微生物诱导碳酸钙沉淀联合膨润土固化粗砂的试验研究

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guoguangyun_09
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微生物诱导碳酸钙沉淀技术(Microbial induced calcium carbonate precipitation,简称MICP)主要是利用产生脲酶的微生物水解溶液中的尿素产生碳酸根和氢氧根离子,与游离的钙离子结合生成碳酸钙沉淀,其生成的沉淀具有胶结作用,可以使松散的砂土颗粒胶结起来,显著改善松散砂土的性质,是一种较有前途的绿色可行性技术。本文主要利用钠基膨润土和MICP技术一起改善粗砂的特性,不同钠基膨润土掺量(0.0%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%)对MICP固化粗砂进行了碳酸钙沉淀含量测试,并对其微观结构进行了表征,评价了其渗透性及强度特性等,试验结果验证了将膨润土与MICP技术联合改良粗砂的可行性,其可以有效地应用于MICP技术的局部土体改良。论文的主要内容及研究成果如下:(1)采用膨润土和MICP一起用来改善粗砂特性是可行的,添加的膨润土没有影响或抑制细菌的脲酶活性,反而有利于碳酸钙沉淀的生成,膨润土为其提供了较为适宜的物质载体,使得固菌率和碳酸钙含量均随膨润土掺量的增加而增加,而碳酸钙含量随固菌率的增加呈指数增加。MICP技术固化后粗砂试样的吸水率随着膨润土掺量的增加而呈非线性降低。粗砂试样的软化系数随着膨润土掺量的增加而呈非线性增加。膨润土的掺入可以改善固化后粗砂的抗水性能,经掺入膨润土固化后的粗砂试样归为软化岩类。(2)通过变水头渗透试验发现,掺入膨润土或仅使用MICP固化处理(膨润土掺量0.0%)均能降低粗砂的渗透性。通过把膨润土和MICP技术结合起来则可以进一步降低其渗透性,渗透系数成功地降低了四个数量级。干燥及饱和状态下的无侧限抗压强度及劈裂抗拉强度随着膨润土掺量的增加呈非线性增加,增加效果较为显著。不同膨润土掺量下干燥试样的无侧限抗压强度均高于饱和状态。通过回归分析发现,砂柱的渗透系数随碳酸钙含量的增加呈幂函数减小,无侧限抗压强度随着碳酸钙含量的增加呈幂函数增加。(3)通过对MICP固化后的粗砂试样进行SEM、XRD试验分析,添加的膨润土颗粒提高了细菌的滞留能力,促进了碳酸钙在孔隙中的析出,并最终包裹在碳酸钙中,而不影响碳酸钙的晶体类型。证实了生物催化作用增强了砂粒间的结合,使经处理的砂粒具有更密实的结构和更高的强度。(4)膨润土掺量为3.0%时,粗砂试样的渗透系数随营养盐注入量的增加而减小,且两者之间呈指数函数关系;而粗砂试样的无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度均随营养盐注入量增加而增大,并且无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度与营养盐注入量之间均呈线性关系。以上研究成果表明了添加不同掺量的膨润土对MICP固化粗砂是可行的,其有效地改善了粗砂的物理力学特性,并加深了对MICP固化机理方面的认识,为实际工程应用提供了一定的参考价值和指导意义。
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