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Engineering

विसर्जन द्वारा Microbially प्रेरित Calcite वर्षा (MICP) के माध्यम से सैंडी मिट्टी सुधार

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

यहाँ, माइक्रोबियल प्रेरित कैल्साइट वर्षा (MICP) प्रौद्योगिकी विसर्जन द्वारा मिट्टी के गुणों में सुधार करने के लिए प्रस्तुत किया है।

Abstract

इस लेख का लक्ष्य माइक्रोबियल प्रेरित कैल्साइट वर्षा (MICP) इलाज के नमूनों में सुधार करने के लिए एक विसर्जन विधि विकसित करने के लिए है। मिट्टी के नमूनों को सीमेंटेशन मीडिया में विसर्जित करने के लिए एक बैच रिएक्टर को इकट्ठा किया गया था। सीमेंटीकरण मीडिया स्वतंत्र रूप से बैच रिएक्टर में मिट्टी के नमूनों में फैलाना कर सकते हैं के बजाय सीमेंटीकरण मीडिया इंजेक्शन जा रहा है. एक पूर्ण संपर्क लचीला मोल्ड, एक कठोर पूर्ण संपर्क मोल्ड, और एक कोरड ईंट मोल्ड विभिन्न मिट्टी नमूना धारकों को तैयार करने के लिए इस्तेमाल किया गया. MICP इलाज मिट्टी के नमूनों को सुदृढ़ करने के लिए सिंथेटिक फाइबर और प्राकृतिक फाइबर का चयन किया गया. MICP-उपचार ित नमूनों के विभिन्न क्षेत्रों में सी.सी.ओ.3 को मापा गया था। CaCO3 वितरण परिणाम ों का प्रदर्शन किया है कि वेग CaCO3 विसर्जन विधि द्वारा मिट्टी के नमूने में समान रूप से वितरित किया गया था.

Introduction

एक जैविक भूमि सुधार प्रौद्योगिकी के रूप में, माइक्रोबियल प्रेरित कैल्साइट वर्षा (MICP) मिट्टी के इंजीनियरिंग गुणों में सुधार करने में सक्षम है। यह शक्ति, कठोरता, और मिट्टी की पारगम्यता को बढ़ाने के लिए इस्तेमाल किया गया है। MICP तकनीक दुनिया भर में मिट्टी सुधार के लिए बहुत ध्यान प्राप्त किया है1,2,3,4. कार्बोनेट वर्षण स्वाभाविक रूप से होता है और गैररोगजनक जीवों द्वारा प्रेरित किया जा सकता है जो मिट्टी केवातावरण5 के मूल निवासी हैं . एमआईसीपी जैव-भूरासायनिक अभिक्रिया यूरियोलिटिक बैक्टीरिया, यूरिया और कैल्शियम युक्त विलयन5,6 के अस्तित्व से प्रेरित होतीहै। स्पोरोस्र्किना पेस्टुरी एक अत्यधिक सक्रिय यूरीज़ एंजाइम है जो कैल्साइट7,8के वर्षण की ओर प्रतिक्रिया नेटवर्क को उत्प्रेरित करता है . यूरिया जल अपघटन प्रक्रिया भंग अमोनियम (एनएच4+) तथा अकार्बनिक कार्बोनेट (सीओ32-)का उत्पादन करती है। कार्बोनेट आयन ों यथाकैल्शियम कार्बोनेट क्रिस्टल के रूप में वेग करने के लिए कैल्शियम आयनों के साथ अभिक्रिया करते हैं। यूरिया हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं यहाँ दिखाए जाते हैं:

Equation 1

Equation 2

सीसीपी-उपचारित मिट्टी के इंजीनियरिंग गुणों में सुधार करने के लिए सी.सी.सी.ओ3 रेत कणों को एक साथ बांध सकता है। MICP तकनीक विभिन्न अनुप्रयोगों में लागू किया गया है, जैसे शक्ति और मिट्टी की कठोरता में सुधार, कंक्रीट की मरम्मत , और पर्यावरण उपचार9,10,11,12, 13 , 14 , 15.

