MICP技术固化红棕色玄武岩残积土的试验研究

在MICP(微生物诱导碳酸盐沉积)理论基础上,以贵州省毕威高速公路的红棕色玄武岩残积土为研究对象,用巴氏芽孢杆菌(Sporosarcina pasteurii)和营养盐(尿素和醋酸钙的混合物)对其进行环保固化处理。通过直剪和固结试验探究微生物固化对玄武岩残积土宏观力学性能的影响,并用X射线衍射、扫描电镜、能谱分析以及显气孔率分析等检测方法揭示其微细观机理。试验结果表明,玄武岩残积土经微生物固化后抗剪强度大幅提升,粘聚力c平均提升了193.3%,内摩擦角φ平均提升了12.3%;其压缩性能也得到大幅改善,压缩系数a_v1-2平均降低了40.1%,压缩模量E_s1-2平均提升了41.45%;X射线衍射分析得知微生物固化生成了大量的碳酸钙;扫描电镜、能谱分析和显气孔率检测结果显示,微生物固化生成的碳酸钙均匀地填充了土体内部孔隙并将土颗粒胶结在一起,改善了土体的力学性能。     

微生物诱导碳酸盐沉淀改良残积土坡面水力学特性研究

针对花岗岩残积土分布广泛,具有遇水软化、崩解的特性,易产生滑坡、泥石流等地质灾害的问题,提出了一种新的利用微生物诱导碳酸钙沉积技术进行坡面防护的方法．通过室内渗透试验和冲刷模型试验,对比分析了微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)加固花岗岩残积土的抗渗特性和抗冲刷特性．微生物诱导碳酸盐沉淀处理后的土样渗透性降低了90.8%,径流速率和侵蚀速率分别降低25.0%和96.1%．此外,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)研究了加固的微观机理．结果表明：微生物诱导碳酸盐沉淀生成碳酸钙晶体对土壤颗粒进行胶结和孔隙填充,使土体表面板结,提高了土体的完整性和抗渗性,从而提升边坡的稳定性和抗冲刷性;同时,相较于传统喷射混凝土坡面防护具有绿色、可持续的优点,具有良好的应用前景．     

MICP反应引入NBPT对碳酸钙沉积的影响

在进行前期探究试验并取得一定成果的基础上,进一步将正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)应用于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)固化砂柱试验,结合无侧限抗压强度试验、生成物含量检测、扫描电镜试验、能谱分析及X射线衍射试验等监测手段,对反应生成物进行深入研究,分析NBPT对MICP反应生成碳酸钙的影响作用效果.结果表明:NBPT参...     

微生物固化含黏粒花岗岩残积土的强度机理研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(microbially induced calcium carbonate precipitation, MICP)可以改善花岗岩残积土的工程力学特性,但其固化效果受黏粒含量的影响较大。在花岗岩残积土中掺加不同黏粒进行MICP固化试验,对固化后的土样测定其碳酸钙含量,并进行无侧限抗压强度试验,研究不同黏粒含量对固化效果的影响。在此基础上,开展了固化后试样的核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)试验,从细观角度研究黏粒含量对花岗岩残积土的固化机理。结果表明：微生物固化土样的强度主要包括土体骨架强度和碳酸钙胶结强度两部分,前者受土体自身孔隙率影响,后者则通过碳酸钙晶体的沉积量影响固化土样的强度;随着黏粒含量的提高,试验土样内孔隙率缩小,碳酸钙的沉积量也随之减小,固化后的强度提高不明显;掺加适量的红黏土(最优黏粒含量为60%),在不改变土样其他性能条件下可以获得较高的固化强度。     

胶结液浓度对微生物固化花岗岩残积土强度特性的影响规律

在分析花岗岩残积土物理特性的基础上,选用巴氏芽孢杆菌菌液和不同浓度的氯化钙与尿素的混合胶结液,利用设计的室内试验装置对花岗岩残积土开展不同灌注次数的微生物固化试验,并对不同工况的固化试样进行无侧限抗压强度（UCS）试验、碳酸钙生成率测试和崩解试验,同时开展X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等微观结构分析,以此探讨胶结液浓度和灌注次数对固化后花岗岩残积土强度特性的影响规律. 结果表明：试验参数范围内,灌注次数相同时,胶结液浓度为1.0 mol/L时,试样的固化效果最好;胶结液浓度相同时,灌注次数越多,试样的固化效果越好;固化试样的崩解性大大降低,崩解系数均小于30%;微生物固化生成的方解石晶体呈现明显的簇状,填充、胶结在土颗粒之间,与砂土的微生物固化特性具有一定差异性,但两者的固化过程与机理具有相似性.     

