微生物诱导碳酸钙沉积加固土体的注浆方法
第47卷第3期2019年5月河海大学学报(自然科学版)JournalofHohaiUniversity(NaturalSciences)Vol.47No.3May2019
DOI:10.3876/j.issn.10001980.2019.03.011
摇摇基金项目:国家自然科学基金(51578214)
作者简介:彭劼(1971—)男,教授,博士,主要从事软基处理研究。E鄄mail:peng鄄jie@hhu.edu.cn引用本文:彭劼,黄慕凡,谢高强,等.微生物诱导碳酸钙沉积加固土体的注浆方法[J].河海大学学报(自然科学版),2019,47(3):259鄄264.PENGJie,HUANGMufan,XIEGaoqiang,etal.GroutingmethodofMICP鄄treatedsoil[J].JournalofHohaiUniversity(Natural微生物诱导碳酸钙沉积加固土体的注浆方法
彭摇劼1,2,黄慕凡1,2,谢高强1,2,田艳梅1,2
(1.河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏南京摇210098;2.江苏省岩土工程技术工程研究中心,江苏南京摇210098)
摘要:为了探讨微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)在实际工程中的应用方法,尝试注浆管MICP加固
土体,即在土体中插入不同分布密度注浆孔的注浆管,将菌液和胶结液通过注浆管注入土体中,从
而形成加固体,并通过对比试验,研究注浆管MICP的加固效果。试验结果表明,经过注浆管MICP
处理,能形成完整的且强度较高的固化砂柱,并且固化砂柱的强度比较均匀。关键词:微生物诱导碳酸钙沉积;注浆管;土体加固;模型试验
中图分类号:TU43摇摇摇文献标志码:A摇摇摇文章编号:10001980(2019)03025906
GroutingmethodofMICP鄄treatedsoil
PENGJie1,2,HUANGMufan1,2,XIEGaoqiang1,2,TIANYanmei1,2(1.KeyLaboratoryofMinistryofEducationforGeomechanicsandEmbankmentEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China2.JiangsuResearchCenterforGeotechnicalEngineeringTechnology,Nanjing210098,China)
Abstract:ToexploretheapplicationmethodofMICPintheactualproject,theMICPgroutingpipeisusedtoreinforcethesoilinthisstudy.Thatistoinsertthegroutingpipeintothesoilthroughholesofdifferentdensities,thenpenetratethebacteriafluidandthecementingfluidintothesoilthroughtheholesonthegroutingpipe,andatlast,thecementedsandcolumncanbeformedinthesoil.Bycomparingthereinforcementeffectofcontrastexperiments,theresultsshowthatthisgroutingmethodcanbeusedtoformacompleteandhighstrengthcementedsandcolumnandthestrengthofeachlayerisrelativelybalanced.
Keywords:MICP;groutingpipes;modelexperiment;soilreinforcement
传统的土体加固方法如真空预压固结、电渗固结、化学注浆等方法存在诸多不足[1鄄3],如工期长、能耗大、
对环境有不良影响等。近年来,微生物诱导碳酸钙沉积(microbiallyinducedcarbonateprecipitation,MICP)在
土体加固方面的研究得到越来越多的重视[4鄄7]。MICP是指特定细菌的代谢产物与周围环境中的物质合成碳
酸钙的过程[8]。自然界中存在多种微生物,可在新陈代谢过程中生成碳酸钙,其机制种类主要包括:尿素水
解如巴氏芽孢杆菌八叠球菌(Sporosarcinapasteurii)、反硝化作用如Castellanielladenitrificans、硫酸盐还原如sulphatereducingbacteria等[9鄄11]。其中尿素水解类微生物具有环境适应性强、碳酸钙生成量高、沉积速度快
等优点[11鄄12],因此成为MICP加固土体研究中受到最多关注和应用的微生物。
Whiffin[11]首次将MICP方法应用于土体加固中,其利用巴氏芽孢杆菌八叠球菌诱导碳酸钙沉积在松散