झाओ एट अल16 MICP इलाज नमूने तैयार करने के लिए एक विसर्जन विधि विकसित की है. इस विधि में भू-टेक्सटाइल से बना एक पूर्ण संपर्क लचीला मोल्ड का उपयोग किया गया था। वेग से लगाए गए CaCO3 ने अपने MICP-उपचार ित नमूनों में समान रूप से वितरित किया। बु एट अल17 एक विसर्जन विधि द्वारा MICP इलाज बीम नमूने तैयार करने के लिए एक कठोर पूर्ण संपर्क मोल्ड विकसित की है। एक कठोर पूर्ण संपर्क मोल्ड का उपयोग कर इस विधि द्वारा तैयार MICP उपचार नमूना उपयुक्त बीम आकार फार्म कर सकते हैं. MICP-उपचारित नमूने को चार भागों में विभाजित किया गया था और CaCO3 सामग्री को मापा गया था। CaCO3 सामग्री 8.4 से लेकर 1.5% से 9.4 $ 1.2% वजन से, जो संकेत दिया है कि CaCO3 विसर्जन विधि द्वारा MICP इलाज नमूनों में समान रूप से वितरित. इन MICP इलाज नमूने भी बेहतर यांत्रिक गुण हासिल की. ये एमआईसीपी-उपचारित जैव-सेम्पस 950 केपीए फ्लेक्स्योर शक्ति तक पहुंच गए, जो 20- 25% सीमेंट-उपचारित नमूनों (600- 1300 केपीए) के समान था। ली एट अल10 जोड़ा बेतरतीब ढंग से रेतीले मिट्टी में असतत फाइबर वितरित और MICP विसर्जन विधि द्वारा मिट्टी का इलाज किया. उन्होंने पाया कि कतरनी ताकत, लचीलापन, और MICP इलाज मिट्टी की विफलता तनाव स्पष्ट रूप से उचित फाइबर जोड़कर बढ़ाया गया.

MICP के लिए विसर्जन विधि में लगातार सुधार किया गया है10,16,17. इस विधि का उपयोग MICP-उपचारित मिट्टी के नमूने और एमआईसीपी-उपचारित पूर्वनिर्मित निर्माण सामग्री, जैसे ईंटों और बीम को तैयार करने के लिए किया जा सकता है। नमूना तैयारी मोल्ड के विभिन्न ज्यामिति आयाम विकसित किए गए थे। उनके गुणों को बढ़ाने के लिए MICP उपचार नमूनों में फाइबर जोड़े गए थे। इस विस्तृत प्रोटोकॉल MICP उपचार के लिए विसर्जन विधियों दस्तावेज़ का इरादा था.

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Protocol

नोट: निम्नलिखित प्रक्रियाओं में उपयोग किया जाता सभी प्रासंगिक सामग्री गैर खतरनाक हैं। व्यक्तिगत सुरक्षा त्मक उपकरण (सुरक्षा चश्मा, दस्ताने, प्रयोगशाला कोट, पूर्ण लंबाई पैंट, बंद हाथ जूते) अभी भी जरूरत है.

