不同灌浆方式对MICP固化沙漠风积沙的影响研究

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我国西北地区蕴藏着大量的沙漠风积沙,但因其结构松散、不易压实且颗粒细小,难以直接应用于工程建设。需对其进行土体改良,增强其结构强度,以达到工程建设标准。微生物诱导碳酸钙沉积(microbial induced calcite precipitation,MICP)是一种环境友好的土体加固技术,可在沙粒之间形成具有胶结作用的碳酸钙颗粒,提高沙土的强度。本文研究了不同灌浆方式对于MICP技术固化沙漠风积沙的影响,为沙漠风积沙的工程应用提供相关参考。本文的主要研究内容和成果如下:·(1)pH值为9的NH4-YE培养基可以满足巴氏芽孢杆菌的生长需求,适宜菌种的扩大培养。菌株的优化培养条件:温度30℃,接种比例1:150(V菌:V液),振荡速率180 rpm。(2)微生物诱导碳酸钙沉积过程中存在稳定沉降阶段和沉降速率衰减阶段,可能与矿化过程中菌种失活有关。(3)溶液体系下,pH值、温度、胶结液浓度及菌液量均对微生物诱导碳酸钙沉降速率、钙源利用率及沉积物的微观形貌产生重要影响。p H值为9时,碳酸钙沉降速率及钙源利用率最高,分别为0.158 g/L和94.9%,沉积物为多个球状颗粒嵌套而成的花椰菜状碳酸钙;随着温度的升高,碳酸钙沉降速率及钙源利用效率先增后减,在30℃时,两者达到峰值,分别为0.152 g/h和91.1%,且沉积物为斜六面体状的碳酸钙颗粒;胶结液浓度为1 mol/L时,碳酸钙沉降速率及钙源利用效率最高,其他条件时两者均有小范围降低;随着菌液量的增加,碳酸钙沉降速率及钙源利用率呈上升趋势,沉积产物也从斜六面体状的碳酸钙颗粒变为片层状结构堆积而成的碳酸钙微球。(4)在浸泡法固化沙土实验中,沙土级配、颗粒尺寸及浸泡液浓度均会对固化效果产生重要影响,相同条件下制备出的标准砂砂块抗压强度远大于风积沙沙块的抗压强度;不同浓度浸泡液处理的风积沙沙块抗压强度、碳酸钙生成量均存在较大差异,高浓度浸泡液处理的沙土,碳酸钙多沉积在沙粒接缝处,形成有效胶结,沙块的抗压强度最大可达到3.61 MPa。(5)注射液浓度导致沙块强度分布不均,随着胶结液浓度的增加,沙块上半部分的抗压强度逐渐升高,下半部分的抗压强度逐渐降低,上下强度差逐渐增大,整体性和均一性变差。(6)搅拌法制作成的沙块,碳酸钙分布均匀,主要沉积在沙粒接缝处,形成有效胶结,干燥后抗压强度最高,为4.90 MPa,但易在空气中吸湿,导致强度降低。
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