这里介绍了微生物诱导的方解石沉淀(MICP)技术,通过浸泡改善土壤性能。
本文旨在开发一种浸入法,以改善微生物诱导方解石沉淀(MICP)处理样品。组装了一批反应器,将土壤样品浸入水泥介质中。凝固介质可以自由扩散到批次反应器中的土壤样品中,而不是注入水泥介质。使用全接触柔性模具、刚性全接触模具和芯砖模具来制备不同的土壤样品支架。选择合成纤维和天然纤维来强化MICP处理的土壤样品。测量了MICP处理样品不同区域的沉淀CaCO3。CaCO3分布结果表明,沉淀的CaCO3采用浸入法在土壤样品中均匀分布。
微生物诱导方解石沉淀(MICP)作为一种生物地面改良技术,能够提高土壤的工程性能。它用于增强土壤的强度、刚度和渗透性。MICP技术在土壤改良方面得到了全世界1、2、3、4的高度重视。碳酸盐降水自然发生,并且可能由土壤环境原生的非致病生物诱发。MICP生物地球化学反应是由尿素细菌、尿素和富含钙的溶液5、6的驱动。孢子菌糊化是一种高度活跃的尿酶,能催化方解石7、8的沉淀反应网络。尿素水解工艺产生溶解铵(NH4+)和无机碳酸盐(CO32-)。碳酸盐离子与钙离子发生反应,作为碳酸钙晶体沉淀。尿素水解反应如下所示:
沉淀的CaCO3可以将沙粒粘合在一起,提高MICP处理土壤的工程性能。MICP技术已应用于各种应用,如提高土壤的强度和刚度,修复混凝土,以及环境修复9,10,11,12,13,14,15.
赵等人16日研制出一种浸没方法制备MICP处理的样品。该方法采用土工纺织品制成的全接触柔性模具。沉淀的CaCO3均匀地分布在其MICP处理的样品中。Bu等人17开发出一种刚性全接触模具,通过浸入法制备MICP处理的光束样品。使用刚性全接触模具制备的 MICP 处理样品可形成合适的梁形。将MICP处理的样品分为4个,并测量CaCO3含量。按重量计,CaCO3含量从 8.4 ± 1.5% 到 9.4 ± 1.2% 不等,这表明 CaCO3通过浸没方法均匀分布于 MICP 处理的样品中。这些MICP处理样品也实现了更好的机械性能。这些MICP处理的生物标本达到950 kPa的弯曲强度,类似于20-25%的水泥处理样品(600-1300 kPa)。Li等人10将随机分布的离散纤维加入沙土中,采用MICP浸入法对土壤进行处理。他们发现,通过添加适当的纤维,可明显增强MICP处理土壤的剪切强度、延展性和失效应变。
MICP的浸入法已经不断改进10,16,17。该方法可用于制备 MICP 处理的土壤样品和 MICP 处理的预制建筑材料,如砖块和横梁。开发了样品制备模具的不同几何尺寸。在MICP处理的样品中加入纤维,以提高其性能。此详细协议旨在记录 MICP 治疗的浸入式方法。
本文提出了浸没的MICP技术。土壤样品被浸入批次反应器中,在MICP过程中被凝固介质完全渗透。在该方法中,应用全接触柔性模具、刚性全接触模具和芯砖模具制备MICP处理样品。
可针对不同的几何形状设计不同的模具。土工布纤维结构增加了沙与固结介质的接触面积,有效地增加了固结介质对土壤样品的渗透。大量的土工毛孔还使模具内部发生更多的降水,以提高MICP处理样?…
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了国家科学基金会第1531382号赠款和MarTREC的支持。
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) |