微生物诱导碳酸钙沉淀胶结加固泥岩试验研究
发布时间：2020-12-16 04:53
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0.25～1 mm的20 g重塑泥岩制备环刀样,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。
【文章来源】：科学技术与工程. 2020年25期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
巴氏生孢八叠球菌显微镜下镜鉴图
试样取自湖北省武汉市某地下工程施工现场,泥岩取土深度为23 m。泥岩的基本物理性质如下:天然密度为2.42 g/cm3,天然含水率为2.43%,液限31.46%,塑限23.76%,塑性指数7.7,液性指数-2.77。由于液性指数IL=-2.77<0,表明泥岩试样处于坚硬状态。泥岩颗粒级配曲线如图1所示,泥岩颗粒的不均匀系数Cu=16.36,曲率系数Cc=1.53,表明泥岩级配良好。菌种为巴氏生孢八叠球菌(编号CGMCC1.3687),购自中国普通微生物菌种保藏管理中心。采用体积为100 mL的液体培养基(培养基内固体配方为20 g/L酵母浸粉、10 g/L NH4Cl、10 mg/L MnSO4·H2O及24 mg/L NiCl2·6H2O)进行菌种复苏,其中液体培养基pH用1 mol/L的氢氧化钠溶液调制至8.4。培养基经过115 ℃、高压蒸汽灭菌20 min,冷却至常温后放入无菌操作台中进行菌种接种,随后放入温度为30 ℃、转速为200 r/min的摇床中培养48 h,当液体培养基出现浑浊后停止培养。采用紫外可见分光光度计测试菌液密度(OD600),控制OD600=1.0。为了保障试验菌株的准确性,吸取少量培养好的菌液在显微镜下进行镜鉴,由巴氏生孢八叠球菌镜鉴图2可知,菌液经草酸铵、碘液、95%乙醇乙醚处理后,显微镜下的细菌为紫色短杆状,符合试验菌种要求。菌种复苏至胶结试样成型共需11 d,期间主要包括菌种复苏、扩大培养及试样制备等过程。
随着反应时间的增加,吸附在泥岩颗粒表面的微生物以营养盐中的氯化钙为钙源,基于MICP方法便会在泥岩颗粒与颗粒接触处或孔隙中生成碳酸钙沉淀,减少孔隙空间,有效地使泥岩胶结成一个整体。试验过程如图3所示。可知重塑样泥岩颗粒通过MICP方法胶结效果显著。1.2.3 X射线衍射物相分析试验
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化法形貌可控制备碳酸钙的研究[J]. 王明,丁杨,闫红旭,徐梓淮,刘云义,郭洪范. 无机盐工业. 2018(12)
[2]碱渣改良风化泥岩的物理力学试验研究[J]. 檀奥龙,魏连雨,王清洲. 硅酸盐通报. 2018(08)
[3]石灰改良泥岩风化物工程性质试验研究[J]. 顾磊. 铁道建筑. 2017(03)
[4]微生物胶结在防治堤坝破坏中的应用研究[J]. 刘璐,沈扬,刘汉龙,楚剑. 岩土力学. 2016(12)
[5]基于微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)的铅污染生物修复[J]. 王新花,赵晨曦,潘响亮. 地球与环境. 2015(01)
[6]酸性溶液浸泡下原状黄土物理力学特性试验研究[J]. 王绪民,陈善雄,程昌炳. 岩土工程学报. 2013(09)
[7]红层泥岩改良土特性室内试验研究[J]. 祝艳波,余宏明,杨艳霞,贾志刚. 岩石力学与工程学报. 2013(02)
[8]软岩改良土特性的室内试验研究[J]. 胡萍,王永和,卿启湘. 湖南工业大学学报. 2007(02)
[9]高纯度高长径比CaCO3晶须的制备[J]. 闫长领,卢雁,周建国,高世扬,夏树屏. 应用化学. 2004(05)
硕士论文
[1]机械力研磨对生物成因碳酸钙物相的影响[D]. 万国坤.广西大学 2014
[2]基于生物矿化的不同晶型与形貌碳酸钙研究[D]. 赵东辉.河南大学 2009
本文编号：2919564
【文章来源】：科学技术与工程. 2020年25期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
巴氏生孢八叠球菌显微镜下镜鉴图
试样取自湖北省武汉市某地下工程施工现场,泥岩取土深度为23 m。泥岩的基本物理性质如下:天然密度为2.42 g/cm3,天然含水率为2.43%,液限31.46%,塑限23.76%,塑性指数7.7,液性指数-2.77。由于液性指数IL=-2.77<0,表明泥岩试样处于坚硬状态。泥岩颗粒级配曲线如图1所示,泥岩颗粒的不均匀系数Cu=16.36,曲率系数Cc=1.53,表明泥岩级配良好。菌种为巴氏生孢八叠球菌(编号CGMCC1.3687),购自中国普通微生物菌种保藏管理中心。采用体积为100 mL的液体培养基(培养基内固体配方为20 g/L酵母浸粉、10 g/L NH4Cl、10 mg/L MnSO4·H2O及24 mg/L NiCl2·6H2O)进行菌种复苏,其中液体培养基pH用1 mol/L的氢氧化钠溶液调制至8.4。培养基经过115 ℃、高压蒸汽灭菌20 min,冷却至常温后放入无菌操作台中进行菌种接种,随后放入温度为30 ℃、转速为200 r/min的摇床中培养48 h,当液体培养基出现浑浊后停止培养。采用紫外可见分光光度计测试菌液密度(OD600),控制OD600=1.0。为了保障试验菌株的准确性,吸取少量培养好的菌液在显微镜下进行镜鉴,由巴氏生孢八叠球菌镜鉴图2可知,菌液经草酸铵、碘液、95%乙醇乙醚处理后,显微镜下的细菌为紫色短杆状,符合试验菌种要求。菌种复苏至胶结试样成型共需11 d,期间主要包括菌种复苏、扩大培养及试样制备等过程。
随着反应时间的增加,吸附在泥岩颗粒表面的微生物以营养盐中的氯化钙为钙源,基于MICP方法便会在泥岩颗粒与颗粒接触处或孔隙中生成碳酸钙沉淀,减少孔隙空间,有效地使泥岩胶结成一个整体。试验过程如图3所示。可知重塑样泥岩颗粒通过MICP方法胶结效果显著。1.2.3 X射线衍射物相分析试验
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化法形貌可控制备碳酸钙的研究[J]. 王明,丁杨,闫红旭,徐梓淮,刘云义,郭洪范. 无机盐工业. 2018(12)
[2]碱渣改良风化泥岩的物理力学试验研究[J]. 檀奥龙,魏连雨,王清洲. 硅酸盐通报. 2018(08)
[3]石灰改良泥岩风化物工程性质试验研究[J]. 顾磊. 铁道建筑. 2017(03)
[4]微生物胶结在防治堤坝破坏中的应用研究[J]. 刘璐,沈扬,刘汉龙,楚剑. 岩土力学. 2016(12)
[5]基于微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)的铅污染生物修复[J]. 王新花,赵晨曦,潘响亮. 地球与环境. 2015(01)
[6]酸性溶液浸泡下原状黄土物理力学特性试验研究[J]. 王绪民,陈善雄,程昌炳. 岩土工程学报. 2013(09)
[7]红层泥岩改良土特性室内试验研究[J]. 祝艳波,余宏明,杨艳霞,贾志刚. 岩石力学与工程学报. 2013(02)
[8]软岩改良土特性的室内试验研究[J]. 胡萍,王永和,卿启湘. 湖南工业大学学报. 2007(02)
[9]高纯度高长径比CaCO3晶须的制备[J]. 闫长领,卢雁,周建国,高世扬,夏树屏. 应用化学. 2004(05)
硕士论文
[1]机械力研磨对生物成因碳酸钙物相的影响[D]. 万国坤.广西大学 2014
[2]基于生物矿化的不同晶型与形貌碳酸钙研究[D]. 赵东辉.河南大学 2009
本文编号：2919564
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