1. बैक्टीरिया समाधान की तैयारी

  1. विकास माध्यम की तैयारी (एनएच4-YE माध्यम)
    नोट: deionized पानी के लीटर प्रति विकास मीडिया के घटक हैं: खमीर निकालने के 20 ग्राम; 10 ह का (एनएच4)2SO4; और 0.13 एम Tris बफर (पीएच 9.0).
    1. ऑटोक्लेव सामग्री अलग से।
    2. 20 ह खमीर निकालने को भंग करें, और 10 ह (एनएच4)2SO4 में 1 ल् deionized पानी में 0.13 M Tris बफर युक्त भंग करें।
    3. नसबंदी के बाद चुंबकीय उत्तेजक का उपयोग कर घटकों को एक साथ मिलाएं।
  2. स्पोरस्र्सेकिना पेस्टुरी की प्रचार प्रक्रिया
    नोट: इस प्रयोग में 50 एमएल अपकेंद्रित्र ट्यूबों का प्रयोग करें।
    1. एक शीशी में जमे हुए बैक्टीरिया को थपथपाना।
    2. शीशी खोलें.
    3. बैक्टीरिया निलंबन के 0.1 एमएल ताजा विकास माध्यम के 10 एमएल के साथ एक अपकेंद्रित्र ट्यूब के लिए स्थानांतरण। हाथ से अच्छी तरह से मिलाएं (संरोपण दर 1:100 है). विकास माध्यम के साथ 5 और जीवाणु निलंबन दोहराएँ. केवल 10 ताजा विकास माध्यम के अंदर के साथ एक नियंत्रण ट्यूब तैयार करें।
      नोट: फ्रीज/ड्राइंग प्रक्रिया में प्रयुक्त क्रायोप्रोटेकेंट प्राथमिक ट्यूब में वृद्धि को बाधित कर सकता है। एरोबिक स्थिति को बनाए रखने के लिए ट्यूबों के ढक्कन ढीले कर दिए गए थे।
    4. 48 से 72 घंटे के लिए 30 डिग्री सेल्सियस पर 200 आरपीएम पर एक शेकर में सभी ट्यूबों को इनक्यूबेट करें। यदि विकास माध्यम 48 ज के बाद अशांत हो जाता है तो ऊष्मायन बंद कर दें अन्यथा, ऊष्मायन को अधिकतम 72 ज तक बढ़ादें।
    5. बैक्टीरिया और विकास के माध्यम के साथ ट्यूबों को 20 मिनट के लिए 4,000 x ग्राम पर सेंट्रीफ्यूज करें।
    6. supernatant निकालें, ताजा विकास माध्यम के 25 एमएल के साथ बदलें, और अच्छी तरह से एक भंवर मशीन का उपयोग कर मिश्रण.
    7. बैक्टीरिया की गतिविधि को पूरी तरह से प्रोत्साहित करने के लिए दो बार चरणों को दोहराएँ.
    8. बैक्टीरिया की संस्कृति को बढ़ाने के लिए विकास माध्यम के 25 एमएल के साथ अधिक ट्यूबों को टीका लगाने के लिए चरण 1.2.7 में ट्यूबों से निलंबन का उपयोग करें (संरोपण दर 1:100 है)।
    9. 48 घंटे के लिए 30 डिग्री सेल्सियस पर 200 आरपीएम पर एक शेकर में सभी ट्यूबों को इनक्यूबेट करें।
    10. बैक्टीरिया और विकास के माध्यम के साथ ट्यूबों को 20 मिनट के लिए 4,000 x ग्राम पर सेंट्रीफ्यूज करें।
    11. supernatant निकालें, ताजा विकास माध्यम के साथ बदलें, और अच्छी तरह से एक भंवर मशीन का उपयोग कर मिश्रण.
    12. MICP प्रयोगों से पहले ताजा विकास माध्यम का उपयोग कर बैक्टीरिया एकाग्रता समायोजित करें. 600 एनएम पर निलंबन के ऑप्टिकल घनत्व द्वारा बैक्टीरिया एकाग्रता की गणना, जो एक स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का उपयोग कर मापा गया था. इस प्रयोग में ओडी600 0.6 था।

2. सीमेंटीकरण मीडिया की तैयारी

नोट: सीमेंटेशन मीडिया MICP उपचार के दौरान कैल्साइट वर्षा प्रेरित करने के लिए रसायन प्रदान करने के लिए प्रयोग किया जाता है। यूरिया-सीए2+ मोलर अनुपात 1:1 है। सीमेंटीकरण माध्यम के रासायनिक घटक सारणी 1में दर्शाए गए हैं। निम्नलिखित प्रक्रिया 0.5 एम सीए के साथ सीमेंटीकरण मीडिया के 20 एल के लिए है।

  1. प्लास्टिक के डिब्बे में 20 ल जल की तैयारी की।
  2. 20 एल आसुत जल में 200 ह एनएच4सीएल, 60 ग्राम पोषक शोरबा, 42.4 ग्राम नाहको3,600 ग्राम यूरिया तथा 1470 ह केसीएल2$2भ्2व् को भंग करें। सरगर्मी की छड़ से अच्छी तरह मिला लें।