砂中,显著地提高了砂土的剪切强度。Dejong等[4]进一步用X射线衍射试验确定了其中起到胶结作用的物
质是方解石晶型碳酸钙。之后,学者们进一步研究了不同的微生物、钙源种类、化学试剂浓度以及环境因素
的影响等[13鄄15]。
如何有效地将微生物和相关的化学试剂(如尿素和氯化钙)输送到需要加固的土体位置是MICP加固土河海大学学报(自然科学版)第47卷
体的关键问题。Whiffin等[16]提出了分步的一维注浆法,即各种浆液分别从上往下依次注入:先将菌液注入
土中,然后注入固定液(如50mm的氯化钙溶液),最后注入沉淀所需的化学试剂。不过由于形成的碳酸钙
容易导致上部淤堵,后期浆液难以注入,用该方法生成的砂柱较短,且上下强度不均匀。Cheng等[17鄄18]直接
在试样表面依次喷洒菌液和化学试剂来加固非饱和土。Soon等[19]在研究MICP加固热带残积土时采用了
泵压法输送营养液,显著地提高砂土的剪切强度和降低其渗透系数。Zhao等[20]提出了将砂柱浸润在胶结液
中的固化方法:使用土工布(其纤维结构提供很好的支撑、具有很好的透水能力)制作MICP模具,将砂样与
菌液混合搅拌均匀,然后装入制作好的模具中,将模具放入盛有足够量胶结液的反应器中,经过固化后的试
样固化比较均匀,没有发现明显的分层和脆弱砂层,整个样品胶结成完整的砂柱。
之后,多个学者进一步研究了加固较大体积土体的注浆方法,VanPaassen等[21]研究了单点灌浆,模型
箱尺寸为0.9m伊1.1m伊1.0m,周边布置排水过滤通道,注射口埋设于砂体中心,经过50d的加固处理,整个
立方体砂样胶结成型,为近似球形的胶结砂体。Li[22]研究了引流灌浆,模型箱尺寸1.12m伊0.96m伊0.95m,
结果发现胶结效果更好,整个立方体砂体胶结成型,胶结效率高达93%,VanPaassen等[23]将这种灌浆方法
应用于实际工程,进行了8m伊5.6m伊2.5m的大体积MICP试验,在一侧依次重复注入菌液和试剂,另一侧用
抽水井辅助其运移,能形成体积约100m3的加固体。
综上所述,在以往的MICP研究中,小体积砂柱的注浆方式多为一维单向注浆,加固范围小且不均匀,较
大体积的土体采用单点、引流等方法,往往将整个试验土体加固成了一个整体。上述方法在将来的实际应用
中均有明显缺陷。因此,本文尝试了注浆管MICP的方法,即在土体中插入带有注浆孔的注浆管,将菌液和
胶结液通过注浆管小孔渗透于土体中,从而形成加固体。本文通过3个模型槽对比试验,研究了该注浆方法
的可行性及加固效果,为MICP方法将来应用于实际工程提供了参考。
1摇试验装置与材料
1.1摇试验装置
如图1所示,试验装置主要包括模型槽、注浆管、蠕动泵及连接管等。圆柱形模型槽由有机玻璃制成,内
径为120mm,高度600mm,模型槽底部设置了出水口。在模型槽内放置砂样后将注浆管插入模型槽。进行
了A、B、C共3组试验,3组试验分别采用不同的注浆管。注浆管由薄的有机玻璃制成,长度400mm,内径10mm,壁厚0郾5mm,底部封闭。3组试验的注浆管上的注浆孔分布各不相同,注浆管展开图如图2所示。注
浆孔直径均为2mm。A组试验注浆管上的注浆孔是均匀分布,注浆管展开后注浆孔水平距离12mm,垂直距
离20mm;B组试验注浆管上的注浆孔从上到下的分布密度逐渐加大,注浆管展开后注浆孔水平距离从上到
下分别为12mm、9mm、7mm,垂直距离20mm;C组试验注浆管上的注浆孔从上到下的分布密度比B组更大,
注浆管展开后注浆孔水平距离从上到下分别为12mm、7mm、5mm,垂直距离20mm。
图1摇试验装置示意图(单位:mm)Fig.1摇Experimentaldevice(units:mm
)图2摇注浆管平剖图(单位:mm)Fig.2摇Crosssectionofthegroutingpipe(units:mm)摇摇蠕动泵型号为BT100鄄2J,转速范围为0郾1~100r/min,泵头采用型号为YZ1515x的单通道泵头。
1.2摇砂样制备与物理力学特性
试验砂土选用标准砂,平均粒径d50=0郾64mm,d60=0郾80mm,不均匀系数Cu=5郾33,曲率系数Cc=1郾33,
该试验用砂级配良好,其颗粒级配曲线如图3所示。062第3期彭摇劼,等摇微生物诱导碳酸钙沉积加固土体的注浆方法
图3摇颗粒级配曲线Fig.3摇Distributioncurveofsandparticles摇摇将砂灌入模型槽内,插入注浆管,注浆管底部距离模型槽底
200mm,注浆管范围内的砂样高度为400mm。试验前3组模型槽
中的砂质量均为13郾1kg,平均孔隙比为0郾370,平均含水率为11郾2%。
1.3摇MICP菌液及胶结液
本试验所用菌种为巴氏芽孢杆菌(美国菌种保藏中心,编号
为ATCC11859),依照培养液配方(表1)配制培养液,并调节pH值为9郾0。将细菌从平板接种至培养液中,置于振荡培养箱
(30益,121r/min)中培养18~24h,然后测定其OD值(1郾0~
2郾2)和活性。胶结液由0郾5mol/LCaCl2和1mol/L尿素Urea
配制而成。
