Daldırma ile Mikrobiyal İndüklenen Kalsit Çökemi (MICP) ile Kumlu Toprak İyileşmesi

Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Burada mikrobiyal indüklenen kalsit çökeltisi (MICP) teknolojisi, toprak özelliklerini daldırma ile geliştirmek için sunulmaktadır.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Bu makalenin amacı mikrobiyal kaynaklı kalsit çökeltme (MICP) tedavi örnekleri geliştirmek için bir daldırma yöntemi geliştirmektir. Toprak örneklerini çimentolama ortamına sokmak için bir toplu reaktör kuruldu. Çimentolama ortamı, enjekte edilen çimentolama ortamı yerine toplu reaktördeki toprak örneklerine serbestçe yayılabilir. Tam temas esnek kalıp, sert bir tam temas kalıp ve bir cored tuğla kalıp farklı toprak örnek tutucuları hazırlamak için kullanılmıştır. Sentetik lifler ve doğal lifler MICP ile işlenmiş toprak örneklerini güçlendirmek için seçilmiştir. MICP ile tedavi edilen numunelerin farklı alanlarında çökelmiş CaCO3 ölçüldü. CaCO3 dağılım sonuçları, çökelmiş CaCO3'ün daldırma yöntemi ile toprak numunesinde eşit olarak dağıtıldığını göstermiştir.

Introduction

Biyolojik bir zemin iyileştirme teknolojisi olarak, mikrobiyal indüklenen kalsit çökelti (MICP) toprağın mühendislik özelliklerini geliştirme yeteneğine sahiptir. Toprağın mukavemetini, sertliğini ve geçirgenliğini artırmak için kullanılmıştır. MICP tekniği dünya çapında toprak iyileştirme için çok dikkat kazanmıştır1,2,3,4. Karbonat çökeltisi doğal olarak gerçekleşir ve toprak ortamına özgü patojen olmayan organizmalar tarafından indüklenebilir5. MICP biyojeokimyasal reaksiyon üreolitik bakteri, üre ve kalsiyum açısından zengin bir çözelti varlığı ile tahrik edilir5,6. Sporosarcina pastöröri kalsit yağış doğru reaksiyon ağını katalizler son derece aktif üreaz enzimdir7,8. Üre hidroliz işlemi çözünmüş amonyum (NH4+) ve inorganik karbonat (CO32-)üretir. Karbonat iyonları kalsiyum karbonat kristalleri gibi çökeltmek için kalsiyum iyonları ile reaksiyona girerler. Üre hidroliz reaksiyonları burada gösterilmiştir:

Equation 1

Equation 2

Çökelmiş CaCO3, MICP ile işlenmiş toprağın mühendislik özelliklerini geliştirmek için kum parçacıklarını birbirine bağlayabilir. MICP tekniği, toprağın mukavemet ve sertliğinin iyileştirilmesi, beton onarımı ve çevresel iyileştirme9, 10,11,12gibi çeşitli uygulamalarda uygulanmıştır. 13.000 , 14.000 , 15. yıl.

Zhao ve ark.16 MICP ile tedavi edilen numuneleri hazırlamak için bir daldırma yöntemi geliştirdi. Bu yöntemde geotextile'den yapılmış tam kontak esnek kalıp kullanılmıştır. Çökelmiş CaCO3, MICP ile tedavi edilen numuneler boyunca eşit olarak dağıtılır. Bu ve ark.17, MICP ile işlenmiş ışın örneklerini daldırma yöntemiyle hazırlamak için sert bir tam kontak kalıbı geliştirdi. Bu yöntemle sert bir tam temas kalıbı kullanılarak hazırlanan MICP ile işlenmiş numune uygun ışın şeklini oluşturabilir. MICP ile tedavi edilen örnek dörde bölündü ve CaCO3 içeriği ölçüldü. CaCO3 içeriği ağırlık olarak %8,4 ± %1,5 ile %9,4 ± %1,2 arasında değişmekteydi ve bu da CaCO3'ün MICP ile tedavi edilen numunelerde daldırma yöntemiyle eşit olarak dağıtıldığını göstermiştir. Bu MICP ile işlenmiş numuneler de daha iyi mekanik özellikler elde etti. Bu MICP ile işlenmiş biyo-numuneler 950 kPa esneme mukavemetine ulaştı, bu da %20-25 çimento ile işlenmiş numunelere (600-1300 kPa) benzerdi. Li ve ark.10 kumlu toprağa rastgele dağıtılan ayrık lif ekledi ve MICP daldırma yöntemi ile toprak tedavi. Onlar kesme mukavemeti, süneklik ve MICP ile tedavi edilen toprağın başarısızlık zorlanma açıkça uygun lif ekleyerek geliştirilmiş bulundu.