3. मोल्ड की तैयारी

  1. पूर्ण संपर्क लचीला मोल्ड की तैयारी (FCFM)
    नोट: पूर्ण संपर्क लचीला मोल्ड geotextile से बना है. भू-टेक्सटाइल में 1,689 एन की हड़पने की तन्य शक्ति है, 667 एन की एक ट्रैपेजोइडल आंसू ताकत, 0.15 मिमी का स्पष्ट प्रारंभिक आकार, 34 मिमी/s की जल प्रवाह दर, 1.51 मिमी की मोटाई, और 200 ग्राम/उ2की एक इकाई द्रव्यमान है। मोल्ड के आकार (उदाहरण के लिए, unconfined संपीड़न परीक्षण नमूना या प्रत्यक्ष कतरनी परीक्षण नमूना) विभिन्न नमूना आकार तैयार करने के लिए अलग किया जा सकता है।
    1. के रूप में FCFM एक वलयाकार भाग, एक नीचे के होते हैं, और एक कवर, FCFM के घटक भागों में geotextile में कटौती.
    2. FCFMके तीन भागों को एक साथ सीना जैसा कि चित्र 1 में दर्शाया गया है।
  2. जैव-ब्रिक्स के लिए कठोर पूर्ण संपर्क मोल्ड (RFCM) की तैयारी
    नोट: कठोर पूर्ण संपर्क मोल्ड एक लचीला परत और एक कठोर धारक के होते हैं. लचीला परत FCFM के रूप में एक ही geotextile से बना है. कठोर धारक पॉलीप्रोपीलीन छिद्रित शीट से बना होता है जिसमें पॉलीप्रोपाइलीन छिद्रित शीट पर वितरित 6.35 मिमी व्यास का डगमगाया हुआ छेद होता है और आसन्न छेद के बीच निकासी की दूरी 9.53 मिमी होती है। एक मोल्ड तीन कक्षों से मिलकर बनता है और प्रत्येक कक्ष के आकार लंबाई में 177.8 मिमी, चौड़ाई में 76.2 मिमी और ऊंचाई में 38.1 मिमी है। RFCM के आकार के विभिन्न नमूना आकार तैयार करने के लिए अलग किया जा सकता है. कठोर धारक में छेद स्वतंत्र रूप से लचीला परत के माध्यम से सीमेंटीकरण मीडिया प्रवाह की अनुमति देते हैं।
    1. कठोर धारक के घटक टुकड़ों के लिए पॉलीप्रोपाइलीन छिद्रित शीट तैयार करें।
    2. प्लास्टिक शिकंजा और पागल का उपयोग कर कठोर धारक के टुकड़े इकट्ठा।
    3. भू-टेक्सटाइल लचीली परत के घटक भागों को तैयार की जा यति। लचीला परत एक नीचे और एक कवर के होते हैं.
    4. कठोर धारक में लचीली परत के नीचे संलग्न करें।
    5. एक बार जब रेत मोल्ड में मिलाया जाता है, लचीला परत के कवर जगह है और रेत के नमूने के शीर्ष पर सिलाई द्वारा ठीक के रूप में चित्र 2में दिखाया गया है.
  3. खोखले ईंट मोल्ड की तैयारी
    नोट: खोखले ईंट मोल्ड एक कठोर धारक, एक लचीला परत, और गत्ता ट्यूब भी शामिल है। कार्डबोर्ड ट्यूब का आकार 60 मिमी x 140 मिमी x 60 मिमी है। तीन कक्षों एक मोल्ड में शामिल हैं और प्रत्येक मोल्ड कक्ष के आकार लंबाई में 177.8 मिमी, चौड़ाई में 76.2 मिमी और इस प्रक्रिया में ऊंचाई में 38.1 मिमी है।
    1. कठोर धारक के घटक टुकड़ों के लिए पॉलीप्रोपाइलीन छिद्रित शीट तैयार करें।
    2. कठोर धारक टुकड़े के तल पर छेद ड्रिल. छेद का आकार व्यास में 61 मिमी है। प्रत्येक कक्ष में छिद्रों का स्थान चित्र 3क मेंदर्शायागया है।
    3. प्लास्टिक शिकंजा और पागल का उपयोग कर कठोर धारक के टुकड़े इकट्ठा।
    4. कठोर धारक के तल पर drilled छेद में गत्ता ट्यूबों इकट्ठा.
    5. भू-टेक्सटाइल लचीली परत के घटक भागों को तैयार की जा यति। लचीला परत एक नीचे और एक कवर के होते हैं. गत्ता ट्यूबों के एक ही स्थान पर लचीला परत पर छेद भी आवश्यक हैं।
    6. एक बार जब रेत मोल्ड में मिलाया जाता है, लचीला परत के कवर जगह है और रेत के नमूने के शीर्ष पर सिलाई द्वारा ठीक के रूप में चित्र 3खमें दिखाया गया है.

4. बैच रिएक्टर की तैयारी

नोट: चित्र4 में दिखाया रिएक्टर एक प्लास्टिक बॉक्स, सीमेंटेशन मीडिया, एक नमूना समर्थित शेल्फ, और हवा पंप के होते हैं। मिट्टी के नमूने पूरी तरह से सीमेंटीकरण मीडिया में विसर्जित कर सकते हैं, जबकि सीमेंटेशन मीडिया स्वतंत्र रूप से इस विधि से मिट्टी के नमूनों में फैलाना कर सकते हैं। रिएक्टर में वायु पंप बैक्टीरिया के लिए ऑक्सीजन प्रदान करता है। MICP उपचार पर विभिन्न ऑक्सीजन की आपूर्ति के प्रभाव का निर्धारण करने के लिए Sporosarcina pasteuriiद्वारा उत्प्रेरित , ली एट अल. 201718 तीन अलग अलग परिस्थितियों के तहत विपरीत परीक्षण आयोजित: एक वातित हालत, एक हवा प्रतिबंधित हालत, और एक खुली हवा की स्थिति. उन्होंने पाया कि एरोबिक बैक्टीरिया द्वारा उत्प्रेरित MICP प्रक्रियाओं में सुधार करने के लिए एक अच्छी तरह से oxygenated हालत आवश्यक है.

