珊瑚砂微生物固化条件优化的正交试验研究

珊瑚砂微生物固化影响因素众多，选取颗粒粒径、脲酶活性、底物溶液浓度和配比四个主要影响因素，每个因素取三个水平，对珊瑚砂进行了微生物固化正交试验，研究了各因素对珊瑚砂微生物固化体无侧限抗压强度及干密度增量的影响，得出了最优固化条件。试验结果表明，各因素对固化体无侧限抗压强度影响的主次顺序为:颗粒粒径、脲酶活性、底物溶液配比、底物溶液浓度；对固化体干密度增量影响的主次顺序为:脲酶活性、颗粒粒径、底物溶液配比、底物溶液浓度；综合无侧限抗压强度和干密度增量结果得到珊瑚砂微生物固化的最优条件为:颗粒粒径取粗粒组，脲酶活性取１．８５ｍｍｏｌ／（Ｌ·ｍｉｎ），底物溶液配比取０．７５∶１，底物溶液浓度取１ｍｏｌ／Ｌ。     

颗粒粒径对微生物固化珊瑚砂的影响

为了确定微生物固化珊瑚砂的最佳粒径范围,提高固化效果,选取5组不同单一粒径的珊瑚砂试样进行微生物固化试验,通过固化后珊瑚砂试样的表观特征分析、渗透性改变对比,以及利用环境扫描电镜对固化后的珊瑚砂颗粒进行微观扫描,以此综合分析颗粒粒径对微生物固化珊瑚砂的影响。试验表明,中等粒径（0．075mm～2mm）的珊瑚砂试样固化效果较好,特别是中砂（0．25mm～0．5mm）试样,经固化后整体性最好,无侧限抗压强度达到2．61 MPa ,经微观照片显示,珊瑚砂颗粒表面被一层形状不规则且带棱角的碳酸钙结晶包裹,这些结晶填充了颗粒之间的部分孔隙;粗粒径（大于2 mm）和细粒径（小于0．075 mm ）的珊瑚砂试样,由于其颗粒间孔隙和渗透性等因素导致固化效果较差。     

基于黄豆脲酶的EICP变量试验研究

为进一步优化酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术中的变量取值,基于黄豆脲酶,研究了尿素浓度与体积、pH值、氯化钙浓度、尿素与氯化钙溶液体积比等变量对脲酶活性的影响。在此基础上,研究了胶结液浓度及尿素与氯化钙溶液体积比两个变量对碳酸钙沉淀量与沉淀率的影响。研究结果表明：脲酶活性随尿素浓度的增加先上升后下降,峰值脲酶活性对应的最优尿素浓度为1.35 mol/L,且脲酶与尿素溶液的最佳体积比为1∶9;脲酶活性随pH值的增加先上升后下降,但不同浓度尿素的最优pH值存在差异;钙离子的加入会降低脲酶活性,且降低幅度随钙离子加入量的不断增加而逐渐增大;碳酸钙沉淀率随胶结液浓度及尿素与氯化钙溶液体积比的增加均呈先上升后下降的变化规律,最优胶结液浓度为1.35 mol/L,最佳尿素与氯化钙溶液体积比为1∶1。     

颗粒级配对珊瑚砂微生物固化影响研究

对不同颗粒级配的珊瑚砂试样在相同条件下进行了微生物固化试验,研究颗粒对细菌的吸附性、固化体无侧限抗压强度与渗透系数、干密度增量的关系及内部碳酸钙的微观分布,分析颗粒级配及初始孔隙比对固化效果的影响。试验结果表明:低孔隙比试样对细菌的吸附性更好,适中的孔隙比能保证砂颗粒对细菌的吸附性与渗透性达到最优平衡;固化体无侧限抗压强度在1 MPa^3 MPa范围内,应力-应变曲线均为软化型,颗粒错动与薄弱结构面导致阶段性应力峰值的出现;抗压强度随干密度增量的增加而增大,随渗透性增大而减小,孔隙比约为1的级配不良试样固化效果最好;固化后孔隙比高的级配良好试样颗粒间碳酸钙黏结较少,孔隙比低的级配不良试样颗粒表面碳酸钙包裹覆盖更好,颗粒间碳酸钙分布更连续均匀。     