MICP için daldırma yöntemi sürekligeliştirilmiştir 10,16,17. Bu yöntem, micp ile işlenmiş toprak numuneleri ve tuğla ve kirişler gibi MICP ile işlenmiş prefabrik yapı malzemelerinin hazırlanmasında kullanılabilir. Numune hazırlama kalıbının farklı geometri boyutları geliştirilmiştir. Lifler, özelliklerini geliştirmek için MICP ile tedavi edilen numunelere eklendi. Bu ayrıntılı protokol MICP tedavisi için daldırma yöntemlerini belgelemek amacıyla hazırlanmıştır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

NOT: Aşağıdaki prosedürlerde kullanılan tüm ilgili malzemeler tehlikeli değildir. Kişisel koruyucu ekipman (güvenlik gözlükleri, eldiven, laboratuvar önlüğü, tam uzunlukta pantolon, kapalı ayak ayakkabı) hala gereklidir.

1. Bakteri çözeltisinin hazırlanması

  1. Büyüme ortamının hazırlanması (NH4-YE orta)
    NOT: Deiyonize su litre başına büyüme ortamı bileşenleri şunlardır: maya ekstresi 20 g; 10 g (NH4)2SO4; ve 0,13 M Tris tampon (pH 9.0).
    1. Otoklav malzemeleri ayrı ayrı.
    2. 0,13 M Tris tampon içeren deiyonize su 20 g ve (NH4)2SO4 1 L deiyonize su çözünür.
    3. Sterilizasyon sonrası manyetik karıştırıcıyı kullanarak bileşenleri karıştırın.
  2. Sporosarcina pastörörisinin yayılma prosedürü
    NOT: Bu deneyde 50 mL santrifüj tüpü kullanın.
    1. Donmuş bakterileri bir şişede eritin.
    2. Şişeyi aç.
    3. 0,1 mL bakteri süspansiyonunun 10 mL taze büyüme ortamına sahip bir santrifüj tüpüne aktarılması. Elle iyice karıştırın (aşılama oranı 1:100'dür). Büyüme ortamı ile 5 bakterisüspansiyontekrarlayın. Sadece içinde taze büyüme ortamı 10 ile bir kontrol tüpü hazırlayın.
      NOT: Dondurma/kurutma işleminde kullanılan kriyoprotektif ana tüpte büyümeyi engelleyebilir. Tüplerin kapakları aerobik durumu korumak için gevşek sıkılır.
    4. Tüm tüpleri 30 °C'de 200 rpm'de 48-72 saat boyunca çalkalayın. Büyüme ortamı 48 h.'den sonra bulanıklaşırsa kuluçkayı durdurun, aksi takdirde kuluçka süresini maksimum 72 saate kadar uzatın.
    5. 20 dk için 4.000 x g bakteri ve büyüme ortamı ile tüpler santrifüj.
    6. Supernatant çıkarın, taze büyüme ortamı 25 mL ile değiştirin ve bir girdap makinesi kullanarak iyice karıştırın.
    7. Bakterilerin aktivitesini tam olarak uyarmak için adımları 1.2.3-1.2.6'yı iki kez tekrarlayın.
    8. Bakteri kültürünü geliştirmek için 25 mL büyüme ortamına sahip daha fazla tüpü aşılamak için 1.2.7 adımdaki tüplerden gelen süspansiyonu kullanın (aşılama oranı 1:100'dür).
    9. Tüm tüpleri 200 rpm'de 30 °C'de 48 saat boyunca çalkalayın.
    10. 20 dk için 4.000 x g bakteri ve büyüme ortamı ile tüpler santrifüj.
    11. Supernatant çıkarın, taze büyüme ortamı ile değiştirin ve iyi bir girdap makinesi kullanarak karıştırın.
    12. MICP deneylerini önce taze büyüme ortamını kullanarak bakteri konsantrasyonu ayarlayın. Bir spektrofotometre kullanılarak ölçülen 600 nm'deki süspansiyonun optik yoğunluğuna göre bakteri konsantrasyonu hesaplayın. Bu deneydeki OD600 0.6 idi.