  1. एक प्लास्टिक नली का उपयोग कर हवा की आपूर्ति के साथ हवा पंप कनेक्ट।
  2. प्लास्टिक बॉक्स में हवा पंप रखें.
  3. प्लास्टिक बॉक्स में सीमेंटेशन मीडिया डालो.

5. मिट्टी के नमूनों की तैयारी

  1. MICP उपचारित मिट्टी के नमूने की तैयारी
    नोट: ओटावा रेत (99.7% क्वार्ट्ज) प्रयोगों में प्रयोग किया जाता है. रेत 0.46 मिमी की एक औसत कण आकार के साथ वर्दी है और कोई जुर्माना शामिल हैं. यह एकीकृत मृदा वर्गीकृत प्रणाली (USCS) के आधार पर खराब वर्गीकृत रेत के रूप में वर्गीकृत किया गया है।
    1. एक औसत घने हालत तक पहुँचने के लिए हवा pluviation विधि (FCFM, RFCM, खोखले ईंट मोल्ड) द्वारा मोल्ड में सूखी रेत जोड़ें(लगभग42-55% की सीमामें डी, और 1.58-1.64 ग्राम की रेंज में रेत का शुष्क घनत्व3)।
      नोट: रेत का वजन मोल्ड के विभिन्न प्रकार के अनुसार भिन्न होता है: UCS परीक्षण नमूने के लिए 145 $ 5 ग्राम रेत, जो व्यास में 38.6 मिमी और ऊंचाई में 76.2 मिमी है।
    2. नमूने के शीर्ष पर कवर प्लेस और सिलाई द्वारा इसे ठीक.
    3. नमूनों में पारगम्य geotextile कवर के माध्यम से एक निश्चित ऑप्टिकल घनत्व मूल्य के साथ बैक्टीरिया समाधान डालो और सुनिश्चित करें कि वे संतृप्त कर रहे हैं.
      नोट: बैक्टीरिया समाधान की मात्रा विभिन्न नमूनों के अनुसार विभिन्न: एक UCS परीक्षण नमूने के लिए बैक्टीरिया समाधान के 50 एमएल, जो व्यास में 38.6 मिमी और ऊंचाई में 76.2 मिमी है.
    4. नमूने को समर्थित शेल्फ पर रखें जैसा कि चित्र 5में दिखाया गयाहै.
    5. सीमेंटेशन मीडिया से भरा बैच रिएक्टर में पूरे शेल्फ विसर्जित कर दिया।
    6. हवा की आपूर्ति पर बारी और 100% हवा संतृप्ति रखने के लिए हवा के उत्पादन को समायोजित। MICP प्रतिक्रिया के 7 दिनों के लिए प्रतीक्षा करें.
    7. रिएक्टर से नमूने निकालिए जैसा कि चित्र 5खमें दर्शायागया है ।
    8. पूर्ण संपर्क लचीला मोल्ड काटने या कठोर धारक demolding और फिर लचीला परत काटने से नमूने निकालें.
    9. छिद्र स्थान में अवशिष्ट समाधान को हटाने के लिए नमूनों को पानी से धोएं।
    10. 48 एच के लिए 105 डिग्री सेल्सियस ओवन में नमूने प्लेस जब तक उनके वजन स्थिर रहते हैं. नमूनों का परीक्षण किया जा सकता है या ओवन सुखाने के बाद अतिरिक्त इलाज किया जा सकता है।
  2. फाइबर प्रबलित MICP इलाज मिट्टी के नमूने की तैयारी
    नोट: सिंथेटिक फाइबर (सामग्री की तालिकादेखें) और प्राकृतिक हथेली फाइबर चित्र ामाल 6 में दर्शाए गए इन प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाते हैं।
    1. सिंथेटिक फाइबर के लिए, हाथ से छोटे वेतन वृद्धि में फाइबर और सूखी रेत के 900 ग्राम की प्रस्तावित सामग्री मिश्रण एक समान मिश्रण प्राप्त करने के लिए. इस प्रयोग में फाइबर सामग्री सूखी रेत के वजन से 0.3% के रूप में तय की है.
    2. प्राकृतिक हथेली फाइबर के लिए, चार बराबर भागों में रेत के 760 ग्राम वितरित. अंतराल पर RFCM में रेत के इन चार भागों और फाइबर के तीन परतों जोड़ें.
    3. MICP-उपचारित नमूना प्राप्त करने के लिए चरण 5.1.2[5.1.10 के रूप में एक ही प्रक्रिया को दोहराएँ।
  3. जैव सतह उपचार के साथ सीमेंट से उपचार ईंटों की तैयारी
    नोट: पोर्टलैंड सीमेंट (प्रकार I/II) 3.15 के विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण के साथ इस प्रयोग में सीमेंट का इलाज नमूने के लिए सीमेंटिंग एजेंट के रूप में प्रयोग किया जाता है. इस सीमेंट की शुरुआती ताकत लाभ विभिन्न इलाज समय 7 से 21 दिनों के बीच की अनुमति दी. इस प्रक्रिया में जोड़ा सीमेंट का अनुपात सूखी रेत के वजन से 10% है.
    1. एक समान मिश्रण प्राप्त करने के लिए 900 ग्राम रेत, 90 ग्राम सीमेंट और 200 एमएल जल मिलाएं।
    2. कठोर मोल्ड करने के लिए मिश्रण जोड़ें. कठोर मोल्ड का आकार लंबाई में 177.8 मिमी, चौड़ाई में 76.2 मिमी और ऊंचाई में 38.1 मिमी है।
    3. 100% की एक निरंतर आर्द्रता और 25 डिग्री सेल्सियस के निरंतर तापमान पर 7 दिनों के लिए इलाज।
    4. 48 घंटे के लिए 105 डिग्री सेल्सियस ओवन में नमूने रखें जब तक उनके वजन स्थिर रहते हैं।
    5. चरण 5.1.3 के रूप में एक ही प्रक्रिया को दोहराएँ[5.1.8]
    6. 48 घंटे के लिए 105 डिग्री सेल्सियस ओवन में नमूने रखें जब तक उनके वजन स्थिर रहते हैं। नमूनों का परीक्षण किया जा सकता है या ओवन सुखाने के बाद अतिरिक्त इलाज किया जा सकता है।

