不同固化方式对微生物固化砂土强度影响的研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)利用微生物自身代谢产物诱导碳酸钙沉淀的形成,使生成的沉淀附着在颗粒表面及孔隙中,将原本松散的土颗粒胶结起来,达到固化土体的目的。选用巴氏芽孢八叠球菌,采用4种不同的固化方式来固化砂土,对固化后的砂柱进行表观分析、电镜扫描和无侧限抗压强度试验来对比不同固化方式对固化砂土强度的影响。试验发现:灌浆速率为50 m L/h的分步灌浆方式对砂土的固化效果要优于浸泡方式的固化效果,其无侧限抗压强度均值提高了15.58%,在同样浸泡的条件下,胶结液成分的改变使固化砂土的无侧限抗压强度均值提高了16.62%。此外,降低砂土饱和度,也是提高其固化效果的重要因素。     

微生物固化砂土强度增长机理及影响因素试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)可以显著改善砂土的工程力学特性,但其固化效果易受诸多因素影响。基于不同胶结水平微生物固化砂土试样,开展固结排水三轴剪切试验和扫描电镜测试,探讨了MICP技术的固化效果及其相关机理;在此基础上,研究了胶结液浓度、砂土初始密实度、胶结液浓度配比等因素对微生物固化砂土抗剪强度的影响。结果表明:随着胶结水平的提高,微生物固化砂土试样强度提高,试样的脆性也越显著。微生物固化砂土强度的增长主要源于碳酸钙晶体对土体黏聚强度的提高。微生物固化砂土的强度主要包括土骨架强度和碳酸钙晶体胶结强度两部分,前者受土体性质及相关参数影响,后者主要取决于碳酸钙晶体的含量。采用合适的砂土初始密实度,适当提高胶结液浓度以及胶结液中尿素的浓度占比,均可提高微生物固化砂土试样的胶结强度。     

微生物注浆固化砂土若干因素的影响机制研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)由于其良好的粘结性和环境友好性,近年来已广泛应用于砂土固化领域。通过测试2种嗜碱性产脲酶菌的生长曲线以及通气和不通气情况下的脲酶活性,探索其与固化砂土的无侧限抗压强度、碳酸钙含量及均匀性之间的联系,并尝试从微观层面探讨微生物注浆固化砂土的主要影响机制。结果表明,通过此方法制得的砂柱强度最高可达586 k Pa。脲酶活性差异导致碳酸钙含量差异,碳酸钙含量则与砂土固化强度相关。而在碳酸钙含量相近的情况下,固化均匀性将进一步对强度造成影响。     

微生物固化纤维加筋砂土抗剪强度试验研究

微生物固化(MICP)技术能显著提高土体的抗剪强度,但微生物固化土体也存在脆性破坏特征显著的缺陷。向待固化砂土中掺入一定量的纤维,以改善微生物固化砂土的脆性破坏特性,并基于固结排水三轴试验研究了微生物固化纤维加筋砂土的抗剪强度特性,在此基础上探讨胶结次数、纤维含量、纤维长度以及试样初始相对密实度等参数对微生物固化纤维加筋砂土剪切特性的影响。最后,结合电镜扫描测试探究纤维加筋对微生物固化砂土剪切特性影响的内在机理。结果表明:MICP过程中,碳酸钙晶体能有效沉积在纤维表面,提高其表面粗糙度,且碳酸钙与砂的混合体能对纤维提供锚固作用,从而在一定程度上提高微生物固化砂土抗剪强度,并改善其应变软化特性,纤维具备改善微生物固化土体脆性破坏特征的潜力。     