2. Çimentolama ortamının hazırlanması

NOT: Sementasyon ortamı MICP tedavisi sırasında kalsit çökeltisi indüklemek için kimyasallar sağlamak için kullanılır. Üre-Ca2+ azı azı oranı 1:1'dir. Çimentolama ortamının kimyasal bileşenleri Tablo 1'degösterilmiştir. Aşağıdaki prosedür 0,5 M Ca ile çimentolama ortamı20 L içindir.

  1. Plastik bir kutuiçinde 20 L su hazırlayın.
  2. 200 g NH4Cl, 60 g besin suyu, 42,4 g NaHCO3,600 g üre ve 1470 g CaCl2,2H2O 20 L distile suda çözün. Karıştırma çubuğunu iyice karıştırın.

3. Kalıpların hazırlanması

  1. Tam temas esnek kalıbının (FCFM) hazırlanması
    NOT: Tam temas esnek kalıp geotextile yapılır. Geotextile bir kapmak çekme mukavemeti vardır 1,689 N, bir yamuk gözyaşı mukavemeti 667 N, 0.15 mm belirgin bir açılış boyutu, 34 mm /s su akış hızı, 1.51 mm kalınlığında ve bir birim kütlesi 200 g/m2. Kalıp boyutu farklı örnek boyutları (örneğin, sınırlandırılmamış sıkıştırma testi örneği veya doğrudan kesme testi örneği) hazırlamak için çeşitli olabilir.
    1. FCFM bir anüler parçası, bir alt ve bir kapak oluşur gibi, FCFM kurucu parçaları içine geotextile kesti.
    2. Şekil 1'degösterildiği gibi FCFM'nin üç parçasını birleştirin.
  2. Biyotuğlalar için katı tam temas kalıbının (RFCM) hazırlanması
    NOT: Sert tam temas kalıbı esnek bir tabaka ve sert bir tutucudan oluşur. Esnek tabaka FCFM ile aynı geotextile yapılır. Rijit tutucu, polipropilen delikli sac üzerinde 6,35 mm çapında sendelenmiş delikleri olan polipropilen delikli bir levhadan imal edilmiştir ve bitişik delikler arasındaki açıklık mesafesi 9,53 mm'dir. Bir kalıp üç odadan oluşur ve her odanın boyutu 177,8 mm uzunluğunda, 76,2 mm genişliğinde ve 38,1 mm yüksekliğindedir. Farklı örnek boyutu hazırlamak için RFCM boyutu çeşitli olabilir. Rijit tutucudaki delikler, çimentolama ortamının esnek tabakadan serbestçe akmasını sağlar.
    1. Sert tutucunun kurucu parçaları için polipropilen delikli levhayı hazırlayın.
    2. Plastik vida ve somun kullanarak sert tutucu parçaları monte edin.
    3. Geotextile esnek katmanın bileşen parçalarını hazırlayın. Esnek tabaka bir alt ve bir kapak oluşur.
    4. Esnek katmanın alt kısmını sert tutucuya içine çekin.
    5. Kum kalıba eklendikten sonra, esnek tabakanın kapağını yerleştirin ve Şekil 2'degösterildiği gibi kum numunesinin üstüne dikilerek düzeltin.
  3. İçi boş tuğla kalıp hazırlanması
    NOT: İçi boş tuğla kalıp sert bir tutucu, esnek bir tabaka ve karton tüpler içerir. Karton borunun boyutu 60 mm x 140 mm x 60 mm'dir. Bir kalıpta üç bölme yer alıyor ve bu işlemde her kalıp haznesinin boyutu 177,8 mm uzunluğunda, 76,2 mm genişliğinde ve 38,1 mm yüksekliğindedir.
    1. Sert tutucunun kurucu parçaları için polipropilen delikli levhayı hazırlayın.
    2. Sert tutucu parçanın alt kısmında delik. Deliklerin çapı 61 mm'dir. Her haznedeki deliklerin yeri Şekil 3a'dagösterilmiştir.
    3. Plastik vida ve somunlar kullanarak sert tutucu parçaları monte edin.
    4. Karton tüpleri sert tutucunun altındaki delinmiş deliklerde birleştirin.
    5. Geotextile esnek katmanın bileşen parçalarını hazırlayın. Esnek tabaka bir alt ve bir kapak oluşur. Delikler de karton tüpler aynı yerde esnek tabaka üzerinde gereklidir.
    6. Kum kalıba eklendikten sonra, esnek tabakanın kapağını yerleştirin ve Şekil 3b'degösterildiği gibi kum numunesinin üstüne dikilerek düzeltin.