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Representative Results

चित्र 7 MICP-उपचारित नमूने में वेगित CaCO3 के वितरण को दर्शाता है। एमआईसीपी-उपचारित नमूने को तीन अलग-अलग क्षेत्रों में विभाजित किया गया था। प्रत्येक क्षेत्र में CaCO3 सामग्री एसिड धोने की विधि द्वारा परीक्षण किया गया था. वेगित कार्बोनेट को भंग करने के लिए, शुष्क MICP-उपचारित नमूने एचसीएल समाधान (0.1 एम) में धोए गए थे, फिर 48 घंटे के लिए धोए गए, फिर धोए गए, सूखा और ओवन-ड्राइन किया गया। एसिड धोने से पहले और बाद में नमूनों की जनता के बीच अंतर मूल्य MICP उपचार नमूनों में वेग कार्बोनेट के द्रव्यमान माना जाता था. CaCO3 सामग्री नमूना वजन के प्रतिशत के रूप में संकेत दिया है. विसर्जन विधि द्वारा MICP-उपचारित नमूने की CaCO3 सामग्री 9.0% से 9.5% तक थी। परिणामों से संकेत मिलता है कि वेग CaCO3 मिट्टी के नमूने भर में समान रूप से वितरित किया गया था. जबकि मार्टिनेज एट अल. 201319 प्रयोगशाला में एक इंजेक्शन विधि द्वारा 50 सेमी लंबी रेत कॉलम पर प्रयोगों का आयोजन किया, उन्होंने पाया कि कैल्साइट MICP इलाज रेत स्तंभ के साथ nonuniformly वितरित. अधिकांश कैल्साइट प्रभावशाली स्तंभ के निकट वेग ित हुआ और स्तंभ के गहरे भाग में सीमेंटीकरण अभिक्रिया में बाधा डालता है।

चार सूत्री परीक्षण का उपयोग करके प्राप्त हथेली फाइबर की तीन परतों और अप्रबलित जैव-ईंट के साथ प्रबलित जैव-ब्रिक के तनाव-तनाव वक्रचित्र 8में दिखाए गए हैं। अप्रबलित जैव ईंट की फ्लेक्सर ताकत 1,150 केपीए थी, जबकि प्रबलित जैव ईंट की 980 केपीए थी। उनके फ्लेक्सर ताकत समान थे, लेकिन लचीला तनाव हथेली फाइबर के अलावा काफी सुधार हुआ था. इन परिणामों से संकेत मिलता है कि हथेली फाइबर लचीलापन के सुधार के लिए योगदान कर सकते हैं.