表1摇细菌培养液配方Table1摇Formulaofthebacterialculturemedium
化学物质消毒方式摩尔质量/(g·mol-1)用量/(g·L-1)
酵母提取物(Yeastextract)高压蒸汽灭菌20郾000氯化铵(NH4Cl)高压蒸汽灭菌53郾4910郾000硫酸锰(MnSO4·H2O)169郾010郾010氯化镍(NiCl·H2O)129郾600郾024尿素(Urea)过滤60郾0610郾000
2摇试验方法
2.1摇注浆过程
表2摇菌液和胶结液用量Table2摇Dosageofthebacteriaandcementingliquid
砂柱编号菌液用量/L胶结液用量/LA6郾512郾0B8郾015郾5C9郾017郾0摇摇采用分步注浆法分别将菌液和胶结液通过注浆管注
入砂土中,即灌入1次菌液后灌入2次胶结液。先将菌
液通过注浆管灌入砂土中,静止4h后用蠕动泵将相同
体积的胶结液从注浆管内灌入,静置4h后再进行第二
次胶结液灌入,然后静置。每24h进行一次上述的灌注
微生物诱导碳酸钙沉淀在土体改良中的应用
ValueEngineering
0引言目前土体加固技术一直采用的是传统的土体改良方法，如排水固结，化学注浆等方法，这些传统的处理方式成本较高，消耗能源较大，同时还易污染环境。所以亟需研究一种新型环保绿色高效的胶凝材料来加固土体[1]。研究发现，在自然界中存在一些产脲酶细菌微生物，通过给其提供氮源和Ca2+的营养液，能够快速矿化出有良好胶结作用的碳酸钙晶体[2]，用尿素水解生成碳酸钙沉淀的机制简单，短时间可以产生大量CO32-，因此成为了微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）的常用方法。尿素水解产生碳酸钙沉淀是一个复杂的生物矿化过程，这一过程会受到外界多种因素的影响。因此国内外学者从各个方面开展了对微生物矿化机制的研究。比如在尿素水解过程中，细菌的种类和产脲酶能力、钙离子浓度和温度对细菌的脲酶活性有所影响。在细菌的种类和产脲酶能力方面，赵茜[3]利用菌液和纯脲酶试剂进行了对比试验，发现菌液的脲酶活性更强，对砂土的矿化效果更好。Park等[4]利用4种不同的尿素水解类细菌进行MICP矿化反应，发现巴氏芽孢杆菌的产脲酶能力较强。通过改变钙离子的浓度，研究者[5]发现脲酶活性随着Ca2+浓度的增加会降低。在0.50~0.75M钙离子浓度水平下，脲酶活性随着浓度的增加有一定提升。温度对细菌生长繁殖也有重要影响，Whiffin等[6]认为尿素水解细菌的最适宜温度为30益。胶结液浓度、钙源和添加剂是影响固化土内部碳酸钙产量和抗压强度的重要因素。Ng等[7]发现在0.5mol/L和0.25mol/L胶结液浓度下，0.5mol/L胶结液生成的碳酸钙含量更多。在钙源方面，目前大多数研究都以氯化钙作为钙源[8-9]，Abo-El-Enein等[10]研究了氯化钙、硝酸钙和醋酸钙固化砂土后强度的变化，通过对比试验发现氯化钙固化砂土的抗压强度最高，为1.2MPa。醋酸钙和硝酸钙的强度分别为1MPa和0.45MPa。在添加剂方面，骆晓伟[11]在砂土固化试验中加入了0.2%的玄武岩纤维后，固化后砂土强度比原始强度2.6MPa提高了1个MPa。近年来，学者们利用MICP技术对各种类型的不良土体进行了固化改良且效果显著。研究发现土体本身的颗粒粒径、孔隙大小、渗透性和矿物成分等因素也会影响MICP的加固效果[11]。本文通过对文献的调研，归纳总结了利用MICP对各种类型土固化的效果，得到了各类土加固后无侧限抗压强度和渗透性大小变化。首先介绍了尿素水解MICP加固土体的原理，其次系统归纳了MICP加固各类土的研究成果，最后对加固效果进行了讨论分析，以期为固化更多不良土体的技术和应用研究提供参考。要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作者简介院范冬梅（1990-），女，江苏盐城人，讲师，硕士，研究方向为工程技术；何玉龙（通讯作者）（1990-），男，江苏南通人，工程师，学士，研究方向为冶金电器。微生物诱导碳酸钙沉淀在土体改良中的应用ApplicationofMicrobialInducedCalciumCarbonatePrecipitationinSoilSolidificationImprovement范冬梅淤FANDong-mei曰何玉龙于HEYu-long曰刘冬梅淤LIUDong-mei曰朱词淤ZHUCi曰薛萍淤XUEPing曰薛海兵淤XUEHai-bing（淤江苏商贸职业学院，南通226000；于中冶华天南京工程技术有限公司，南京210000）（淤JiangsuVocationalCollegeofBusiness，Nantong226000，China；于MCCHuatianEngineeringTechnologyCorporation，Nanjing210000，China）摘要院微生物诱导碳酸钙沉淀是一种新型改良土体的技术，该技术在较好保护环境的同时，可以改善不良土体自身的性质。