MICP技术对水泥基材料的改性研究

利用微生物在新陈代谢过程中发生的矿化作用,进行诱导形成碳酸钙,称之为微生物诱导碳酸钙沉积(MICP),它是一种新颖的环境友好型生物技术。在总结国内外相关资料的基础上,介绍了MICP的矿化行为及其影响因素,分析了MICP在改性水泥基材料方面的研究情况,并指出了MICP技术在水泥基材料应用中亟待解决的关键问题。     

微生物矿化碳酸钙改良土体的进展、展望与工程应用技术设计

利用微生物矿化碳酸钙（Microbial Induced Calcium carbonate Precipitation,简称MICP）沉积出具有胶结功能的碳酸钙,填充土内孔隙、胶结土颗粒,能够提高土体强度、降低渗透性,具有很好的土体改良作用,在微生物注浆、加固土坝、防风固砂、库底防渗、坝体防渗、污染土壤（地下水）修复等方面具有工程应用前景。对MICP土体改良研究进行了总结、分析和展望：利用MICP技术能够将砂土的无侧限抗压强度提高到20MPa以上,渗透系数降低到处理前的1%,剪切波速提高4倍,能够胜任岩土工程任务;认为下一步应重点对处理效果的均匀性、适用的地基土范围、处理土的全面性能开展系统研究,如耐久性、动力性能和防腐性能等。MICP技术已经在砂砾体稳定、地下室堵漏中得到了少量应用,工程应用施工技术是MICP应用的瓶颈。对MICP在岩土工程领域应用的施工技术进行了设计,包括地基加固、液化地基改良、污染土壤（地下水）修复、坝体防渗堵漏和加固砂桩,以推动MICP技术的实际工程应用为盼。     

基于微流控芯片技术的微生物加固可视化研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)能够加固散粒土体,是岩土工程中新兴绿色加固技术之一。然而,关于微生物加固机理以及矿化形成过程的研究尚不多见。基于微流控芯片技术开发了微生物加固可视化系统,利用该系统开展了微生物诱导碳酸钙矿化机理的原位微细观研究,通过对微生物加固过程中碳酸钙晶体的沉积进行了观测,并对其时空分布、沉积模式、生长速率进行了量化。结果表明溶质分子的对流和扩散作用对碳酸钙晶体分布影响较大,碳酸钙的分布存在时间不均匀和空间不均匀现象,时间不均匀随反应进行呈现弱化现象而空间不均匀在整个反应过程(0～2200 min)中一直存在。研究发现微尺寸管道中碳酸钙存在孔隙中和颗粒间两种沉积模式,孔隙中的碳酸钙均匀长大,而颗粒间碳酸钙存在不同速率的生长轴。研究结果将加深对微生物加固机理的认识,为微生物加固技术的优化和推广应用提供参考。     

环境变化对微生物活性及矿化的影响

微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术因具有低能耗、低污染等环境友好性优势成为文物保护、水处理、混凝土修补加固等领域的研究热点。MICP的矿化效果受多因素的制约与影响。本文开展了环境温度、pH值等因素对细菌生长和微生物矿化的影响研究。结果表明,环境温度不超过40℃时对菌液脲酶活性影响不大,42.5~45℃时6h后脲酶活性急剧降低,超过45℃时30min后菌液浓度及脲酶活性均大幅下降,直至失活;pH值越大,脲酶活性衰减越明显,pH≥11时脲酶活性急剧下降,大量的细菌不能承受高碱性环境进一步分解死亡。MICP技术在30℃时碳酸钙产量最高,在pH值为11~13的环境中细菌很难生长繁殖,碳酸钙生成量较低。     

低温条件下微生物诱导碳酸钙沉积加固土体的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)加固土体是近年来受到学术界重视的问题,但是对实际土壤温度下MICP加固土体的可行性及效果研究未见报道。利用尿素水解菌ATCC 11859,进行了微生物诱导碳酸钙沉积的试管试验及一维砂柱试验,研究了不同温度下微生物诱导生成碳酸钙的特性及对土体的加固效果。试管试验表明温度越高生成的碳酸钙越多,在不同温度下微生物诱导生成的碳酸钙晶型无显著差异,但是温度对碳酸钙的生成速率有明显影响。一维加固试验表明MICP在一般土壤温度条件下都能够有效地加固土体,但低温下MICP加固的试样强度较低,渗透系数较高。     

微生物诱导碳酸钙沉积技术治理某地下室渗漏的现场试验

产脲酶微生物催化尿素水解,在有钙源的情况下生成碳酸钙晶体,称之为微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)。MICP技术应用于土木工程是目前学术界的一个研究热点。针对济南某小区地下车库钢筋混凝土外墙渗漏水的情况,应用MICP技术,采取在裂缝墙体迎水面回填土层灌注巴氏芽孢八叠球菌菌液和营养液的方法进行渗漏治理试验。试验结束后进行的注水试验、墙体超声波检测、回填土层地质雷达检测、混凝土取芯观察、裂缝封堵物质的X射线衍射、电镜扫描分析等表明:灌浆4个月后,背水面墙体裂缝处形成一层碳酸钙膜,将裂缝表面覆盖,在降雨时该裂缝位置已无水渗出;迎水面土体变得更加均匀、紧密,延缓了雨水的渗入;墙体裂缝中有大量的碳酸钙生成,填充效果在墙体的较低位置更为明显。MICP技术为混凝土裂缝修复和地下结构渗漏治理提供了一个新的途径。     

