.
- تجميع قطعة من حامل جامدة باستخدام مسامير بلاستيكية والمكسرات.
- إعداد الأجزاء المكونة للطبقة المرنة النسيج الأرضي. تتكون الطبقة المرنة من أسفل وغطاء.
- أرفق الجزء السفلي من الطبقة المرنة في حامل جامدة.
- مرة واحدة يتم إضافة القالب إلى داخل القالب، ضع غطاء طبقة مرنة وإصلاح عن طريق الخياطة على الجزء العلوي من عينة من الرحيب كما هو مبين في الشكل 2.
- إعداد قالب الطوب جوفاء
ملاحظة: يتضمن قالب الطوب المجوف حامل جامدة، طبقة مرنة، وأنابيب من الورق المقوى. حجم أنبوب من الورق المقوى هو 60 مم × 140 مم × 60 مم. يتم تضمين ثلاث غرف في قالب واحد وحجم كل غرفة العفن هو 177.8 ملم في الطول، 76.2 ملم في العرض و 38.1 ملم في الارتفاع في هذا الإجراء.- إعداد ورقة البولي بروبلين مثقبة للقطع المكونة للحامل جامدة.
- حفر ثقوب في الجزء السفلي من قطعة حامل جامدة. حجم الثقوب هو 61 ملم في القطر. ويرد موقع الثقوب في كل غرفة في الشكل 3أ.
- تجميع قطعة من حامل جامدة باستخدام مسامير بلاستيكية والمكسرات.
- تجميع أنابيب من الورق المقوى في الثقوب حفر على الجزء السفلي من حامل جامدة.
- إعداد الأجزاء المكونة للطبقة المرنة النسيج الأرضي. تتكون الطبقة المرنة من أسفل وغطاء. وهناك حاجة أيضا الثقوب على طبقة مرنة في نفس الموقع من أنابيب الورق المقوى.
- بمجرد إضافة الزلة إلى القالب، ضع غطاء الطبقة المرنة وأصلحه عن طريق الخياطة على الجزء العلوي من عينة من الرحيفيكما هو موضح في الشكل 3ب.
4 - إعداد المفاعل الدفعي
ملاحظة: يتكون المفاعل المبين في الشكل 4 من صندوق بلاستيكي، ووسائط تقوية، ورف مدعوم بعينة، ومضخات هواء. عينات التربة يمكن أن تزج تماما في وسائل الإعلام الإسمنت في حين أن وسائل الإعلام الإسمنت يمكن أن تنتشر بحرية في عينات التربة من خلال هذه الطريقة. مضخة الهواء في المفاعل يوفر الأكسجين للبكتيريا. لتحديد آثار إمدادات الأكسجين المختلفة على العلاج MICP حفزها Sporosarcina pasteurii, Li et al. 201718 أجرى اختبارات التباين في ظل ثلاثة شروط مختلفة: حالة مهواة, حالة الهواء المقيدة, و في الهواء الطلق. وجدوا أن حالة الأوكسجين جيدا أمر ضروري لتحسين عمليات MICP حفزها البكتيريا الهوائية.
- ربط مضخة الهواء مع إمدادات الهواء باستخدام خرطوم من البلاستيك.
- ضع مضخة الهواء في الصندوق البلاستيكي.
- صب وسائل الإعلام الإسمنت في مربع من البلاستيك.
5- إعداد عينات التربة
- إعداد عينة التربة المعالجة بـ MICP
ملاحظة: يتم استخدام سوار أوتاوا (99.7٪ كوارتز) في التجارب. وتكون الزمنة موحدة بالحجم المتوسط للجسيمات قدره 0.46 ملم ولا تشمل أي غرامات. وتصنف على أنها رسخة سيئة الدرجات على أساس النظام الموحد لتصنيف التربة (USCS).- إضافة الطين الجاف في قوالب بواسطة طريقة بلوفيشن الهواء (FCFM، RFCM، قالب الطوب جوفاء) للوصول إلى حالة كثيفة متوسط(Dص في نطاق ما يقرب من 42-55٪، والكثافة الجافة للكتلة في نطاق 1.58-1.64 غرام / سم3).
ملاحظة: يختلف وزن اللون من اللون الانتهاني وفقا لأنواع مختلفة من القوالب: 145 ± 5 ز من الزالب ة عينة اختبار UCS، وهو 38.6 ملم في القطر و 76.2 ملم في الارتفاع. - وضع الغطاء على الجزء العلوي من العينات وإصلاحه عن طريق الخياطة.
- صب حل البكتيريا مع قيمة كثافة بصرية ثابتة من خلال غطاء النسيج الأرضي نفاذية في العينات وتأكد من أنها مشبعة.