本文系统总结了各类土体自身的特点以及利用微生物矿化机理固化各类土体后的无侧限抗压强度和渗透性大小，对加固效果的影响因素进行了讨论分析，以期为固化更多不良土体的技术和应用研究提供参考。研究结果表明，颗粒粒径和孔隙大小在一定范围内，才能具有较好的固化效果；初始渗透系数较大的土体矿化后渗透系数显著降低；土体自身的矿物成分和物理性质也会影响加固效果。可见影响微生物加固效果的因素有很多，需要选取最优方案以期达到较好的固化效果。Abstract:Microbialinducedcalciumcarbonateprecipitationisanewtypeofsoilimprovementtechnology,whichcanimprovethepropertiesofpoorsoilwhileprotectingtheenvironment.Thisarticlesystematicallysummarizesthecharacteristicsofvarioustypesofsoil,aswellastheunconfinedcompressivestrengthandpermeabilityaftersolidificationusingmicrobialmineralizationmechanism.Theinfluencingfactorsofreinforcementeffectarediscussedandanalyzed,inordertoprovidereferenceforthetechnologyandapplicationresearchofsolidificationofmoreunfavorablesoil.Theresearchresultsindicatethatonlywhentheparticlesizeandporesizearewithinacertainrangecanagoodcuringeffectbeachieved.Thepermeabilitycoefficientofsoilwithalargerinitialpermeabilitycoefficientsignificantlydecreasesaftermineralization.Themineralcompositionandphysicalpropertiesofthesoilitselfcanalsoaffectthereinforcementeffect.Itcanbeseenthattherearemanyfactorswhichaffecttheeffectivenessofmicrobialreinforcement,anditisnecessarytoselecttheoptimalsolutioninordertoachieveabettersolidificationeffect.关键词院微生物诱导碳酸钙沉淀；微生物矿化机制；土体固化改良；无侧限抗压强度；渗透系数Keywords:microbialinducedcalciumcarbonateprecipitation；biomineralizationmechanism；soilsolidificationimprovement；unconfinedcompressivestrength；permeabilitycoefficient中图分类号院TU443文献标识码院A文章编号院1006-4311（
《MICP技术加固黄土力学特性及其机理试验研究》
《MICP技术加固黄土力学特性及其机理试验研究》
一、引言
黄土是一种广泛分布于我国北方地区的特殊土质，其力学性质直接关系到工程建设的稳定性和安全性。近年来，MICP（Microbial-Induced Calcite Precipitation）技术因其环保、高效的特点在土质改良领域得到了广泛关注。本文旨在研究MICP技术加固黄土的力学特性及其作用机理，为黄土地区的工程建设提供理论依据。
二、MICP技术概述
MICP技术是一种利用微生物诱导产生的碳酸钙沉淀来加固土体的方法。其原理是通过向土体中注入含有特定细菌的溶液，使细菌在土体中繁殖并产生碳酸钙沉淀，从而提高土体的力学性质。MICP技术具有环保、低成本、高效率等优点，适用于黄土等软土的加固。
三、试验材料与方法
（一）试验材料
本试验所使用的黄土取自某地区，试验中所用的MICP菌种为具有高沉淀碳酸钙能力的菌种。
（二）试验方法
1. 制备不同浓度的MICP菌液，分别与黄土混合，设置对照组和实验组。 2. 对实验组进行MICP处理，记录处理时间、温度等参数。
3. 对处理后的黄土进行力学性能测试，包括压缩试验、剪切试验等。
4. 通过扫描电镜、X射线衍射等手段观察黄土的微观结构变化。
四、试验结果与分析
（一）力学性能测试结果
经过MICP处理的黄土，其压缩模量、抗剪强度等力学性能指标均有显著提高。随着MICP处理浓度的增加和处理时间的延长，力学性能指标的提高幅度逐渐增大。
（二）微观结构分析
通过扫描电镜和X射线衍射等手段观察发现，MICP处理后，黄土中的微生物活动促进了碳酸钙的生成和沉积，使得土体中的孔隙结构得到改善，颗粒间的连接更加紧密。同时，碳酸钙的生成和沉积也填充了土体中的微小裂隙，进一步提高了土体的力学性能。