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。     

基于微生物诱导碳酸钙技术的软土地层微生物砂桩室内模型试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀技术（MICP）可有效地胶结砂土,基于MICP加固机理,研发了一套系统的微生物砂桩模型试验装置,进行了微生物砂桩的室内模型试验,探索了微生物砂桩的成桩效果,测试了其无侧限抗压强度,分析了微生物砂桩的可行性和有效性。研究结果表明：MICP技术可在软土地层中形成胶结良好的微生物砂桩,其整体性较好,无侧限抗压强度达235 kPa,破坏形态为半脆性破坏。     

微生物诱导沉积碳酸钙机理及其在混凝土裂缝修复中的应用

对光合生物诱导沉积、硫酸盐还原菌诱导沉积、氮循环菌诱导沉积等微生物诱导沉积碳酸钙(MICP)机制进行了回顾,分别阐述了不同机制的作用机理,并探讨了不同机制在混凝土裂缝修复中的应用研究进展。此外,还分析了目前MICP修复技术存在的问题和局限性,对未来的进一步研究提出了思路和建议。     

温度对微生物诱导碳酸钙沉积加固砂土的影响研究

利用尿素水解菌ATCC 11859,在10℃,20℃,30℃的环境下进行了微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)水溶液试验、一维砂柱加固试验和细菌活性试验。研究表明,水溶液试验中,温度对于MICP的影响和反应时间有关,反应前期,温度较高的环境下钙离子消耗量较大,反应一段时间后温度较低的环境下钙离子消耗量较大;砂柱试验中,温度较低的环境下加固形成的砂样无侧限抗压强度较大,碳酸钙含量的检测表明,环境温度越高,砂柱中生成的碳酸钙含量越低;无侧限压缩试验的应力应变关系表明,相对低温条件下MICP处理的砂样在达到峰值强度时能够产生较大的变形;不同温度下细菌活性试验表明,细菌活性衰减较快是高温环境下碳酸钙的最终沉积量较小的原因。     

紫外诱变产脲酶菌株加固粉土的试验研究

为提高微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术的固化效果,采用紫外诱变技术对产脲酶菌株进行改良,筛选出优良菌株。随后结合先拌和菌液后滴注胶结液(尿素和氯化钙)的方式,运用改良后菌株来固化粉土。通过无侧限抗压强度试验、碳酸钙含量测定和微观试验分析,来对比诱变前后菌株固化粉土的效果。结果表明:紫外诱变技术可以有效改良产脲酶菌株的性能,使菌株的脲酶活性、矿化生成的碳酸钙含量得到提高;使用紫外诱变后菌株来固化粉土,可显著提高土体的无侧限抗压强度。该研究从源头来选育优良菌株,有效提高了MICP技术的固化效果。     

二氧化碳地质封存钻探关键技术研究

为落实“碳达峰、碳中和”国家重大决策部署,使排放出来的碳重回地圈进行地质储存,开展二氧化碳地质封存是一种可以实现大规模温室气体减排的地质工程技术,而钻探是二氧化碳地质封存的必要技术手段。本文针对目前二氧化碳地质封存面临的主要问题,对二氧化碳地质封存钻井工程需要解决的施工工艺、钻完井技术、井筒完整性评估和二氧化碳地质封存泄露监测技术进行了初步的研究探讨。上述关键技术可为后期大规模开展二氧化碳地质封存钻井工程的施工提供一定的技术支撑和指导。     

MICP浸泡方式对再生砂浆骨料的性能影响试验研究

随着人类对微生物诱导碳酸钙沉积现象的研究发展,微生物矿化沉积技术被提出用于改善再生骨料的性能。对嗜碱芽孢杆菌H4的矿化产物进行XRD及SEM分析,通过是否覆盖薄膜、改变再生砂浆骨料在溶液中的浸泡位置等试验研究MICP浸泡方式对再生砂浆骨料性能影响。研究结果表明,嗜碱芽孢杆菌H4的矿化产物为方解石型碳酸钙,氧气的存在促进了嗜碱芽孢杆菌H4矿化效果,骨料浸泡在溶液中部时嗜碱芽孢杆菌H4对再生砂浆骨料的矿化效果达到最好。     

MICP浸泡方式对再生砂浆骨料的性能影响试验研究

随着人类对微生物诱导碳酸钙沉积现象的研究发展,微生物矿化沉积技术被提出用于改善再生骨料的性能。对嗜碱芽孢杆菌H4的矿化产物进行XRD及SEM分析,通过是否覆盖薄膜、改变再生砂浆骨料在溶液中的浸泡位置等试验研究MICP浸泡方式对再生砂浆骨料性能影响。研究结果表明,嗜碱芽孢杆菌H4的矿化产物为方解石型碳酸钙,氧气的存在促进了嗜碱芽孢杆菌H4矿化效果,骨料浸泡在溶液中部时嗜碱芽孢杆菌H4对再生砂浆骨料的矿化效果达到最好。     