微生物固化纤维加筋砂质黏性紫色土试验研究

微生物诱导方解石沉积(MICP)技术是一种新型土体加固措施,大量的研究表明,土体加固强化的同时也使得土体破坏呈现明显脆性。为了改善微生物固化紫色土的脆性破坏模式,采用纤维加筋与微生物固化相结合的加固方法,将质量分数为0.4%、0.6%、0.8%的纤维与紫色土混合,然后采用巨大芽孢杆菌和钙盐溶液对土样进行不同灌浆次数的固化试验(3次、5次、7次、9次)。通过无侧限压缩试验测定试样抗压强度,洗酸法试验测定试样碳酸钙含量,烘干法测定试样干密度,结果表明:(1)在微生物固化紫色土中掺入纤维,能显著提高试样固化后的无侧限抗压强度和峰值强度对应的轴向应变,改善了土体破坏时的韧性;(2)纤维掺量影响微生物固化紫色土的力学性质,其强度随纤维掺量总体上呈先增大后减小的趋势,最优纤维掺量为0.6%;(3)随着固化时间增加,试样的碳酸钙生成量和干密度逐级增加,强度与碳酸钙生成量呈正相关且有效碳酸钙沉积越来越少,强度趋于稳定;(4)纤维加筋可以提高碳酸钙沉积的效率和产量,土样内生成的碳酸钙对纤维加筋效果具有强化作用。研究成果可以为纤维加筋与MICP固化相结合的土体加固技术应用提供指导和参考。     

碳源对微生物固化砂土效果影响的试验研究

微生物固化砂土需要营养液提供所需的固化环境。营养液成分的不同,其固化效果可能也有所区别。针对营养液中的重要组成部分——碳源,选取无机碳源(碳酸氢铵和碳酸氢钠)、有机碳源(无水乙酸钠和葡萄糖)共4种碳源进行对比研究。通过砂柱试验,测定4种碳源在不同浓度下的物理力学指标,获取每种碳源固化砂土的最优浓度;然后以4种碳源的各自最优浓度,进行不同脲酶活性下的烧杯试验和砂柱试验,测定烧杯试验的SEM和砂柱试验的物理力学指标。试验结果表明:碳酸氢钠、乙酸钠和葡萄糖进行固化砂土的最优浓度为0.03 mol/L,碳酸氢铵固化砂土的最优浓度为0.02 mol/L,有机碳源的固化效果比无机碳源好;不同碳源固化砂土的效果在低脲酶活性下差异性更大;微生物诱导碳酸钙沉淀中,脲酶活性高低是整个诱导固化过程的主导因素;不同碳源诱导产生的碳酸钙沉淀的形态不同。     

钙源对微生物沉积碳酸钙固化砂土的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀是一种环保的地基处理方法,通过微生物和钙盐作用形成碳酸钙沉淀加固土体。钙盐种类的不同对生物固化砂土的效果也不尽相同。选取氯化钙、硝酸钙、乙酸钙和乳酸钙4种钙盐,探究营养液中钙盐种类对微生物固化砂土效果的影响。基于渗透试验、干密度试验、吸水率试验、无侧限抗压强度试验和碳酸钙含量试验测定微生物固化砂土的物理力学指标,从宏观角度分析钙源对微生物固化效果的影响;结合电镜扫描测试,从微观角度分析了钙源对碳酸钙沉淀晶体形态的影响。试验结果表明:硝酸钙的固化效果最好,其次是乙酸钙、氯化钙和乳酸钙;乙酸钙为钙源固化后的砂柱强度达到2.884 MPa;固化后砂柱受压发生破坏主要源于固化薄弱区;无机钙源获取的碳酸钙沉淀颗粒要大于有机钙源。     

纤维加筋微生物固化砂土的力学特性

微生物固化能有效提高砂土的强度,但同样会导致土体破坏时呈现明显的脆性。为了平衡微生物固化砂土脆性破坏的不利影响,提出纤维加筋与微生物固化相结合的改性方法,即将质量分数为0%,0.05%,0.15%,0.25%和0.30%的聚丙烯纤维与石英砂均匀混合,然后基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对土样进行固化,并开展了一系列无侧限抗压试验,同时采用酸洗法测定了各组试样中的碳酸钙含量,进一步分析了试样的微观结构及纤维–土颗粒之间的界面作用特征。结果表明:①在微生物固化砂土中掺入纤维,能极大提高土样的无侧限抗压强度和残余强度,并能显著改善土样破坏时的韧性;②纤维掺量对微生物固化砂土的力学特性有重要影响,无侧限抗压强度随纤维掺量总体上呈先增加后减小的趋势,最优纤维掺量为0.15%,峰后残余强度与纤维掺量呈单调正相关关系;③纤维加筋使微生物固化砂土的峰后应力–应变曲线呈阶梯式下降模式,局部存在波浪式起伏特征;④纤维加筋能够提高微生物诱导碳酸钙的沉积效率和产量,与此同时,碳酸钙的胶结作用对纤维加筋效果具有促进作用。纤维加筋技术与MICP技术相结合能够实现优势互补,对提高工程结构的安全性与稳定性具有积极意义。     