五、MICP技术加固黄土的机理
MICP技术加固黄土的机理主要包括两个方面：一是微生物活动促进碳酸钙的生成和沉积，填充了土体中的孔隙和裂隙，改善了土体的微观结构；二是碳酸钙的生成和沉积使得颗粒间的连接更加紧密，提高了土体的力学性能。此外，MICP技术还具有环保、低成本、高效率等优点，适用于黄土等软土的加固。
微生物沉积碳酸钙修复混凝土裂缝的现场试验
第１６卷第４期 ２０１３年８月 建筑材料学报 ｊｏＵＲＮＡＩ ＯＦ ＢＵＩＬＤＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ Ｖｏ１．１６。Ｎｏ．４ Ａｕｇ．，２０１３ 文章编号：１００７—９６２９（２０１３）０４—０６６７—０６ 微生物沉积碳酸钙修复混凝土裂缝的现场试验 贾 强 ， 张 鑫 ， 侯宏涛 。 杨金彪 （１．山东建筑大学土木工程学院，山东济南２５００１３； ２．山东建筑大学山东省建筑结构鉴定加固与改造重点实验室，山东济南２５００１３） 摘要：利用微生物的酶化作用诱导碳酸钙沉积来修复混凝土裂缝是地下室防渗堵漏的新途径．为 推广和检验这项技术，将其应用于某地下室裂缝防渗堵漏工程，提出并采用４项措施：（１）在水平缝 ３，１－￣４做灌浆槽，既保持一定液面高度以维持灌浆压力，又防止菌液和营养盐渗入土中；（２）设计斜 向灌注孔，控制竖缝的微生物灌浆质量；（３）在裂缝表面交替涂刷菌液和营养盐溶液；（４）用ＰＶＣ管 向裂缝外土壤实施微生物灌浆．通过注水试验、雨后观察、超声波检测和地质雷达检测等方法对４ 种堵漏措施的效果进行了检验和评价，结果显示修复效果较好． 关键词：微生物沉积碳酸钙；堵漏；裂缝 中图分类号：ＴＵ３７５．４ 文献标志码：Ａ ｄｏｔ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—９６２９．２０１３．０４．０２０ Ｆｉｅｌｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｒａｃｋ Ｒｅｐａｉｒ ｂｙ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｇ０３ ＪＩＡ Ｑｉａｎｇ ～，ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎ ，Ｈ０己，Ｈｏｎｇ—ｔａｏ ，ＹＡＮＧ Ｊｉｎ—ｂｉａｏ ’。 （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５００１３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｐｐｒａｉｓａｌ ａｎｄ Ｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ ｉｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２ ５ ００ １ ３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｒａｃｋ ｒｅｐａｉｒ ｂｙ ｍｉｃｒｏｂｉｏ１ｏｇｉｃａｌ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＣａＣＯ３ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｅｐａｇｅ ａｎｄ ｐｌｕｇｇｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ａ ｆｉｅｌｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｉｔｓ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｆｏｕｒ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｔａｋｅｎ．（１）Ｔｈｅ ｔｒｏｕｇｈ ｏｕｔｓｉｄｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｃｒａｃｋ ｃａｎ ｐｒｅｖｅｎｔ ｓｅｒｉｆｌｕｘ ｆｒｏｍ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｏｉｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｌｉｑｕｉｄ ｈｅｉｇｈｔ．（２）Ｔｈｅ ｓｌａｎｔ ｈｏｌｅｓ ｗｅｒｅ ｄｒｉｌｌｅｄ ｔｏ ｇｒｏｕｔ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃｒａｃｋ．（３）Ｂａｃｔｅｒｉａ ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ ｕｒｅａ—Ｃａ（Ｎ０３）２ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｂｒｕｓｈｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｂｙ ｔｕｒｎｓ．（４）Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ＰＶＣ ｐｉｐｅｓ ｗｅｒｅ ｃｈｏｓｅｎ ｆｏｒ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｉｎ ｓｏｉｌ．Ｔｈｅ ｒｅｐａｉｒ ｅｆｆｅｃｔ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｂｙ ｔｅｓｔ ｏｆ ｉｎｊ ｅｃｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ，ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｒａｉｎ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｇｅｏ— ｌｏｇｉｃａｌ ｒａｄａｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ。ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｐａｉｒ ｉＳ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＣａＣＯ３；ｐｌｕｇｇｉｎｇ；ｃｒａｃｋ 利用微生物沉积碳酸钙修复混凝土技术是一种 学科交叉的国际先进技术，其机理是利用微生物诱 导生成矿物沉积以填补和修复混凝土缺陷：某些嗜 碱性的土壤微生物利用自身产生的尿素酶将尿素水 解为氨和二氧化碳，而氨的增加会使周围ｐＨ值升 高，从而引起碳酸钙的沉积．在诱导碳酸钙沉积的过 程中，微生物的作用不仅仅是生成尿素酶，而且还为 碳酸钙的沉积提供成核地点ｌｌ ］． １９７３年，Ｂｏｑｕｅｔ等＿ｌ３ 发现土壤中有些细菌能够 诱导碳酸钙晶体沉积，此后碳酸盐生物矿化沉积机 理及应用研究一直备受关注．Ｃａｃｃｈｉｏ等＿４］研究了不 同微生物物种对沉积物成分的影响和不同温度下细 菌的矿化能力，从土壤中分离出３１种能够诱导碳酸 钙沉积的细菌，采用ＣａＣ１ 为钙源，细菌矿化后的产 收稿日期：２０１１－１２—３０；修订日期：２Ｏ１２—０７—１０ 基金项目：山东省科技攻关计划项目（２０１２ＧＧＢ０１ｌ１６） 第一作者：贾强（１９７ｏ），男，山东济南人，山东建筑大学副教授，博士．Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉａｑｉａｎｇ＠ｓｄｊｚｕ．ｅｄｕ．ｃＩＲ
micp加固方法
micp加固方法
Micp加固方法
随着建筑结构的发展和进步，人们对建筑的安全性要求也越来越高。而Micp（Microbial Induced Carbonate Precipitation）加固方法作为一种新兴的工程技术，受到了广泛的关注和应用。本文将介绍Micp加固方法的原理、适用范围以及施工步骤等内容，希望能为读者提供一些有价值的信息和参考。
一、Micp加固方法的原理
Micp加固方法是利用微生物诱导碳酸盐沉淀的原理来增强土体的力学性能。在施工过程中，首先通过培养一种特定的细菌，然后将其注入到土体中。细菌在土体中生长繁殖，并通过代谢产生的酶活化土体中的钙源，使其与注入的碳酸盐溶液中的钙离子结合形成固结物质，从而增加土体的抗压强度和稳定性。
二、Micp加固方法的适用范围
Micp加固方法适用于各种类型的土体，包括砂土、黏土、粉土等。无论是自然土体还是人工填土，都可以通过Micp加固方法来提高其力学性能。此外，Micp加固方法还可以应用于各种工程项目，例如土石坝、边坡、地基处理等，有效地解决了土体工程中的一些难题。
三、Micp加固方法的施工步骤 Micp加固方法的施工步骤主要包括以下几个方面：
1. 细菌培养：选择一种适合的细菌菌株，并进行培养。培养条件包括温度、pH值、营养物等，以保证细菌的正常生长。
2. 细菌注入：将培养好的细菌注入到需要加固的土体中。注入方法可以采用钻孔注入、喷洒注入等，根据具体情况选择合适的注入方式。
3. 碳酸盐溶液注入：在细菌注入后，将碳酸盐溶液注入到土体中。碳酸盐溶液中的钙离子会与细菌代谢产生的酶结合，形成固结物质，从而增加土体的抗压强度。
4. 固化时间控制：根据土体的具体情况和工程需求，控制固化时间。一般固化时间较长，需要几周甚至几个月。在固化的过程中，需要进行监测和管理，以确保加固效果的稳定性和可靠性。
四、Micp加固方法的优势
Micp加固方法相比传统的土体加固方法具有以下优势：
微生物诱导碳酸钙沉淀(micp)固化土壤实验研究
微生物诱导碳酸钙沉淀(micp)固化土壤实验研究