ملاحظة: تختلف كمية محلول البكتيريا وفقا لعينات مختلفة: 50 مل من محلول البكتيريا لعينة اختبار UCS، وهو 38.6 ملم في القطر و 76.2 ملم في الارتفاع. - ضع العينات على الرف المدعوم للعينة كما هو موضح في الشكل 5أ.
- تزج الرف بأكمله في مفاعل دفعة مليئة وسائل الإعلام الإسمنت.
- بدوره على إمدادات الهواء وضبط انتاج الهواء للحفاظ على تشبع الهواء 100٪. انتظر 7 أيام من رد فعل MICP.
- إخراج العينات من المفاعل كما هو مبين في الشكل 5ب.
- إزالة العينات عن طريق قطع قالب مرنة الاتصال الكامل أو demolding حامل جامدة ومن ثم قطع طبقة مرنة.
- غسل العينات بالماء لإزالة الحل المتبقي في مساحة المسام.
- ضع العينات في الفرن 105 درجة مئوية لمدة 48 ساعة حتى تبقى أوزانها ثابتة. يمكن اختبار العينات أو معالجتها بالإضافة إلى ذلك بعد تجفيف الفرن.
- إضافة الطين الجاف في قوالب بواسطة طريقة بلوفيشن الهواء (FCFM، RFCM، قالب الطوب جوفاء) للوصول إلى حالة كثيفة متوسط(Dص في نطاق ما يقرب من 42-55٪، والكثافة الجافة للكتلة في نطاق 1.58-1.64 غرام / سم3).
- إعداد عينة التربة المعالجة بالألياف المعالجة بـ MICP
ملاحظة: الألياف الاصطناعية (انظر جدول المواد)وألياف النخيل الطبيعية كما هو مبين في الشكل 6 تستخدم في هذه الإجراءات.- بالنسبة للألياف الاصطناعية، قم بخلط المحتوى المقترح من الألياف و900 غرام من الألياف الجافة بزيادات صغيرة باليد للحصول على خليط موحد. يتم إصلاح محتوى الألياف في هذه التجربة بنسبة 0.3٪ من وزن الولام الجاف.
- لألياف النخيل الطبيعية، وتوزيع 760 غرام من الانزلاج في أربعة أجزاء متساوية. إضافة هذه الأجزاء الأربعة من الألياف وثلاث طبقات من الألياف في RFCM على فترات.
- كرر نفس الإجراء مثل الخطوات 5.1.2-5.1.10 للحصول على العينة المعالجة MICP.
- إعداد الطوب المعالج بالأسمنت مع المعالجة الحيوية السطحية
ملاحظة: يستخدم أسمنت بورتلاند (النوع الأول/الثاني) بجاذبية محددة تبلغ 3.15 كعامل أسمنت للعينات المعالجة بالأسمنت في هذه التجربة. سمح الاكتساب مبكّرة قوة من هذا إسمنتجير المختلفة يشوّه أوقات يتراوح بين 7 [تو] 21 أيام. نسبة الأسمنت المضافة في هذا الإجراء هي 10٪ من وزن الزلة الجافة.- مزيج 900 غرام من الاسمنت، 90 غرام من الاسمنت، و 200 مل من الماء لتحقيق خليط موحد.
- يُضاف المزيج إلى القالب الصلب. حجم العفن جامدة هو 177.8 ملم في الطول، 76.2 ملم في العرض و 38.1 ملم في الارتفاع.
- علاج لمدة 7 أيام في رطوبة ثابتة من 100٪ ودرجة حرارة ثابتة من 25 درجة مئوية.
- ضع العينات في الفرن 105 درجة مئوية لمدة 48 ساعة حتى تبقى أوزانها ثابتة.
- كرر نفس الإجراء مثل الخطوات 5-1-3-5-1-8.
- ضع العينات في الفرن 105 درجة مئوية لمدة 48 ساعة حتى تبقى أوزانها ثابتة. يمكن اختبار العينات أو معالجتها بالإضافة إلى ذلك بعد تجفيف الفرن.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ويبين الشكل 7 توزيع CaCO3 المعبّر في جميع أنحاء العينة المعالجة بـ MICP. وقُسِّمت العينة المعالجة بـ MICP إلى ثلاثة مجالات مختلفة. تم اختبار محتوى CaCO3 في كل منطقة بواسطة طريقة غسل الحمض. لحل الكربونات المعبّرة، تم غسل العينات الجافة المعالجة بـ MICP في محلول حمض الهيدروكلوريك (0.1 متر)، ثم شطفها، وتجفيفها، وتجفيفها بالفرن لمدة 48 ساعة. اعتبرت الفرق قيمة بين ال [مسّ] العينات قبل وبعد حامض غسل كان أن يكون الكتلة من الكربونات يعجل في ال [ميكب]-يعالج عينات. يتم الإشارة إلى محتوى CaCO3 كنسبة مئوية من وزن العينة. وتراوح محتوى CaCO3 من العينة المعالجة MICP بواسطة طريقة الغمر من 9.0٪ إلى 9.5٪. وأشارت النتائج إلى أن الـ CaCO3 المعبّر تم توزيعه بشكل موحد في جميع أنحاء عينة التربة. وفي حين أجرى مارتينيز وآخرون 201319 تجارب على أعمدة من الرمال طولها 50 سم بواسطة طريقة حقن في المختبر، فقد وجدوا أن الكالسيت وزع بشكل غير موحد على طول عمود الرمال المعالج بـ MICP. وقد عجلت معظم الكالسيت بالقرب من العمود المؤثر وأعاقت رد فعل الإسمنت في القسم الأعمق من العمود.