Figure 1
चित्रा 1: प्रत्यक्ष कतरनी परीक्षण के लिए पूर्ण संपर्क लचीला मोल्ड.
पूर्ण संपर्क लचीला मोल्ड geotextile के बने थे. भू-टेक्सटाइल एक पॉलीप्रोपीलीन, स्टेपल फाइबर और सुई छिद्रित nonwoven सामग्री था। सिलेंडर के आकार का मोल्ड का व्यास 62 मिमी और 26 मिमी की ऊंचाई थी। कृपया इस आकृति का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 2
चित्र 2: जैव ईंटों का नमूना तैयारी.
Iconईंट के लिए इकट्ठे मोल्ड; Icon रेत मोल्ड में जोड़ा; Icon लचीला कवर रेत के नमूने के शीर्ष पर जोड़ा. कठोर पूर्ण संपर्क मोल्ड एक लचीला परत और एक कठोर धारक के होते हैं. लचीली परत भू-टेक्सटाइल से बनी थी, और कठोर धारक पॉलीप्रोपीलीन छिद्रित शीट से बना था। मोल्ड तीन कक्षों से मिलकर और प्रत्येक कक्ष का आकार लंबाई में 177.8 मिमी, चौड़ाई में 76.2 मिमी और ऊंचाई में 38.1 मिमी था। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्र 3: कोरड ईंट मोल्ड.
(क)मोल्ड के एक कक्ष पर छेद वितरण; (ख)कोरड ईंट के Icon लिए जैव-कोर्ड ईंटों के नमूने तैयार करना; Icon रेत मोल्ड में जोड़ा; Icon लचीला कवर रेत के नमूने के शीर्ष पर जोड़ा. कोरड ईंट मोल्ड एक कठोर धारक, एक लचीला परत, और गत्ता ट्यूब शामिल थे. कार्डबोर्ड ट्यूब का आकार 60 मिमी x 140 मिमी x 60 मिमी था। तीन कक्षों में एक मोल्ड में शामिल किया गया था और मोल्ड के प्रत्येक कक्ष का आकार लंबाई में 177.8 मिमी, चौड़ाई में 76.2 मिमी और ऊंचाई में 38.1 मिमी था। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्र 4: MICP के लिए बैच रिएक्टर का स्केच.
सभी नमूने एक पूरी तरह से हलचल टैंक रिएक्टर में तैयार किए गए थे। बैच रिएक्टर मिट्टी के नमूने और सीमेंटीकरण मीडिया, समाधान वर्दी रखने के लिए एक चुंबकीय मिक्सर, और बैक्टीरिया के लिए ऑक्सीजन प्रदान करने के लिए एक हवा पंप शामिल थे। इस विधि की एक प्रमुख विशेषता यह है कि मिट्टी के नमूनों को पूरी तरह से सीमेंटीकरण मीडिया में विसर्जित करने की अनुमति दी जाए और सीमेंटेशन मीडिया को मिट्टी के नमूनों में स्वतंत्र रूप से प्रवेश करने की अनुमति दी जाए। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्रा 5: मिट्टी के नमूने समर्थित शेल्फ पर रखा.
(ं) एमआईसीपी अभिक्रियाओं से पहले; (ख) MICP प्रतिक्रियाओं के बाद. जैव ईंट नमूने पूर्ण संपर्क मोल्ड के साथ तैयार किए गए थे. मोल्ड के शीर्ष पर एक जियोटेक्सटाइल कवर लगाया गया था। प्रत्येक जैव ईंट लंबाई में 177.8 मिमी, चौड़ाई में 76.2 मिमी और ऊंचाई में 38.1 मिमी का एक आकार था। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 6
चित्र 6: (क) सिंथेटिक फाइबर; (ख) प्राकृतिक हथेली फाइबर।
सिंथेटिक फाइबर 0.91 की एक विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण के साथ एक homopolymer polypropylene multifilament फाइबर था. यह रासायनिक उच्च एसिड नमक प्रतिरोध के साथ निष्क्रिय है. लंबाई और इस अध्ययन में इस्तेमाल किया फाइबर की मोटाई थे 12 और 0.1 मिमी, क्रमशः, की लंबाई और मोटाई के बीच 120 के एक पहलू अनुपात के साथ. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 7
चित्र 7: MICP-उपचारित नमूने के तीन क्षेत्रों में CaCO3 वितरण।
नमूने में तीन जोनों को विभाजित किया गया था। प्रत्येक क्षेत्र में, वेग CaCO3 की राशि मापा और वजन से एक प्रतिशत के रूप में गणना की गई थी. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 8
चित्रा 8: unreinforced जैव ईंट और हथेली फाइबर के लिए फ्लेक्स्योर तनाव के एक समारोह के रूप में फ्लेक्स्योर तनाव MICP उपचार के साथ जैव ईंट प्रबलित.
अप्रबलित जैव ईंट की फ्लेक्सर ताकत 1,150 केपीए थी, जबकि प्रबलित जैव ईंट की 980 केपीए थी। हथेली फाइबर के अलावा फ्लेक्सचर तनाव में काफी सुधार हुआ था। इन परिणामों से संकेत मिलता है कि हथेली फाइबर लचीलापन के सुधार के लिए योगदान कर सकते हैं. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

