不同钙源及营养盐浓度对MICP胶结的影响研究

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微生物诱导碳酸盐沉淀(Microbial Induced Calcite Precipitation,MICP)作为一种新型环境友好的砂土固化技术,自Whiffin在2004年提出后得到了国内外学者广泛的研究。而作为最为常见的钙源CaCl2,自MICP技术兴起至今一直被认定为研究的主流钙源,但在投入诸如改善钢筋混凝土强度领域等诸多运用的过程中出现了明显的弊端。众所周知,氯离子通过裂纹穿透混凝土,钢筋的钝化和电化学腐蚀就会发生,可能会对钢筋产生不利影响,甚至于严重影响钢筋混凝土的耐久性。Ca(CH3COO)2及Mg(CH3COO)2因其所含醋酸根离子腐蚀性更弱、MICP固化效果更强的特性,目前已被国内外学者作为钙源运用于各类试验以替代CaCl2。基于MICP法,本文主要以巴氏生孢八叠球菌(Sporosarcina pasteurii)通过二次注菌方式胶结标准砂。试验过程中开展了微生物活化培养保存、难溶性盐碳酸钙含量测定、X衍射、电镜扫描及无侧限抗压强度等试验,分别对经CaCl2、Ca(CH3COO)2及Mg(CH3COO)2三种钙源处理的胶结砂柱试样进行了宏观力学性能测试,并通过一系列微观结构的机理分析对其进行了佐证,找出了其中的最优钙源。在此基础上,也完成了对该种钙源最佳浓度的选取,为MICP固化土壤的实际应用提供基础数据。本文的主要研究成果为:(1)营养盐为尿素/醋酸钙及尿素/氯化钙的微生物诱导胶结产物虽然均为CaCO3,但分别主要以霰石及方解石的形态存在,而营养盐为尿素/醋酸镁时,其胶结产物分别为菱镁矿型碳酸镁(针棒状)及海泡石型硅酸镁(纤维状)。(2)当营养盐为尿素/醋酸镁时,微生物砂柱正是依靠以上两种胶结产物把松散颗粒胶结成为整体,且具有一定的抗压强度。但胶结颗粒的密集度远达不到经尿素/醋酸钙营养盐处理试样,其表现出的抗压强度也明显弱于后者。三者中,以尿素/醋酸钙为营养盐试样的胶结效果最佳。(3)营养盐浓度为0.3及0.5mol/L一系列比对试验证明:随着营养盐浓度的提高,生成大量霰石晶簇表现出不同的晶体形貌,其沉积的碳酸钙含量也在不断增加,力学特性随标准砂之间紧密接触而得以改善,表现出越来越好的胶结效果。(4)过量的营养盐浓度(0.7mol/L)会使得胶结物分布不均而达不到预期的效果。进一步证实了试样的宏观力学特性及胶结效果差异并非完全取决于碳酸钙含量的多少,也与碳酸钙的分布形态存在一定的关联。
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