一株产脲酶菌株的分离及其固化土壤中Cd~(2+)的研究

指出了微生物诱导碳酸盐成矿(MICP)技术可有效修复镉污染土壤.从土壤中分离出了一株高效产脲酶菌株,该菌株对10 mg Cd~(2+)/kg模拟污染土壤的Cd~(2+)固化率为67.7%.X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)和红外光谱(IR)等分析显示:产物为碳酸镉和碳酸钙,碳酸盐结晶方式为晶格掺杂.     

微生物诱导碳酸钙沉淀胶结加固泥岩试验研究

在水环境作用下,泥岩容易发生软化、崩解等现象,应用微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术处理重塑泥岩试样。研究了试样颗粒粒径、制备方式及MICP处理方式对碳酸钙沉淀物的影响,探讨了MICP方法治理泥岩稳定性的可行性。基于X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）、直接剪切等试验测试胶结试样,分析了胶结试样微观结构及力学性能的变化。结果表明,选用直径为1mm的30g、0.5mm的45g、0.25mm的20g制备重塑泥岩环刀样,在相同浓度营养盐条件下采用一次浸泡菌液的方式可以在试样中形成方解石型碳酸钙晶体;碳酸钙晶体沉积在颗粒接触处或填充在孔隙中形成“胶结桥”,产生胶结效果而增强试样的力学性能;不同垂直压力下胶结试样强度逐渐增加而趋于稳定值,表现为应变硬化的特征,黏聚力与内摩擦角分别提高288%、8.66%,说明微生物胶结泥岩具有较好的应用价值。     

微生物诱导碳酸钙沉淀提高红砂岩堆石料无侧限抗压强度的试验研究

为改善红砂岩堆石料的力学性能,采用巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀矿化技术加固红砂岩堆石料。对不同含石量的红砂岩堆石料进行无侧限抗压强度试验,并测定土体的抗压强度指标与碳酸钙产量来表征微生物改良堆石料效果,结合扫描电镜分析微生物改良堆石料的微观结构特征。结果表明：巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀改善红砂岩堆石料的抗压性能效果明显,经过恒温养护10 d矿化效率最高,土样由初期黏土的黏结作用转变为碳酸钙胶结作用,养护后期土样表现出更大的脆性特征;在一定含石量范围,微生物矿化产生的碳酸钙产量与含石量和养护时间呈正相关性,且抗压强度与碳酸钙产量呈正比关系,进一步表明碳酸钙胶结作用是试样抗压强度增大的主要因素;从SEM(scanning electron microscope)图像分析,高含石量堆石料为微生物提供更大生存繁衍和活动空间,微生物矿化生成碳酸钙晶体主要附着在土体骨架粗颗粒上和填充于颗粒间的孔隙,有效加强了土体颗粒间的胶结作用并增强了土体的力学性能。     

重金属离子污染粉砂土力学性能试验研究

为了探究重金属离子对粉砂土力学性能的影响,配制不同重金属离子含量的污染土试样,进行无侧限抗压试验、直剪试验和X射线衍射分析试验。试验表明:铬离子渗入会增大土体抗压强度,而铜离子加入会导致土体抗压强度减小;铬离子和铜离子掺入量的增加均会引起土体抗剪强度下降;借助X射线衍射试验发现,铜、铬离子的渗入会改变土体内SiO_2化合物的含量及形态。综合分析表明,铬离子、铜离子会改变土中SiO_2的含量,从而影响土的力学性能。     

油藏原位微生物与储层矿物的相互作用

以分离自冀东油田的典型油藏微生物竿属(Bacillus sp.)菌株XJ02为例,综合利用气相色谱分析(GC)、微生物分析、pH值、氧化还原电位(Eh)、电导率(σ)、矿物质量变化、X射线衍射(XRD)和扫描电镜能谱分析(SEM-EDS)等方法,结合计算软件PHREEQC,探索微生物与白云石、云母和方解石相互作用情况....     

N掺杂TiO2纳米纤维光催化氧化NO

为提升TiO2纳米纤维的光吸收性能,将纳米片组装的TiO2纳米纤维与含氮的有机物(尿素、三聚氰胺和二氰二胺)一起混合煅烧,成功制备了氮掺杂TiO2纳米纤维,探讨了N掺杂对TiO2光催化性能的影响.采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、可见紫外漫反射光谱...     