植物源脲酶诱导碳酸钙固化砂土试验研究

植物源脲酶诱导碳酸钙沉积胶结砂土是岩土工程领域的一种新型技术,相比目前广泛应用的微生物固化砂土技术具有很多优点。直接从大豆中提取脲酶,首先研究了温度及p H值对大豆脲酶活性的影响,然后控制胶凝液浓度、pH值、温度和反应时间进行了脲酶诱导碳酸钙沉积试验,在此基础上,采用循环灌注脲酶液和胶凝液的方法固化3种不同颗粒粒径范围的砂土,通过超声波测试、无侧限抗压强度测试及碳酸钙含量测试检测固化效果。结果表明:大豆脲酶最适pH值为8,15℃～75℃范围内脲酶活性随温度升高而增大。大豆脲酶诱导的沉淀产物为方解石型碳酸钙,随胶凝液浓度增大,碳酸钙产率先增大后减小,胶凝液浓度为0.75mol/L时,碳酸钙产率最大。胶凝液浓度一定时,pH值为8情况下碳酸钙产率最大,且产率随反应时间增加而增大。10℃～40℃范围内温度对碳酸钙产率影响较小。固化试样的抗压强度与碳酸钙含量呈正相关,随砂土颗粒粒径增大,试样的抗压强度先增大后减小,0.25～0.5mm砂土固化效果最好。     

多浓度营养盐处理对微生物胶结砂土均匀性与强度的影响

采用二次注入菌液方式,制备不同浓度营养盐处理的MICP(微生物诱导碳酸钙沉淀)胶结砂样。选用巴氏芽孢杆菌作为固化细菌,采用单一浓度(0.5、1.0mol/L)和多浓度相结合(前期采用0.5mol/L,后期采用1.0mol/L)的处理方式注射营养盐(尿素/氯化钙混合液),研究多浓度营养盐结合处理方式对微生物固化砂土强度及均匀性的影响。基于试验测试分析了固化砂土试样不同区间段的强度、弹性模量以及碳酸钙含量。试验结果表明,多浓度营养盐处理方式对固化砂土试样的强度及碳酸钙含量有明显影响;多浓度营养盐结合处理方式能够保证试样有较好的均匀性条件下获得较高强度及弹性模量。基于多浓度营养盐处理方式,探讨分析了影响试样强度和均匀性的基本因素。     

微生物固化砂土的研究进展

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)是一种新兴的土体加固改良技术,该技术具有高效、环保和经济的特点。MICP通过将微生物引入到岩土工程中,利用微生物诱导碳酸钙改善土体的物理力学性能。近年来,生物岩土技术逐渐成为岩土工程的一个热门研究方向。从微生物诱导碳酸钙沉淀的基本原理出发,归纳总结MICP反应中影响因素(细菌、营养液成分、pH、温度和固化方式)对生物固化砂土的影响,阐述生物固化土的岩土工程性质(渗透性、强度、耐久性、液化性、扫描电镜和X射线衍射微观机理)和工程应用(砂土改良、污染土修复、混凝土裂缝修复和飞尘抑制)。通过对国内外MICP方向的文献整理和归纳,探讨MICP发展方向和存在的问题。     

