微生物诱导碳酸钙沉积

1.摘 要

和平年代的经济，皆是蒸蒸日上，每年中国从农村像全国各大城市迁移的人数高达上千万，与此同时需要大量的建设用地来满足生活需求，遇到不能满足实际工程需求的低质土地，就需要对土地进行加固处理，进而传统的化学灌浆材料和化学固化剂登上了历史的舞台。我们不选择传统固化剂的原因有三：首先，传统固化剂内除了硅酸钠以外所有的化学物质都含有毒性，对环境有着极大的危害，这有悖于国家建设环境友好型社会的理念；其次，当前现有的注浆技术及材料执行力都较差，无法达到预定的效果，若选择保守设计，会造成成本浪费，对公司的造价产生或大或小的影响，不利于可持续发展；然后，水泥作为我们常用的胶凝材料，虽然强度够大，加固效果很好，但是其生产所产生的温室气体带给我们的危害也是不可估量的。因而研究一种新型环保的土壤加固方法势在必行。通过向松散砂土中低压传入微生物细胞以及营养盐，以诱导碳酸钙沉积，最终在松散颗粒间形成固化的桥梁，近乎完美改善砂土的力学性能，这一方法便称之为微生物诱导碳酸钙沉积，即MICP。MICP是一种极为新型的土体加固方式，，具有施工扰动小，加固效果明显，工期短，低耗能等优点，可以显著提高土体的强度，刚度，并同时减小渗透性，乃至优化更多的力学性能。再者关于碳酸钙，其在自然界分布较为广泛，且性质稳定，同时有较强的强度以及耐久性能，对于土体加固这一块，确有优势。

2.国内外研究现状

2.1MICP加固土体研究现状

2.1.1MICP加固及修复各类土体研究现状

西北农林科技大学的研究生李多^【1】曾涉足过微生物诱导碳酸钙沉积固化沙漠风积砂的研究，风积砂多出现在干旱半干旱地区，土质较为疏松，急需要MICP此类技术加以固化。研究通过在风积砂中加注巴氏芽孢杆菌菌液和五种不同浓度的胶结液对沙漠风积砂进行固化，最终结果表明：浓度较高的胶结液形成的碳酸钙依附在颗粒表面，在砂颗粒间起到的是充填的作用，而浓度相对较低的胶结液在砂颗粒间起的作用则是固化砂土颗粒，形成砂土之间的有效桥梁，使砂密度提高继而整体性更好，强度更高，抗渗性能也得到极大的改善。由此可见，微生物诱导碳酸钙沉积固化沙漠风积砂的研究是十分必要再进一步去推进的，不管是对科研的探索还是对实际工程领域的贡献都是不容小觑的。

哈尔滨工业大学研究生王博^【2】研究了利用当前火热的MICP技术对干旱半干旱地区的盐渍土进行加固，以提高盐渍土的物理力学性能。微生物诱导碳酸钙沉淀的技术主要是利用尿素水解来进行加固盐渍土壤。首先确定影响实验的关键因素，例如尿素浓度，脲酶活性以及钙离子浓度等等，接着在良好的外部条件下，对人工配置的粗颗粒盐渍土进行加固试验，最后进行了无侧限抗压强度，并对实验数据进行归纳和整理。研究表明：MICP固化盐渍土的机理在于微生物矿化作用生成了碳酸钙沉淀，在一些易溶盐土被冲刷后，所生成的碳酸钙沉淀填补了空缺，使得土块整体性提高，强度增强。MICP技术一旦成熟，可以大大的减小实际的工程造价。

彭邦阳和赵志峰教授^【3】就表面入渗法诱导碳酸钙沉积加固海相粉土进行了一定的研究。由于现在的微生物诱导碳酸钙沉淀加固土体的技术多是采用注浆法，此适用于粒径较大的砂土，对于土颗粒空隙较小的粉土来说则是不合宜的。因此采用生物胶结和表面入渗法相结合来对土体进行加固，在此过程中用上清液来替代菌液。此结果表明：可以形成一定的加固效果，但表面形成的加固厚度有限。面对这一难题，他们继而又用菌液和粉土相混合来制备土体试块，目的是为了让微生物可以均匀分布于土中，便于后续滴加上清液以及胶结液加固试块，实验结果告知大家在混合入菌液的粉土中，加固深度，水稳定性和碳酸钙的沉积量皆显著提高。