基于原生微生物MICP的土体加固试验研究

为研究原生微生物加固砂土的影响因素,进行了室内胶结试验。采用不同灌注方式和不同配比的溶液,对试样中原生脲酶微生物进行激活,待微生物分解尿素能力达到阈值后,鉴定试样中微生物种属并对其进行系统发育分析,然后开展微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)胶结试验。通过微生物浓度、尿素浓度来监测试样的生物化学变化,根据无侧限抗压强度(UCS)和扫描电子显微镜成像(SEM)来评估试样加固效果。试验结果表明:加固效果与胶结液的灌注方式、有机质浓度、尿素浓度关系密切,双向交替灌注有利于改善试样胶结的均匀程度,较高浓度的有机质(酵母提取物)对土体中微生物多样性产生不利影响,激活和胶结效果较差;使用0.35 mol/L尿素的试样残余尿素浓度较高,而使用0.20 mol/L尿素的试样中,尿素残余较少;此次研究中,采用双向交替灌注、1.0 g/L酵母提取物、0.20 mol/L尿素处理的试样,生成的碳酸钙晶体连接紧密,胶结程度较好,其UCS值达1.55 MPa。研究成果表明,使用一定配比的溶液,可激活土体中的原生微生物,达到加固土体的目的。     

脲酶矿化强化黄土抗水蚀性能演变特征试验研究

为了研究脲酶诱导碳酸钙沉淀固化黄土的抗水蚀性能,在室内开展饱和吸水率试验和冲刷质量损失率试验,利用正交设计,在尿素浓度充分的条件下开展海藻酸钠浓度、氯化钙浓度、脲酶浓度等3个因素的影响,采用极差分析和方差分析相结合的方法揭示3因素对抗水蚀性能的影响规律,并对正交设计得到的最优组合开展尿素浓度的优化设计。研究结果表明：脲酶浓度对诱导碳酸钙沉淀固化黄土的饱和吸水率和冲刷质量损失率影响最大,其次为氯化钙浓度、海藻酸钠浓度;试验得出的最佳组合为A4B4C3,即海藻酸钠浓度40g·L^-1,氯化钙浓度2.0mol·L^-1,脲酶浓度30kU·L^-1;工程建议尿素浓度为1.4～1.6mol·L^-1,揭示了脲酶诱导碳酸钙沉淀的作用机理。研究成果对黄土高原地区边坡治理或基坑的支护设计具有实际意义。     

珊瑚砂工程处理研究进展

珊瑚砂岛礁工程建设与国家海洋权益问题息息相关,开展相关研究具有重大战略意义。通过资料收集与分析,综述了珊瑚砂桩基地层勘探、承载特性与群桩效应方面的学术成果,总结了珊瑚砂混凝土的制作工艺、强度特性与耐久性研究的相关情况,并介绍了珊瑚砂微生物固化技术的试验研究进展,最后针对当前研究中的不足之处,简要提供了建议与展望。     

EICP固化砂土强度特性试验研究

为了研究脲酶诱导碳酸钙沉淀(Enzyme Induced Carbonate Precipitation,简称EICP)技术固化砂土的强度特性,首先探究pH及反应时间对脲酶活性的影响,进而开展直接剪切试验及无侧限抗压强度试验,分析颗粒级配、胶结液浓度、胶结比、养护周期和相对密实度对EICP固化砂土强度特性的影响。结果表明：脲酶活性在pH=7时活性最大并随时间增长而降低;级配0.075 mm～0.25 mm的砂土固化效果最好,经济胶结液浓度为1 mol/L;当氯化钙浓度一定时,抗剪强度最高的胶结液比值为1∶1;砂土在3 d时基本完全固化;相对密实度在0.5～0.7范围内时,无侧限抗压强度随着EICP固化砂土的相对密实度增大而增大;胶结液浓度在0.5 mol/L～1.5 mol/L范围内时,胶结液浓度越大,EICP固化砂土的无侧限抗压强度越大。     

微生物灌浆加固砂土效果的试验研究

利用微生物灌浆对砂土地基进行防渗加固处理是一种新型的地基处理方法,材料的浓度是影响灌浆效果的重要因素。本文采用小尺度微生物灌浆试验研究了不同菌液浓度、钙源浓度及尿素浓度对砂土灌浆效果的影响,通过环境电镜扫描(ESEM)分析了砂土颗粒的结晶体的形态变化,揭示了微生物成因和生长规律,通过力学和渗透试验探讨了加固体的强度和渗透特性。研究表明,随着菌液浓度的增加,菌液的活性有明显的提高,微生物结晶体呈多级生长,砂柱的抗压强度有所提高,菌体分泌的胶质有机物也会提高砂柱的抗渗透能力,但菌液浓度过高则对改善砂土的指标有限,可根据工程防渗加固的不同要求选择合适的菌液浓度。钙离子浓度为1,尿素浓度为2时,砂柱的结晶体均匀致密,灌浆效果较好。实验得到的砂柱最大抗压强度为22.5 MPa,最小渗透系数为2.12×10~(-5)cm/s。研究结果对促进微生物灌浆技术的应用具有指导意义。     