ويبين الشكل 8منحنيات الإجهاد الإجهاد من الطوب الحيوي المقوى بثلاث طبقات من ألياف النخيل والطوب الحيوي غير المقوى التي تم الحصول عليها باستخدام اختبار من أربع نقاط. وكانت قوة الثني من الطوب الحيوي غير المقوى 1150 كيلوباسكال، في حين أن من الطوب الحيوي المقوى كان 980 كيلوباسكال. وكانت نقاط القوة الثني ة مماثلة، ولكن تم تحسين سلالة الثني بشكل كبير عن طريق إضافة ألياف النخيل. وتشير هذه النتائج إلى أن ألياف النخيل يمكن أن تسهم في تحسين ليونة.
الشكل 1: قالب مرن للاتصال الكامل لاختبارات القص المباشرة.
تم إجراء قوالب مرنة اتصال كامل من الأنسجة الجيولوجية. وكان النسيج الأرضي مادة البولي بروبلين والألياف الأساسية وإبرة لكمة المواد غير المنسوجة. ويبلغ قطر القالب على شكل اسطوانة 62 مم وارتفاعه 26 مم، يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: إعداد عينة من الطوب الحيوي.
تجميعها العفن للطوب؛ 
وأضاف الزماة في القالب. 
غطاء مرن وأضاف على الجزء العلوي من عينة من الرحّل. يتكون قالب الاتصال الكامل جامدة من طبقة مرنة وحامل جامدة. كانت الطبقة المرنة مصنوعة من الأنسجة الجيولوجية، وكان حامل جامدة مصنوعة من ورقة البولي بروبلين مثقبة. يتكون القالب من ثلاث غرف وكان حجم كل غرفة 177.8 ملم في الطول، 76.2 ملم في العرض و 38.1 ملم في الارتفاع. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: قوالب الطوب النوى.
(أ)توزيع الثقوب على غرفة واحدة من العفن؛ (ب)إعداد عينة من الطوب الحيوي النواة تجميعها العفن للطوب النواة؛ وأضاف الزماة في القالب. غطاء مرن وأضاف على الجزء العلوي من عينة من الرحّل. وشملت قالب الطوب الأساسية حامل جامدة، طبقة مرنة، وأنابيب من الورق المقوى. وكان حجم أنبوب من الورق المقوى 60 مم × 140 مم × 60 مم. تم تضمين ثلاث غرف في قالب واحد وكان حجم كل غرفة من العفن 177.8 ملم في الطول، 76.2 ملم في العرض و 38.1 ملم في الارتفاع. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: رسم تخطيطي للمفاعل الدفعي للميكروفون العسكري.
تم إعداد جميع العينات في مفاعل خزان أثار تماما. واشتمل المفاعل الدفعي على صندوق بلاستيكي يحتوي على عينات من التربة ووسائط للتقوية، وخلاط مغناطيسي للحفاظ على توحيد الحل، ومضخة هواء لتوفير الأكسجين للبكتيريا. ومن السمات الرئيسية لهذه الطريقة السماح لعينات التربة بالاندماج بشكل كامل في وسائل الإعلام الإسمنتية والسماح لوسائل التقوية باختراق عينات التربة بحرية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: عينات التربة الموضوعة على الرف المدعوم.
(أ)قبل ردود فعل MICP؛ (ب)بعد ردود فعل MICP. تم إعداد عينات الطوب الحيوي مع قالب الاتصال الكامل. تم تطبيق غطاء نسيج أرضي على الجزء العلوي من القالب. وكان طول كل لبنة بيولوجية 177.8 ملم، و76.2 مم في العرض، و38.1 ملم في الارتفاع. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: (أ) الألياف الاصطناعية؛ (ب) الألياف الاصطناعية؛ (ج) الألياف الاصطناعية؛ (ج (ب) ألياف النخيل الطبيعية.