MICP固化土遗址裂隙的剪切强度试验研究

土遗址作为文化遗产,具有重要的历史、文化及科学价值,而裂隙是影响其稳定性的主要病害,裂隙的发育和延伸甚至会损毁土遗址,因此须对土遗址裂隙进行合理的修复和固化。微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)是一种绿色环保的土体固化技术,将其用于土遗址裂隙的固化,不仅环境友好,而且与遗址原材料具有更好的相容性。文章首先通过室内试验制备不同裂隙开度和裂隙结构面粗糙程度的遗址土裂隙试样,然后对其进行注浆固化,最后通过剪切试验获得裂隙开度和结构面粗糙度对固化效果的影响规律。结果表明：碳酸钙胶结物在裂隙处沉积并胶结裂隙两侧土体,增强了试样的整体性及力学性能;裂隙开度越小,结构面越粗糙,固化后试样的剪切强度越大,且裂隙开度较结构面粗糙度对剪切强度的影响大;在裂隙开度0.5mm、结构面粗糙的条件下,固化后试样的黏聚力最高可达到38.18kPa,内摩擦角可达33.42°。     

砂土微生物固化过程中尿素的影响研究

砂土固化技术可改善砂土力学特性,被广泛应用于工程中,而在菌种培养液中添加尿素可大大加快固化反应提高砂土固化效率。开展了在菌种培养液中添加尿素分析其对砂土固化影响的试验研究。首先将尿素添加方式分为灭菌前加尿素、灭菌后加尿素和不加尿素3种,研究不同方式对菌种生长和脲酶活性的影响;再控制不同尿素添加量对比分析得到适合的尿素添加量以便后续研究;然后在砂土固化试验中采用灭菌后加尿素的方式研究其对砂土固化的影响;最后通过控制砂柱长度、胶凝液灌注速度和砂土颗粒粒径等因素,得到各因素对砂柱固化效果的影响。结果表明培养液中添加尿素可提高脲酶活性,但稍微抑制菌种生长;适合的尿素添加量为5~20 g/L;灭菌后添加尿素能显著提高灌注部位的强度,但长砂柱却因强度不均而整体强度较低;灌注速度越快,整体强度越高;添加20 g/L尿素时,整体强度随颗粒粒径增大而增大,因此,该方法适用于粗砂。研究成果对后期砂土固化技术的应用具有重要指导意义。     

纤维对微生物固化不同颗粒粒径砂土强度影响试验研究

针对颗粒粒径和纤维对微生物固化砂土性能的影响展开了研究,基于无侧限抗压强度试验和渗透系数、孔隙率、碳酸钙生成量的测定,从宏观角度分析颗粒粒径和纤维对微生物固化效果的影响;结合电镜扫描,从微观角度对其固化机制进行了初步探讨。结果表明:当颗粒粒径范围为0.25~0.5 mm时,微生物固化效果更好,强度更大;当颗粒粒径在0.25~0.5 mm范围内时,纤维对试样强度有增强作用,但在颗粒粒径范围为0.08~0.25 mm、0.5~1.0 mm、1.0~2.0 mm时,试样强度下降;碳酸钙在微生物固化过程中主要起填充和连接作用,连接作用与"有效沉积钙"的比例有着明显的关系,"有效沉积钙"比例越多,砂颗粒间的联系性越强,强度越高。纤维与颗粒间的孔隙共同影响着"有效沉积钙"的生成。     

营养盐对微生物加固可液化砂土效果的探讨

微生物诱导生成碳酸钙沉淀(MICP)技术是一项新兴的原位灌浆技术,通过微生物和钙盐作用形成碳酸钙沉淀可改善可液化砂土的抗液化特性。NH4+作为表征碳酸钙结晶过程的重要因子,可充分反映对可液化砂土的改良效果。选用巴氏芽孢八叠球菌,采用Ca(CH3COO)2、Ca(NO3)2和Ca Cl2三种钙盐与尿素混合溶液的营养盐,探讨采用NH4+来表征可液化砂土的微生物固化过程。结果表明:NH4+离子浓度变化能够表征MICP对可液化砂土改良的效果,其中Ca(CH3COO)2营养盐改善可液化砂土效果最佳;营养盐的用量也对可液化砂土的加固效果有明显的改善。通过对固化后试样的渗透性和超声波速的测定,也验证了加强效果。     