赣南花岗岩残积土的抗剪强度及其影响因素

为研究赣南花岗岩残积土抗剪强度影响因素,采用X射线粉晶衍射和扫描电镜等方法对赣南地区的黑云母二长花岗岩残积土和黑云母花岗岩残积土的矿物成分及微观结构进行了分析,并通过三轴固结不排水剪切试验对2类花岗岩残积土的原状样与重塑样的抗剪强度进行了研究。结果表明:赣南花岗岩残积土矿物成分主要为石英矿物和高岭石、伊利石等黏土矿物,原生结构强度明显,原状样的抗剪强度高于重塑样;各围压下原状样和重塑样的应力-应变关系均呈应变-硬化型,表现为塑性破坏;受孔隙度大和粗颗粒多的影响,孔压-应变关系在低围压下表现为先剪缩后剪胀,在高围压下始终表现为剪缩;其内摩擦角受粗颗粒含量影响明显,黏聚力受细颗粒含量影响明显。     

玉米须加筋微生物固化淤泥的抗剪强度试验研究

为了研究纤维与MICP技术共同固化淤泥的抗剪强度特性,采用掺量为0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%玉米须纤维或碳纤维与MICP共同固化淤泥,对固化体进行直剪试验,借助扫描电镜,从微观的角度探讨了固化机理。结果表明:单掺纤维或利用MICP技术均可以提高固化体的抗剪强度,而MICP与纤维共同作用得到的固化体抗剪强度提高幅度更加显著。随着纤维含量的增加,固化体的粘聚力和内摩擦角先增加后减小,最佳纤维掺量为0.6%,纤维种类对内摩擦角影响无明显区别。由扫描电镜分析可知:纤维发生桥联作用将碳酸钙与土颗粒连接为一个整体,提高了土体抗剪强度;玉米须纤维较碳纤维表面更加粗糙且分散性好,体现出玉米须纤维加筋效果更好。     

微生物注浆固化粉土的微观结构与作用机理

【目的】确定微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术注浆固化吹填粉土的强度效果,明确其微观控制因素与固土作用机理,为微生物固土技术应用于处理吹填粉土提供理论参考。【方法】通过不同注浆轮次微生物注浆固化吹填粉土,采用无侧限抗压试验、X射线衍射分析、扫描电镜分析、压汞分析以及化学分析等方法,比较微生物注浆固化处理吹填粉土的强度、矿物成分、胶结CaCO₃含量、土体微观形貌和土体孔径分布等差异。【结果】 对吹填粉土先后恒压注入A₆₀₀=1.2的巴氏芽孢杆菌和0.1 mol/L的CaCl₂与尿素胶结溶液1～6轮后,其无侧限抗压强度较未处理土分别提高26.8%、33.0%、36.4%、39.6%、59.8%、61.8%,强度随注浆轮次的增加而增加; 微生物固化吹填粉土中的主要胶结物为方解石型CaCO₃,其在土体内部起到胶结土颗粒与填充孔隙两方面作用,微生物注浆固化粉土强度随CaCO₃含量增加而增加并存在敏感阈值,当固化粉土中的CaCO₃含量超过阈值时,固化效果会显著提升,不同粉土的阈值存在差异; 微生物注浆加固改变了吹填粉土的孔隙分布,直径10～300 μm的孔隙显著减少,对10 μm以下细小孔隙影响不大。【结论】采用微生物注浆方式固化吹填粉土是有效的。微生物注浆固化粉土的强度形成受其微观胶结结构与CaCO₃含量影响,吹填粉土的孔隙尺寸能够与巴氏芽孢杆菌的菌体尺寸相容,微生物注浆会显著减少吹填粉土中10 μm以上的孔隙。     

TiO_2-SnO_2异质结纳米棒催化剂高效光降解甲基橙

采用水热法合成SnO_2-TiO_2异质结纳米棒光催化剂,该材料具有独特的纳米棒和异质结结构,可有效阻止光生电子和空穴的复合,通过光电流、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等表征手段证明其异质结功效.该材料作为光催化剂,使用时能大幅提升紫外光降解甲基橙(MO)的效率.     