4. Toplu reaktörün hazırlanması

NOT: Şekil 4'te gösterilen reaktör plastik bir kutu, çimentolama ortamı, numune destekli raf ve hava pompalarından oluşmaktadır. Toprak örnekleri çimentolama ortamına tam olarak daldırılabilirken, çimentolama ortamı bu yöntemle toprak örneklerine serbestçe yayılabilir. Reaktördeki hava pompası bakterilere oksijen sağlar. Sporosarcina pasteuriitarafından katalize EDILEN MICP tedavisi üzerinde farklı oksijen kaynağının etkilerini belirlemek için, Li ve ark. 201718 üç farklı koşul altında kontrast testleri yaptı: havalanmış bir durum, klima kısıtlı bir durum ve açık hava koşulu. Onlar iyi oksijenli bir durum aerobik bakteriler tarafından katalize MICP süreçlerini iyileştirmek için gerekli olduğunu bulundu.

  1. Plastik bir hortum kullanarak hava pompası ile hava kaynağı bağlayın.
  2. Hava pompasını plastik kutuya yerleştirin.
  3. Plastik kutuya çimentolama ortamı dökün.

5. Toprak örneklerinin hazırlanması

  1. MICP ile işlenmiş toprak numunesinin hazırlanması
    NOT: Deneylerde Ottawa kumu (%99.7 kuvars) kullanılmaktadır. Kum, ortanca partikül boyutu 0,46 mm olan tek tiptir ve ceza dahil değildir. Birleşik Toprak Sınıflandırılmış Sistemi (USCS) dayalı kötü dereceli kum olarak sınıflandırılır.
    1. Hava pluviasyon yöntemi (FCFM, RFCM, içi boş tuğla kalıp) ile kalıplar içine kuru kum ekleyin medyan yoğun bir duruma ulaşmak için(Dr yaklaşık 42-55%aralığında, ve 1.58-1.64 g/cm3aralığında kum kuru yoğunluğu).
      NOT: Kumun ağırlığı farklı kalıp türlerine göre değişir: 38,6 mm çapında ve 76,2 mm yüksekliğinde olan UCS test numunesi için 145 ± 5 g kum.
    2. Kapağı numunelerin üzerine yerleştirin ve dikerek düzeltin.
    3. Bakteri çözeltisini geçirilebilir geotextile kapağı ile sabit optik yoğunluk değerine sahip numunelerin içine dökün ve doymuş olduğundan emin olun.
      NOT: Bakteri çözeltisi miktarı farklı numunelere göre değişmektedir: 38,6 mm çapında ve 76,2 mm yüksekliğinde olan UCS test numunesi için 50 mL bakteri çözeltisi.
    4. Örnekleri Şekil 5a'da gösterildiği gibi örnek desteklirafayerleştirin.
    5. Tüm rafı çimentolama ortamıyla dolu toplu reaktöre daldırın.
    6. Hava beslemesini açın ve hava çıkışını %100 hava doygunluğu tutmak için ayarlayın. MICP reaksiyonu 7 gün bekleyin.
    7. Şekil 5b'degösterildiği gibi reaktörden alınan numuneleri çıkar.
    8. Tam temas esnek kalıbını keserek veya sert tutucuyu kalıplayarak ve esnek katmanı keserek numuneleri çıkarın.
    9. Gözenek alanında kalan çözeltiyi çıkarmak için numuneleri suyla yıkayın.
    10. Numuneleri ağırlıkları sabit kalana kadar 48 saat boyunca 105 °C'lik fırına yerleştirin. Numuneler, fırın kuruduktan sonra test edilebilir veya ayrıca işlenebilir.
  2. Elyaf takviyeli MICP ile işlenmiş toprak numunesinin hazırlanması