砂土内微生物诱导碳酸钙结晶的检测方法研究

为了寻找砂土中微生物诱导碳酸钙结晶(MICP)过程的无损检测方法,采用3种粒径的砂子和两种浓度的胶结溶液进行了砂土的胶结试验,检测了砂土流出液的流量、p H值、尿素浓度和Ca2+浓度等化学指标变化情况,并对碳酸钙晶体的生成数量和分布进行了分析。试验结果显示:砂土流出液的流量和Ca2+浓度能够预测MICP过程中碳酸钙晶体的生成数量,p H值和尿素浓度能够预测MICP过程中尿素的水解程度;砂土中碳酸钙晶体的生成数量与注入的Ca2+总量呈现线性增长的关系,其线性系数可以通过砂土的粒径和胶结溶液的浓度表示,胶结后砂柱的碳酸钙分布并不均匀,小粒径的砂柱上部碳酸钙含量较高,而大粒径的砂柱下部碳酸钙含量较高。     

盐冻作用下风积沙混凝土中氯离子扩散研究

为研究氯盐冻融循环作用下风积沙掺量对混凝土氯离子扩散的影响,试验制备了不同风积沙掺量(质量替代率为0％、25％、50％、75％、100％)的混凝土.通过化学分析法测定盐冻环境下不同风积沙掺量混凝土中自由氯离子浓度和总氯离子浓度,计算了风积沙混凝土相对氯离子结合系数和氯离子扩散系数.结果表明:自由氯离子浓度随风积沙掺量的...     

微生物改性水泥土的制备与力学特性研究

花岗岩残积土在我国华南地区广泛分布,由于其具有明显的遇水崩解特性,往往带来山体滑坡等地质灾害.基于微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)采用巴氏芽孢杆菌对水泥加固花岗岩残积土的工程性质、工程技术进行改良研究,探究以水泥掺入量、钙离子浓度和钙源等因素为变量时,MICP技术对水泥土强度、应力应变关系等力学性能的影响.通过无侧...     

微电流电解对尿素降解的机理及影响因素研究

采用微电流电解技术对模拟游泳池水中的尿素进行降解处理,探索了电解对尿素的去除机理,研究了电流密度和氯离子浓度等因素对电解去除尿素效果的影响。结果表明:以钌钛和不锈钢分别做阳极和阴极材料,当水溶液中有较高浓度的氯离子存在时,电解过程中产生的活性氯使得尿素被氧化,尿素降解产物中无氨氮、氯胺等二次污染物,尿素极有可能通过电解生成了N2等气体挥发到空气中。电流密度和氯离子浓度对尿素的去除效率有很大影响,随着电流密度和氯离子浓度的增加,尿素去除效率逐渐上升。在500 mg/L的氯离子浓度条件下,电流密度为12 m A/cm2时,电解处理30 min时尿素去除率可达99.5%。将微电流电解技术应用于游泳池水中的尿素去除,无需添加电解质,即能达到较高的尿素去除效果,采用该技术对游泳池水中的尿素进行降解去除完全可行。     

化学淤堵作用下尾矿砂孔隙分布及渗透特性试验研究

对石板沟尾矿库调研采样,分析尾矿砂表面化学元素并确定钙离子为造成该库化学淤堵的主要元素.添加氯化钙溶液改变尾矿砂中的钙离子含量,采用渗流试验装置及核磁系统观测不同溶液浓度和水力梯度作用下尾矿砂孔隙分布、孔隙率和渗透系数的时序变化规律,分析其影响因素.结果表明:核磁共振系统能准确地获得尾矿砂在不同条件下的孔隙率和孔隙分布...     

海水环境下MICP加固珊瑚砂试验

在模拟海水环境中使用尿素水解菌ATCC11859(巴斯德芽孢杆菌)进行微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)水溶液试验和浸泡法加固珊瑚砂砂柱试验,研究海水环境对微生物诱导碳酸钙沉积的加固效果。水溶液试验表明,海水环境会抑制MICP过程中碳酸钙的最终生成量;浸泡法试验进一步表明,试样在加固相同时间时,海水环境下加固试样的无侧限抗压强度低于淡水环境下加固的试样;随着时间的增长,砂柱试样在海水环境下的无侧限抗压强度不断增加。