新型改性水溶性生态土壤稳定剂的微观特性及固土机理分析

为揭示新型改性水溶性高分子材料(W-OH固化材料)的微观特性与生态固土机理,通过红外光谱、元素分析、热重分析、X射线粉末衍射、BET测试、扫描电镜等方法分析W-OH水溶液固化体和W-OH固化土体的微观结构及固土机理.结果表明:W-OH固化材料与W-OH水溶液固化体主要含有酰胺、烷基等官能团;不同体积浓度的W-OH水溶液固化体老化后的特征衍射峰位置、吸收峰强度基本一致.W-OH水溶液固化体中C、N、H元素质量含量随浓度增大而减少且随老化时间的增长而趋于稳定.W-OH水溶液固化体老化前后的起始失重温度分别为25℃和260℃.老化前后,不同体积浓度W-OH固化土体的比表面积与孔容变化趋势一致;随老化时间增加,比表面积增加但孔容变化不明显.W-OH固化土体中并没有产生新的官能团与矿物成分,只是与土体发生交联、吸附、絮凝等作用,达到加固土体的作用.     

钙源对酶诱导碳酸钙沉淀影响的试验研究

酶诱导碳酸钙沉淀技术是一种环保高效的土体加固技术,钙源的种类可能会影响其加固效果.选用氯化钙、乙酸钙、乳酸钙3种钙源,进行溶液环境下的EICP试验,试验时间持续3d,通过单因素分析法研究了溶液中胶凝液浓度、pH值、胶凝比及胶酶比对碳酸钙生成量的影响,依据碳酸钙生成量得到不同钙源条件下的最优配比,并利用扫描电镜、X射线衍射试验分析不同钙源条件下沉淀产物的晶体类型和微观形貌.结果表明：在溶液环境下不同钙源的最优配比有差异,在最优配比下,氯化钙、乙酸钙、乳酸钙的碳酸钙产率分别为72.5%、68.8%、71.6%,确定氯化钙为最优钙源;不同钙源下沉淀产物的晶体类型和微观形貌有区别,氯化钙、乳酸钙作为钙源时所形成的碳酸钙晶体只有方解石,乙酸钙为钙源生成的晶体为方解石和球霰石,不同钙源下生成的碳酸钙晶体均呈球形,其中氯化钙生成的球形晶体是最光滑、规则的.     

一种估算MICP加固砂土体渗透系数的简便方法

基于Kozeny-Carman(K-C)方程和微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbial Induced Carbonate Precipitation, MICP）技术原理，提出一种MICP加固砂土体渗透系数的简便算法. MICP产生的碳酸钙填充土体孔隙，采用电镜成像法得到碳酸钙晶体的粒径，推导得固化砂土体的孔隙比和颗粒平均比表面积.将固化砂土体的孔隙比和颗粒平均比表面积代入K-C方程，得到预测MICP加固砂土体渗透系数的简便算法，并经已有文献试验数据和研究结果验证，结果表明：孔隙比减小和颗粒平均比表面积增大导致MICP固化砂土渗透系数显著降低，算例一土体的渗透系数最终下降了93%-97%，算例二碳酸钙含量达到10%时，渗透系数下降了67%-92%;MICP固化砂土的渗透系数下降速率开始加固时最大，随着碳酸钙含量逐渐增加，渗透系数下降速率逐渐减小；初始渗透系数越大的土体，加固效果越明显，渗透系数的下降速率和下降幅值更大；该算法简便可靠，能较为快速和准确预测MICP加固砂土体的渗透系数，为工程实践提供了理论依据.     

硅酸盐水泥在模拟体液中降解和矿化性能

为了检测硅酸盐水泥(PC)在模拟体液(SBF)中降解和生物矿化性能,将硅酸盐水泥样品分别浸泡于模拟体液3,7及14 d后,采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)及扫描电镜(SEM)等方法研究其生物矿化性能;并同时检测其失重率及模拟体液浸泡液的pH值变化情况.研究结果发现:随着浸泡时间的增长,硅酸盐水泥的质量增加;模拟体液在浸泡前3 d碱性较强,随后其pH值逐渐降低.X射线衍射、红外光谱图谱及扫描电镜图像表明:硅酸盐水泥浸泡3 d后,在其表面有碳酸钙生成;浸泡7 d后,其表面有碳酸羟基磷灰石生成.因此,硅酸盐水泥具有良好的生物矿化能力.     

MICP拌和固化钙质砂一维固结试验

该文通过一维固结压缩试验,研究基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术拌和固化岛礁钙质砂,并改善其压缩特性。总结了完全不同于石英砂的钙质砂的压缩特性;固化试验研究中考虑了粒径级配、相对密度以及反应液浓度对钙质砂压缩特性的影响。试验结果表明:尽管拌和固化钙质砂所用菌液和反应液的用量很小,但是固化后的钙质砂的压缩特性仍有较大改善,压缩指数平均降低了约0.10;固结压缩曲线e-lgp呈现2或3个明显直线段;固化效果受土体粒径级配和相对密度的影响,高浓度反应液更有利于土体压缩性的降低。