    NOT: Bu işlemlerde sentetik elyaf (bkz. Malzemeler Tablosu)ve Şekil 6'da gösterildiği gibi doğal palmiye lifleri kullanılmaktadır.
    1. Sentetik elyaf için, tek tip bir karışım elde etmek için lif ve kuru kum 900 g küçük artışlarla önerilen içerik karıştırın. Bu deneydeki lif içeriği kuru kumun ağırlığına göre %0,3 olarak sabitlenir.
    2. Doğal palmiye lifi için, dört eşit parçaya kum 760 g dağıtın. Aralıklarla RFCM kum ve lif bu dört parça ekleyin.
    3. MICP'li numuneyi almak için 5.1.2-5.1.10 adımlarını aynı yordamı tekrarlayın.
  3. Biyoyüzey işleme li çimento işlemeli tuğlaların hazırlanması
    NOT: 3.15 özgül ağırlığı na sahip portland çimentosu (TIP I/II) bu deneyde çimento ile işlenmiş numuneler için çimentolama maddesi olarak kullanılır. Bu çimento erken mukavemet kazanç çeşitli kür süreleri 7 ila 21 gün arasında değişmektedir izin verdi. Bu işlemde eklenen çimento oranı kuru kum ağırlığına göre % 10'dur.
    1. Tek tip bir karışım elde etmek için 900 g kum, 90 g çimento ve 200 mL su karıştırın.
    2. Katı kalıp karışımı ekleyin. Rijit kalıbın boyutu 177,8 mm uzunluğunda, 76,2 mm genişliğinde ve 38,1 mm yüksekliğindedir.
    3. %100 sabit nemde ve 25 °C sabit sıcaklıkta 7 gün kür.
    4. Numuneleri ağırlıkları sabit kalana kadar 48 saat boyunca 105 °C'lik fırına yerleştirin.
    5. Adım 5.1.3—5.1.8 olarak aynı yordamı tekrarlayın.
    6. Numuneleri ağırlıkları sabit kalana kadar 48 saat boyunca 105 °C'lik fırına yerleştirin. Numuneler, fırın kuruduktan sonra test edilebilir veya ayrıca işlenebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Şekil 7, çökelmiş CaCO3'ün MICP ile tedavi edilen numune boyunca dağılımını göstermektedir. MICP ile tedavi edilen örnek üç farklı alana ayrıldı. Her bölgedeki CaCO3 içeriği asit yıkama yöntemi ile test edilmiştir. Çökelmiş karbonatları eritmek için, kuru MICP ile işlenmiş numuneler hcl çözeltisi (0,1 M) içinde yıkandı, sonra durulandı, boşaltıldı ve 48 saat boyunca fırında kurutuldu. Asit yıkamadan önce ve sonra numune kütleleri arasındaki fark değeri MICP ile tedavi edilen numunelerde çökeltilen karbonatların kütlesi olarak kabul edildi. CaCO3 içeriği örnek ağırlığın yüzdesi olarak gösterilir. Micp ile işlenmiş numunenin daldırma yöntemiile CaCO3 içeriği %9,0 ile %9,5 arasında değişmekteydi. Sonuçlar, çökelmiş CaCO3'ün toprak numunesi boyunca eşit olarak dağıtıldığını göstermiştir. Martinez ve ark. 201319 laboratuvarda enjeksiyon yöntemiyle 50 cm uzunluğunda kum sütunları üzerinde deneyler yaparken, kalsitin MICP ile tedavi edilen kum sütunu boyunca tek tip olmayan olarak dağıldığını buldular. Kalsitin çoğu etkili kolon yakınında çökeldi ve sütunun daha derin bölümünde çimentolama reaksiyonu engelledi.