微生物诱导碳酸钙沉淀修复三合土裂缝效果研究

裂缝是土遗址的一种典型破坏形式,其存在会降低结构的性能。另外,裂缝为雨水渗入土体提供优势路径,显著劣化结构的力学性能。因此,土遗址裂缝的修复是其保护与加固的重要内容。三合土的主要成分之一是碳酸钙,应用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术来修复和保护三合土遗址,不仅具有环境友好性,而且与基材的兼容性良好。将MICP技术在土遗址保护领域进一步扩展,以修复三合土的裂缝为研究目标,提出一种由微生物矿化过程主导的裂缝修复方法,并通过试验手段评价其修复效果。首先,进行MICP影响因素和加固土柱试验,确定修复裂缝的适宜细菌浓度、胶结液浓度、填充颗粒组合和注浆批次等参数。然后,利用以上适宜参数,修复预先破坏的三合土试样,并验证其修复效果。结果表明,当裂缝宽度为5mm时,经过MICP修复后试样的平均抗弯强度和抗剪强度恢复率分别为79.92%和88.54%,显示出令人满意的修复能力。但是,恢复率随着裂缝宽度的增加呈现下降的趋势。另外,静态接触角试验结果说明,MICP不但修复了裂缝,同时还增强了裂缝的疏水性。MICP技术可作为修复三合土裂缝的有效方法。     

微生物胶结砂土可行性试验研究

胶结砂样采用微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术制备。本文开展了X射线衍射、扫描电镜、无侧限抗压、三轴剪切等试验测试MICP试样。文中分析了试样的微观结构及物理力学参数,探讨了胶结物含量与砂样抗压强度、c'与φ'值之间的关系。研究结果表明:MICP沉积法产生的胶结物为碳酸钙;碳酸钙晶体主要粘附在骨架颗粒接触部位,并高度聚集封堵颗粒孔隙形成连接键,产生胶结作用而提高试样的力学性能;碳酸钙含量与砂样的力学性能提高有较好关联性。胶结砂样的碳酸钙含量可达到5.39%,其抗剪强度、黏聚力、内摩擦角分别提高423%、333%、35.7%,说明微生物固化砂土具有较好的应用意义。     

不同固化方式对微生物固化花岗岩残积土抗冲刷性能试验研究

采用表面处理方式对花岗岩残积土进行抗冲刷模型试验,结合扫描电镜观测微观测试技术,研究了喷洒式和拌合式微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbially Induced Calcium Carbonate Precipitation,MICP）表面处理对花岗岩残积土的抗冲刷性的改善效果并探讨其微细观控制机制。结果表明：经MICP表面处理后,碳酸钙可胶结表层花岗岩残积土颗粒,在表面形成团聚体,碳酸钙沉淀和团聚体连续胶结的形成硬壳层,可有效提高坡面土体的抗冲刷性能。研究结果可为花岗岩残积土边坡加固提供可靠的依据。     

不同温度下微生物诱导碳酸钙生成量的研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)是近年来土体加固领域的研究热点,但对不同温度下微生物诱导碳酸钙生成量的规律总结尚不充分。为进一步揭示温度对巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉积的影响,分别通过巴氏芽孢杆菌(ATCC11859)在8,15,25℃和10,20,30℃两种温度环境下的两组MICP水溶液试验以及在8,15,25℃温度环境下的一组MICP注浆砂柱试验,对不同稳定温度下微生物诱导碳酸钙生成量进行测试。试验结果表明:当使用巴氏芽孢杆菌进行MICP水溶液试验及注浆砂柱试验时,在细菌浓度、细菌活性以及p H值一致且在相同钙源情况下,微生物诱导碳酸钙的生成量随着温度的升高而降低。     

中国 CO2地质封存及增强地热开采一体化的初步探讨

地热资源作为一种可再生清洁能源,具有较大的开发潜力。对CO2进行地质封存的同时,将CO2作为一种资源,增强地热开采是一种新技术。对2类不同地热资源开采(干热岩型、水热型)与CO2地质封存相结合的一体化技术进行讨论,并针对国内西北某典型咸水层CO2捕获与封存(CCS)示范项目特定地质条件,对比分析相同生产井/注入井条件下,CO2与水分别作为工质流体在井内流动的压力变化,以及二者在2类不同储层条件下各自的热提取率,并进行相应的碳封存量、安全性和经济性分析,发现采用CO2代替水作为工质流体开采地热资源具有显著的优势。数值模拟结果显示,在我国开展CO2地质封存与增强地热开采一体化技术具有较强的可行性。     

低碳生活面面观

碳捕获与封存技术碳捕获与封存技术是将化石燃料中的碳以二氧化碳的形式从工业或相关能源的排放源中分离出来,输送到封存地点,并使之长期与大气隔绝的技术。该技术主要包括二氧化碳的分离和捕获、二氧化碳的运输、二氧化碳的地质封存或海洋封存等。第