रासायनिक सीमेंटीकरण मीडिया की एकाग्रता (जी/
0.25 एम सीए 0.5 एम सीए 1 एम सीए 1.5 एम सीए
एनएच4सीएल 10 10 10 10
पोषक तत्व शोरबा 3 3 3 3
नाHको3 2.12 2.12 2.12 2.12
यूरिया 15 30 60 90
CaCl 2 $2H2हे 36.8 73.5 147 220.5

तालिका 1: सीमेंटीकरण मीडिया के रासायनिक घटक. रसायन0.25 एम सीए, 0.5 एम सीए, 1 एम सीए, और 1.5 एम सीए में सीमेंटेशन मीडिया के चार सांद्रता तैयार करने के लिए इस्तेमाल किया गया। यूरिया-सीए2+ मोलर अनुपात 1:1 के रूप में निर्धारित किया गया था।

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Discussion

विसर्जन द्वारा MICP तकनीक इस पत्र में प्रस्तुत किया गया था. मिट्टी के नमूने एमआईसीपी प्रक्रिया में सीमेंटीकरण मीडिया द्वारा पूरी तरह से प्रवेश करने के लिए बैच रिएक्टर में डूबे थे। इस विधि में, MICP उपचार नमूने तैयार करने के लिए एक पूर्ण संपर्क लचीला मोल्ड, एक कठोर पूर्ण संपर्क मोल्ड, और एक कोरड ईंट मोल्ड लागू किए गए थे।

विभिन्न मोल्ड विभिन्न ज्यामिति आवश्यकताओं के लिए डिजाइन किया जा सकता है। geotextile के रेशेदार संरचना रेत और सीमेंटीकरण मीडिया है, जो प्रभावी ढंग से मिट्टी के नमूनों में सीमेंटीकरण मीडिया के प्रवेश में वृद्धि के बीच संपर्क क्षेत्र में वृद्धि हुई. geotextile के pores की बड़ी मात्रा में भी अधिक वर्षा MICP इलाज नमूनों की ताकत में सुधार करने के लिए मोल्ड के अंदर होने की अनुमति दी. MICP के मिट्टी गुण, इस तरह के शक्ति और calcite सामग्री के रूप में नमूनों का इलाज, बहुत विसर्जन विधि में इन मोल्ड का उपयोग करके सुधार किया गया. विसर्जन विधि ने पूर्वनिर्मित निर्माण सामग्री, जैसे जैव-ब्रिक्स और जैव खोखले ईंटों को तैयार करने में एक लाभ दिखाया। सिंथेटिक फाइबर और प्राकृतिक फाइबर MICP इलाज के नमूने को बढ़ाने के लिए मिट्टी में जोड़ा जा सकता है. फाइबर इसके अलावा पूर्वनिर्मित MICP इलाज सामग्री में सुधार करने के लिए एक उपयुक्त तरीका है। विसर्जन विधि के साथ MICP तकनीक सीमेंट का इलाज ईंटों के लिए सतह उपचार प्रदर्शन करने के लिए लागू किया जा सकता है उनके गुणों में सुधार, इस तरह के उनके पारगम्यता को कम करके सीमेंट का इलाज सामग्री के स्थायित्व को बढ़ाने के रूप में. हालांकि, इस विसर्जन विधि के लिए अपने ऑपरेशन की सीमा के कारण क्षेत्र में लागू करने के लिए मुश्किल है, कैसे साइट पर इस विधि का उपयोग करने पर भविष्य के अनुसंधान के लिए क्षेत्र में इस विधि को लागू करने की जरूरत है.

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Disclosures

हमारे पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

इस काम को राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन ग्रांट नंबर 1531382 और मार्ट्रईसी द्वारा समर्थित किया गया था।

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)

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References

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इंजीनियरिंग अंक 151 MICP सुधार जैव cemented सामग्री विसर्जन विधि मोल्ड पूर्वनिर्मित
विसर्जन द्वारा Microbially प्रेरित Calcite वर्षा (MICP) के माध्यम से सैंडी मिट्टी सुधार
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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).

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