随着世界范围内的人口增长和社会发展，对建设用地的需求不断增大。传统的化学灌浆材料和化学固化剂，大多含有有毒化学物质，常常对环境造成不良影响。研究一种新型环保的土壤加固方法就变得十分迫切。微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）是一种在自然界中广泛存在的生物矿化过程，机理简单，快速高效，环境耐受性好。将这一技术用于土壤加固，将会带来巨大的环境效益和经济效益。本文主要开展了巴氏芽孢杆菌（Sporosarcina pasteurii）催化尿素水解进行MICP固化土壤效果和影响因素研究，为这一技术的实际应用提供基础数据和科学依据。主要研究内容和成果为：（1）巴氏芽孢杆菌的培养和脲酶活性研究。在1%（V/V）接种量，200rpm连续培养时，巴氏芽孢杆菌的最适宜培养条件为30℃，pH8~9，时间为38~40h，适宜保存条件为4℃，至少可以保存30d。（2）尿素水解MICP过程及影响因素研究。增大菌液（或脲酶）浓度，可以加快尿素水解过程。尿素浓度小于1.6M时，增加其浓度，可以提高细菌脲酶活性，而高浓度CaCl2对脲酶有明显的抑制作用。提高CaCl2和尿素浓度（小于1.5M）可以提高CaCO3生成量。pH为6~9时，对脲酶活性影响很小；高温（超过30°C）对脲酶活性有明显促进作用。（3）使用由土工布制作的全接触柔性模具和完全混合反应器进行实验研究，大大提高了样品的固化效果和均匀性。（4）细菌和人工提取脲酶MICP固化土壤的研究。增大细菌（或脲酶）浓度、粘结液浓度、反应时间都可以提高固化样品抗压强度和CaCO3生成量。砂土粒径对固化效果有很大影响，标准
砂D50=0.46mm固化效果优于密西西比砂D50=0.33mm。MICP固化样品具有较好的水稳定性和热稳定性。在初始脲酶活性相近时，人工提取脲酶MICP固化效果不如细菌，脲酶MICP固化土壤的效率也比较低，并且其成本较高。因此，巴氏芽孢杆菌比脲酶更适宜实际工程应用。
微生物灌浆加固土体技术的发展
微生物灌浆加固土体技术的发展
随着我国社会主义市场经济的发展，人口的急剧增加，对住房的需求也越来越多，所以我国的城市基础设施建设存在着严重的供不应求的现象。在土木工程建设中，肯定会遇到一些不良的土体需要进行加固处理。目前，一般常用的加固方法是物理化学加固，利用机械能或者人造材料进行加固。灌浆技术是很常见的加固方法，是用水泥、石灰或化学浆材这些浆液灌进土体的缝隙中，或者是与土体进行搅拌混合，以此使土地的强度增强，渗透性降低。但是水泥和石灰等这些传统的建筑材料能使土体呈现碱性，并且对周围的植被和地下水都产生一定的破坏和污染。而且这些建筑材料耗能高，所以不利于我国所提倡的节能和绿色施工的要求。所以研究节能环保，经济效益高的新型土体加固技术就具有很重要的作用了。研究的关键就是找到一种新型的凝胶材料，这种凝胶材料具有能耗小污染少，性能优良的特点。经过各国专家的不断的研究，终于研制出MICP灌浆技术，采用微生物灌浆材料，这种灌浆材料具有黏性低、流动性好、渗透性强、胶结强度可以调控、低碳环保的优点。下面就简单介绍一下MICP土体加固技术。
一、MICP土体加固技术
MICP是自然界广泛存在的一种生物诱导矿化作用，微生物经过新陈代谢产生二氧化碳，碳酸钙离子，这是碳酸钙析出所依赖的环境，与微生物的种类没有多大关系，所以不同的微生物便形成了不同MICP方式。主要被广泛应用的碳酸钙生物矿化技术是尿素水解的MICP。
尿素水解的MICP大都基于一种高产脲酶的巴氏芽孢杆菌，这种细菌能够吞噬碱性细菌，适应环境的能力也很强，这种灌浆技术能够防止土体碱化。在整个生物矿化过程中，巴氏芽孢杆菌基本不会产生任何有毒的物质，所以对土质几乎没有任何污染。 二、MICP固化土体的工程性质
（一）强度
表征MICP固化土强度特性的重要指标是无侧限抗压强度。土颗粒之间沉积的方解石凝胶对固化土强度起主要的作用。
微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)固化土体研究进展
微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)固化土体研究进展
张一佳;严德强;曲晶;王鑫雨;雷雨嫣;杜彬宇;薛凯鑫;李刚
【期刊名称】《土木工程》
【年(卷),期】2024(13)5
【摘 要】土地荒漠化严重危害人类的生存和可持续发展。微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)是近年来兴起的经济、环保和耐久的防风治沙方法。为了研究MICP固化土体的工程特性,本文对MICP进行了系统的归纳总结,从MICP的国内外发展与现状、MICP固化土体的力学特性、MICP固化土体的作用机理分析了MICP对固化土体的效果。为MICP的发展提供了参考。
【总页数】10页(P603-612)
【作 者】张一佳;严德强;曲晶;王鑫雨;雷雨嫣;杜彬宇;薛凯鑫;李刚
【作者单位】西京学院 西安
【正文语种】中 文
【中图分类】TU4
【相关文献】
1.基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化土体的研究进展2.微生物诱导碳酸钙固化土体研究进程3.微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对膨胀土性能改良研究4.基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)改善淤泥质土强度5.脲酶诱导碳酸钙沉积(EICP)固化土体研究进展
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微生物加固技术修复岩体的潜力与挑战
微生物加固技术修复岩体的潜力与挑战
摘 要：我国地质灾害频发，对危岩体进行加固修复是地灾防护的重要组成部分。近几年，自然界微生物生化过程的成矿产物对岩土体表现出良好的胶结性能，因此利用微生物加固技术对裂隙岩体进行加固，将能降低危岩崩塌、脱离母岩的风险，提高危岩的稳定性，同时也为地灾防治提供了一种新的思路。在回顾微生物加固技术的机理基础上，重点阐述了微生物加固技术的缺陷与不足，这将是今后需要重点解决的问题。
关 键 词：微生物加固技术；MICP；巴氏芽孢杆菌；碳酸钙
1 引言
在地质构造、风化、降水、地震、人类活动等单个因素或多个因素耦合作用下，岩石中节理、裂隙越来越发育从而形成了连续的破断面，造成岩体发生较大变形，对节理、裂隙岩质边坡的稳定性造成极大的影响，不利于工程的正常施工或安全运营。近年来的研究发现，自然界微生物生化过程的成矿产物对试样表现出良好的胶结性能。因此，基于微生物成矿作用的新型岩土体加固技术为地质灾害的防治提供了一种新的思路[1]。与注浆等传统的岩土体加固方法相比，该技术具有粘性低、流动性好、对微细小裂隙处理效果更佳等优点，可以更好的渗透到岩石的节理裂隙中，并且对环境的污染小，是一种生态环保的绿色加固技术[2]。
2微生物加固技术
微生物固化常见的反应有脲酶水解尿素、铁还原、反硝化、硫酸盐还原等反应，其中又以MICP（Microbially Induced Carbonate Precipitation，基于脲酶水解尿素的微生物诱导碳酸钙沉积）技术研究最多，应用最广[3]。而巴氏芽孢杆菌（Sporosarcinapasteurii）由于其自身无毒无害；对环境的适应性强；在恶劣的环境下（酸性、碱性、高盐性）也能保持较高的细胞活性等优点，成为了MICP技术相关研究中最为热门的细菌之一[4-5]。 图1 巴氏芽孢杆菌菌种
2.1MICP技术加固原理
将巴氏芽孢杆菌注入岩土体后，巴氏芽孢杆菌吸附到岩土体颗粒的表面，利用自身的新陈代谢活动为之后的反应提供脲酶条件[6]。而后随着钙源与尿素的注入，由巴氏芽孢杆菌产生的脲酶首先将尿素分解成和，又由于巴氏芽孢杆菌细胞表面带负电能够吸附环境与溶液中的阳离子，Ca2+便以巴氏芽孢杆菌为成核位点吸附被脲酶水解后的碳酸根离子从而形成碳酸钙包裹在巴氏芽孢杆菌的细胞表面。随着生成的碳酸钙越来越多，巴氏芽孢杆菌因碳酸钙的包裹逐渐失活、死亡。当岩土颗粒之间通过碳酸钙“桥接”起来，此时岩土体得到了有效胶结，岩土体中的孔隙、裂隙减小，岩土体强度得到了提高，岩土体的渗透性也得到了有效的降低。
微生物水泥研究与应用进展
微生物水泥研究与应用进展
钱春香;王欣;於孝牛
【摘 要】微生物诱导碳酸钙沉积（MICP），即利用微生物代谢活动中矿化行为，诱导形成碳酸钙沉淀，其具有特殊的胶结作用，可作为一种新颖的生物胶凝材料—微生物水泥。本文从M IC P矿化机制、胶结机理以及微生物水泥在岩土工程中的应用等方面探讨了相应的最新进展，分析了目前存在的问题，并对微生物水泥的进一步研究提出了思路和建议。%Microbiologically induced calcium
carbonate precipitation(MICP) was a biological process of calcium
carbonate precipitation resulting from bio‐mineralization during metabolic
activities of micro‐organisms .Microbe cement ,a kind of novel biological
cementitious material ,was developed due to the special cementation of
calcium carbonate via microbe .Research and progress in recent years were
discussed in detail from three aspects of mineralization
mechanisms ,cementation function and applica‐tions in geotechnical
engineering of microbe cement .The problems existing at present were
analyzed , and ways of thinking and suggestions for further research on