وكانت الألياف الاصطناعية الألياف البولي بروبلين homopolymer الألياف متعددة الخيوط مع خطورة محددة من 0.91. هو خامل كيميائيا مع ارتفاع مقاومة الملح الحمضية. وكان طول وسمك الألياف المستخدمة في هذه الدراسة 12 و 0.1 ملم، على التوالي، مع نسبة العرض إلى الارتفاع من 120 بين طول وسمك الألياف. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7: توزيع الكاكو3 في ثلاثة مجالات من العينة المعالجة بالمعالجة بالمعالجة بـ MICP.
قسمت ثلاثة مناطق كان في العينة. وفي كل منطقة، تم قياس كمية CaCO3 المُعجلة وحسابها كنسبة مئوية حسب الوزن. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 8: الإجهاد المرن كدالة لسلالة الثنية للطوب الحيوي غير المقوى وألياف النخيل عززت الطوب الحيوي مع العلاج MICP.
وكانت قوة الثني من الطوب الحيوي غير المقوى 1150 كيلوباسكال، في حين أن من الطوب الحيوي المقوى كان 980 كيلوباسكال. تم تحسين سلالة المرن بشكل ملحوظ عن طريق إضافة ألياف النخيل. وتشير هذه النتائج إلى أن ألياف النخيل يمكن أن تسهم في تحسين ليونة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| الكيميائيه | تركيز وسائل التقوية (غرام/لتر) | |||
| 0.25 M Ca | 0.5 M Ca | 1 M Ca | 1.5 M Ca | |
| إن إتش4كل | 10 | 10 | 10 | 10 |
| مرق المغذيات | 3 | 3 | 3 | 3 |
| ناهكو3 | 2.12 | 2.12 | 2.12 | 2.12 |
| اليوريا | 15 | 30 | 60 | 90 |
| CaCl2∙2H2O | 36.8 | 73.5 | 147 | 220.5 |
الجدول 1: المكونات الكيميائية لوسائط الإسمنت. واستخدمت المواد الكيميائية لإعداد أربعة تركيزات من وسائط الإسمنت في 0.25 مليون كا، و 0.5 مليون كا، و 1 م، و 1.5 م من الكه. تم تثبيت نسبة اليوريا-Ca2+ المولي ة 1:1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
وقد عرضت تقنية MICP عن طريق الغمر في هذه الورقة. وقد انغمست عينات التربة في المفاعل الدفعي للحصول على اختراق كامل من قبل وسائل التقوية في عملية MICP. في هذه الطريقة، تم تطبيق قالب مرن اتصال كامل، والعفن الاتصال الكامل جامدة، والعفن الطوب النواة لإعداد عينات المعالجة MICP.
يمكن تصميم قوالب مختلفة لمتطلبات الهندسة المختلفة. وقد أدى الهيكل الليفي للنسيج الأرضي إلى زيادة منطقة الاتصال بين وسائط الإسمنت والأسمنت، مما زاد بشكل فعال من تغلغل وسائط الإسمنت في عينات التربة. كما سمحت الكميات الكبيرة من مسام النسيج الأرضي بالمزيد من الأمطار التي تحدث داخل القالب لتحسين قوة العينات المعالجة بـ MICP. وقد تحسنت إلى حد كبير خصائص التربة للعينات المعالجة بـ MICP، مثل القوة ومحتوى الكالسيت، باستخدام هذه القوالب في طريقة الغمر. وأظهرت طريقة الغمر ميزة في إعداد مواد البناء الجاهزة، مثل الطوب الحيوي والطوب الحيوي جوفاء. يمكن إضافة الألياف الاصطناعية والألياف الطبيعية في التربة لتعزيز العينات المعالجة MICP. إضافة الألياف هي وسيلة مناسبة لتحسين المواد الجاهزة المعالجة MICP. ويمكن تطبيق تقنية MICP مع طريقة الغمر لإجراء المعالجة السطحية للطوب المعالجة بالأسمنت لتحسين خصائصها، مثل تعزيز متانة المواد المعالجة بالأسمنت عن طريق الحد من نفاذيتها. ومع ذلك، من الصعب تنفيذ طريقة الغمر هذه في الحقل بسبب محدودية تشغيلها، وهناك حاجة إلى إجراء بحوث مستقبلية حول كيفية استخدام هذه الطريقة في الموقع لتطبيق هذا الأسلوب في الحقل.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس لدينا ما نكشف عنه
Acknowledgments
وقد تم دعم هذا العمل بمنحة المؤسسة الوطنية للعلوم رقم 1531382 وMarTREC.
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) |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Burne, R. A., Chen, Y. Y. M. Bacterial ureases in infectious diseases. Microbes and Infection. 2 (5), 533-542 (2000).
- 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).
- 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).
- Achal, V., Kawasaki, S. Biogrout: a novel binding material for soil improvement and concrete repair. Frontiers in Microbiology. 7, 314 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- Nafisi, A., Montoya, B. M. A new framework for identifying cementation level of MICP-treated sands. IFCEE. , conference paper (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