Üç kat palmiye elyafı ve dört noktalı test kullanılarak elde edilen takviyesiz biyo-tuğla ile güçlendirilmiş biyo-tuğlanın gerinim eğrileri Şekil 8'degösterilmiştir. Takviyesiz biyo-tuğlanın esneme mukavemeti 1.150 kPa iken, güçlendirilmiş biyo-tuğlanın esnekliği 980 kPa idi. Onların flexure güçlü benzer, ama fleksyon zorlanma önemli ölçüde palmiye lifi eklenmesi ile geliştirilmiştir. Bu sonuçlar palmiye lifi süneklik gelişimine katkıda bulunabilir göstermektedir.

Figure 1
Şekil 1: Doğrudan kesme testleri için tam temas esnek kalıp.
Tam temas esnek kalıplar geotextile yapılmıştır. Geotextile bir polipropilen, elyaf ve iğne delikli nonwoven malzeme oldu. Silindir şeklindeki kalıbın çapı 62 mm ve yüksekliği 26 mm. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: Biyotuğlaların örnek hazırlanması.
IconTuğla için monte edilmiş kalıp; Icon Kum kalıba eklendi; Icon Kum numunesinin üstüne esnek kapak eklenir. Sert tam kontak kalıp esnek bir tabaka ve sert bir tutucu oluşur. Esnek tabaka geotextile yapılmış ve sert tutucu polipropilen delikli levha yapılmıştır. Kalıp üç odadan oluşuyordu ve her bir odanın büyüklüğü 177.8 mm uzunluğunda, 76.2 mm genişliğinde ve 38.1 mm yüksekliğindeydi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Çatlı tuğla kalıpları.
(a) Bir kalıp haznesinde delik dağılımı; (b)Biyo-cored tuğla Icon örnek hazırlanması Kavrulmuş tuğla için montajlı kalıp; Icon Kum kalıba eklendi; Icon Kum numunesinin üstüne esnek kapak eklenir. Kavrulmuş tuğla kalıp sert bir tutucu, esnek bir tabaka ve karton tüpler dahil. Karton tüp boyutu 60 mm x 140 mm x 60 mm idi. Bir kalıpta üç oda eklenmiştir ve her kalıbın büyüklüğü 177,8 mm uzunluğunda, 76,2 mm genişliğinde ve 38,1 mm yüksekliğindedir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: MICP için toplu reaktör çizimi.
Tüm numuneler tamamen karıştırılan bir tank reaktöründe hazırlandı. Toplu reaktör toprak örnekleri ve çimentolama ortamı, çözüm üniforma tutmak için bir manyetik karıştırıcı ve bakteriler için oksijen sağlamak için bir hava pompası içeren plastik bir kutu dahil. Bu yöntemin önemli bir özelliği, toprak örneklerinin çimentolama ortamına tam olarak daldırılmasına ve çimentolama ortamının toprak örneklerine serbestçe nüfuz etmesini sağlamaktır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5: Desteklenen rafa yerleştirilen toprak örnekleri.
(a) MICP reaksiyonları öncesinde; (b) MICP reaksiyonları sonra. Biyo-tuğla örnekleri tam temas kalıbı ile hazırlanmıştır. Kalıbın üstüne jeotekstil kapak uygulandı. Her biyo-tuğlanın uzunluğu 177,8 mm, genişliği 76,2 mm ve yüksekliği 38,1 mm'dir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 6
Şekil 6: (a) Sentetik elyaf; (b) doğal palmiye lifi.
Sentetik elyaf 0.91 özgül ağırlığı ile bir homopolimer polipropilen multifilament elyaf oldu. Yüksek asit tuz direnci ile kimyasal olarak etkisizdir. Bu çalışmada kullanılan liflerin uzunluğu ve kalınlığı sırasıyla 12 ve 0,1 mm olup, lifin uzunluğu ve kalınlığı arasında 120 en boy oranı vardır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 7
Şekil 7: Micp ile tedavi edilen numunenin üç alanında CaCO3 dağılımı.
Örnekte üç bölge bölündü. Her bölgede, çökelmiş CaCO3 miktarı ölçüldü ve ağırlık olarak yüzde olarak hesaplandı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 8
Şekil 8: Takviyeedilmemiş biyo-tuğla ve palm elyafı takviyeli biyo-tuğla için esnekliğin bir fonksiyonu olarak fleksiyon stresi MICP tedavisi ile takviyeli biyo-tuğla.
Takviyesiz biyo-tuğlanın esneme mukavemeti 1.150 kPa iken, güçlendirilmiş biyo-tuğlanın esnekliği 980 kPa idi. Fleksiyon zorlanma önemli ölçüde palmiye lifi ilavesi ile geliştirilmiştir. Bu sonuçlar palmiye lifi süneklik gelişimine katkıda bulunabilir göstermektedir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Kimyasal Çimentolama ortamıkonsantrasyonu (g/L)
0.25 m ca 0,5 m ca 1 m ca 1,5 m ca
NH4Cl 10 10 10 10
Besin suyu 3 3 3 3
NaHCO3 2.12 2.12 2.12 2.12
Üre 15 30 60 90
CaCl2,2H2O 36.8 73.5 147 220.5