EFS固化道路基层抗压强度试验研究

结合中国(绵阳)科技城游仙军民融合产业园道路工程,遵循就地取材、可持续发展原则,消纳园区的碎石弃土,设计8种EFS道路基层固化配合比方案,进行7d无侧限抗压强度试验,分析试验现象及试件破坏特征,研究不同固化配合比方案对抗压强度的影响。研究结果表明,土石混合料(碎石∶土=6∶4)+8. 5%水泥+0. 020%EFS土体稳定剂的试验效果最优,强度值明显高于其他组试件,较上基层强度规范值高20%,为下基层强度规范值的2倍;采用碎石为基料时,需保证规范级配要求;土石混合料中碎石起骨架作用,可增强试件坚固性及抵抗能力; EFS土体稳定剂可提高土壤颗粒强度,在道路基层固化应用中具有一定前景。     

循环灌浆次数对微生物固化砂土效果的影响

通过试验研究了循环灌浆次数对生物固化砂土效果的影响。循环灌浆1~5次后,分别进行固化后砂柱的物理力学试验和扫描电镜试验。根据不同循环灌浆次数下固化后砂柱的渗透系数、干密度、吸水率、无侧限抗压强度和碳酸钙含量,分析固化效果,并且结合扫描电镜微观分析孔隙变化。试验结果表明:渗透系数和吸水率与循环灌浆次数呈现负相关关系;干密度、无侧限抗压强度和碳酸钙含量与循环灌浆次数呈现正相关关系;循环灌浆达到3次及以上时,固化效果变化趋势逐渐趋于平稳。     

不同复合树脂对牙体组织固化深度及粘结强度分析研究

目的:探讨Filtek~(TM)Z250与Solitaire 2两种不同复合树脂对牙体固化深度和粘结强度的影响。方法:采用树脂(2水平)、照射距离(3水平)、照射时间(3水平)等三因素的析因试验设计,制备144个固化深度试件,共18种组合,测量其固化深度。采用树脂、照射角度两因素进行配伍组设计,制备144个粘结强度试件,分成6个配伍组,测量试件微拉伸的粘结强度。结果:两种复合树脂、三种照射距离、三种照射时间之间固化深度的比较,差异均有统计学意义(P<0.001),三种因素间所有的交互作用差异也均有统计学意义(P<0.001)。两种复合树脂之间、三种光照角度之间的粘结强度比较,差别均有统计学意义(P<0.001),两因素间的交互作用差异也有统计学意义(P<0.001)。Solitaire 2的粘结强度大于Filtek~(TM)Z250,差异有统计学意义(F=104.62,P<0.01)。结论:不同复合树脂对牙体组织修复的固化深度和粘结强度的性能各有不同,还应结合照射距离、照射角度和照射时间等因素,以取得良好的修复效果。     

高岭土微粒固载成核微生物固化粗砂强度

提出一种基于微粒固载成核的微生物固化技术(MICPMPIN),用于改善微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化粗砂的力学特性,即在灌浆前给菌液中加入一定量的高岭土形成微生物固载胶体,然后将微生物固载胶体与反应液混合形成MICP浆体(MICPCS),利用自重渗流法加固粗砂。试验结果表明新型MICPMPIN固化粗砂的强度比传统MICP固化粗砂的强度高。其他条件相同时,MICPMPIN固化粗砂的强度随高岭土掺量的增加而增加,随微生物固载胶体含量的增大而增加,且每间隔1次灌入MICPCS时固化粗砂的强度较高。高岭土本身提供的胶结强度不能使砂柱成型,可忽略不计,其作用主要是辅助成核,增加有效碳酸钙沉淀量,并减小试样孔隙比从而增强固化粗砂的效果。MICPMPIN固化粗砂的湿强度也大于传统MICP固化粗砂的湿强度,且高岭土的掺入显著增强了固化粗砂的抗软化能力。     

深圳滨海相吹填土固化的试验研究

针对深圳滨海相吹填土,采用水泥、石灰、粉煤灰等固化材料,在不同的掺入条件下进行了三轴直剪试验,对比分析了在不同的含水率和掺入配比情况下吹填土被固化材料加固后的强度发展变化情况。试验结果表明,采用单一水泥作为固化材料时,固化吹填土强度随水泥掺量增加成正比例变化;采用水泥、石灰两种固化材料时,相对经济的固化强度存在一个最佳配合比;当水泥、石灰、粉煤灰三种固化材料综合作用时,龄期对低含水率土样的固化效果影响较大。