微生物诱导碳酸钙沉积

1. 引言

随着全世界人口总数变多和社会经济飞速增长，各国对住房生产等建筑要求不断提高。在我国，城市人口也在飞速增长，因此需要更多的建筑用地资源来满足人们的生活需求。而土地资源有限，在房屋建设过程中，又会遇到许多不满足工程要求的松软地基和不良土体，此时就要对土体进行改良加固。目前，大部分加固土体的方法是机械压实和化学灌浆两种。机械压实法需要用到大量人力和电力，机械运作过程对土壤破坏和环境污染影响较大，而且压实的深度范围也有限。化学注浆是将人工化学材料（如水泥、环氧树脂、硅酸钠等）注入土中达到加固效果，但是大部分化学灌浆材料是有害的，除了水玻璃外，其余材料会破坏土体污染生态环境，危害人们的身体健康，严重阻碍了环境和经济的可持续发展。因此，研究一种节能减排、可持续发展的新型环保的土壤加固技术迫在眉睫。

微生物诱导碳酸钙沉积简称MICP技术，是一种新型土壤固化技术，它是根据自然界中微生物的矿化作用，诱导形成碳酸钙沉积，其具备特别的胶结效果，可作为新型的生物胶凝材料。这一技术最早是由Whiffin博士^【1】提出，他率先提出用微生物胶结松散砂颗粒，形成具有一定强度的整体。之后通过国内外研究发展了MICP灌浆技术。经过研究表明，微生物灌浆技术有效的提高了砂土的物理力学性能，而且微生物灌浆材料比传统的化学浆材的加固效果更好，环境污染少，属于低排放、低能耗材料。同时微生物固化技术相比于传统的土壤加固技术，具有机理简单，容易控制，环境污染少等优点，有利于环境和经济的可持续性发展。

2.国内外研究现状

2.1MICP加固土体研究现状

2.1.1MICP加固土体影响因素研究现状

赵茜^【2】进行了MICP固化土壤的研究，开展了细菌催化尿素水解进行MICP固化土壤效果和影响因素的研究，她从巴氏芽孢杆菌的培养，尿素水解过程的影响因素和微生物诱导碳酸钙沉积固化土壤效果影响因素三方面开展研究，得到了以下结论：对MICP过程影响较明显的因素，主要有脲酶活性，尿素浓度，细菌浓度，钙离子浓度和pH值。并通过实验数据分析了上述因素和养护条件（温度和湿度）对MICP固化土体的影响，得出了合适的条件参数。而且使用一种新型的全接触柔性模具，还可以大大加强土壤的加固效果和均匀性，并为固化样品提供支撑。同时利用此模具对比了巴氏芽孢杆菌和脲酶MICP固化土壤的效果，发现细菌的固化效果明显比人工提取的脲酶好。

钱春香，王安辉，王欣^【3】对微生物灌注固化土壤进行了试验分析，他们通过在室内和现场实验研究，向松散砂土中灌注细菌液和胶结溶液来改善土体的力学性质。同时还进行了原位无损测试，对灌浆加固效果的影响因素进行了研究阐述，了解了固化后砂土的工程性能。并结合国内外对微生物灌浆加固技术的试验结果，得出了合理的灌注速度，胶结液浓度和灌浆的方式对胶结砂土的均匀性效果提升较大，同时砂土粒径也对加固效果起着决定性作用。并通过他们的试验结论表明微生物灌浆技术对砂土的强度、刚度和渗透性都有较高的提升。

孙潇昊，缪林昌^【4】根据MICP技术在砂土中灌入菌液，尿素和氯化钙溶液来进行固化实验，制备出稳定且有一定强度的试样。并研究不同条件下细菌的生长特性。之后试样中pH值和Ca² 浓度，同时对固化后砂柱的渗透性等物理性能进行了试验。通过他们研究发现细菌（巴氏芽孢杆菌）最适宜的生长条件：培养温度为30℃、菌液含量为2.0mL、100mL的培养液及振荡培养振动速度为150rpm。固化实验中采用0.5mol/L的尿素和醋酸钙混合的胶凝液时，反应生成的Ca² 最多，超过90%的Ca² 可以用于固化。他们还在砂土固化过程中得出试样的渗透性在固化后降低了3～4个数量级，同时胶凝液注入的速度与固化时间成反比，速度越慢砂土的固化效果越好，固化试样破坏呈脆性破坏。