Tablo 1: Çimentolama ortamının kimyasal bileşenleri. Kimyasallar 0,25 M Ca, 0,5 M Ca, 1 M Ca ve 1,5 M Ca çimentolama media dört konsantrasyonları hazırlamak için kullanılmıştır. Üre-Ca2+ azı azı oranı 1:1 olarak belirlendi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Micp tekniği daldırma ile bu yazıda sunulmuştur. Toprak örnekleri, MICP işleminde çimentolama ortamı tarafından tamamen nüfuz etmek için toplu reaktöre daldırıldı. Bu yöntemde MICP ile tedavi edilen numunelerin hazırlanması için tam temas esnek kalıp, sert tam kontak kalıp ve korse tuğla kalıp uygulanmıştır.

Farklı kalıplar farklı geometri gereksinimleri için tasarlanabilir. Geotextile'in lifli yapısı kum ve çimentolama ortamı arasındaki temas alanını artırarak çimentolama ortamının toprak örneklerine nüfuzunu etkin bir şekilde artırmıştır. Geotextile gözenekleri büyük miktarda da MICP tedavi numunelerin gücünü artırmak için kalıp içinde meydana gelen daha fazla yağış izin verdi. MİkP ile tedavi edilen numunelerin mukavemet ve kalsit içeriği gibi toprak özellikleri, daldırma yönteminde bu kalıplar kullanılarak büyük ölçüde iyileştirilmiştir. Daldırma yöntemi biyo-tuğla ve biyo içi boş tuğla gibi prefabrik yapı malzemeleri, hazırlanmasında bir avantaj gösterdi. Sentetik elyaf ve doğal elyaf MICP tedavi örnekleri geliştirmek için toprağa eklenebilir. Lif ilavesi, prefabrik MICP benzeri işlenmiş malzemeleri geliştirmek için uygun bir yoldur. Daldırma yöntemi ile MICP tekniği, çimento ile işlenmiş tuğlaların özelliklerini iyileştirmek için yüzey işlemesi yapmak için uygulanabilir, örneğin çimento ile işlenmiş malzemelerin dayanıklılığını artırmak gibi geçirgenliklerini azaltarak. Ancak, bu daldırma yönteminin çalışmasının sınırlandırılması nedeniyle sahada uygulanması zor olup, bu yöntemin sahada nasıl kullanılacağı konusunda ileride yapılan araştırmalara bu yöntemin sahada uygulanması gerekmektedir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Açıklayacak bir şeyimiz yok.

Acknowledgments

Bu çalışma, 1531382 sayılı Ulusal Bilim Vakfı Hibesi ve MarTREC tarafından desteklenmiştir.

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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics