颗粒粒径对微生物固化砂土强度影响的试验研究
发布时间：2020-09-11 10:43
微生物固化技术(MICP)是岩土工程领域新兴起的一种不良地基处理技术,不同地基土体之间的颗粒粒径并不相同,其固化效果也可能存在一定差别。选用3种不同颗粒粒径范围的砂土进行微生物固化处理,并基于无侧限抗压强度试验、孔隙体积测量和洗酸处理,从宏观角度分析颗粒粒径对微生物固化效果的影响。结合扫描电镜测试,从细观角度对微生物固化机制进行了初探。研究结果表明,微生物固化砂土中碳酸钙晶体以颗粒簇形式堆积在砂土颗粒表面及颗粒间接触处,其尺寸随碳酸钙晶体堆叠程度的增加而增大;对于颗粒粒径较小的砂土,颗粒间孔隙较易被碳酸钙晶体填充密实,固化试样内有效碳酸钙晶体比例较大,"结构性"较强,无侧限抗压强度较高。
【部分图文】：
无块状颗粒以及无气泡产生时视为碳酸钙完全溶解。用自来水多次冲洗溶解后的砂土，冲洗完毕将砂土放入烘箱中烘干至恒重。洗酸试验前后试样干重差即为细菌诱导产生的碳酸钙质量。3.4扫描电镜测试将固化试样放入60℃的烘箱中烘干后，取小块制成尺寸约为1.0cm3的方块试样，并采用扫描电镜（SEM）进行扫描测试，以分析固化试样内碳酸钙晶体的分布。4试验结果分析4.1孔隙率微生物固化是以土体中微生物的生命活动及其代谢产物诱导产生碳酸钙晶体，并沉积在土体颗粒表面、颗粒间接触处及孔隙内，减小土体孔隙率。图2为不同颗粒粒径条件下固化前后砂土试样的孔隙率。从图中可以看出，C组试样固化后孔隙率减小量最大，约为16.43%；A组与B组试样固化后孔隙率减小量则较为相近，分别约9.85%和10.76%。图2不同颗粒粒径对微生物固化试样孔隙率的影响Fig.2Effectofparticlesizeonporosityofbio-cementedsandspecimen4.2碳酸钙含量微生物固化试样孔隙率的减小与碳酸钙晶体沉积量直接相关，同时碳酸钙晶体的引入是微生物固化技术改善土体力学特性的根本原因，因此碳酸钙晶体沉积量是微生物固化效果好坏的一项重要参考指标，Whiffin等[18]认为微生物固化土中碳酸钙含量超过60kg/m3即可显著改善土体的强度。图3为不同颗粒粒径条件下微生物固化试样内的碳酸钙含量。从图中可以看出，各组试样中的碳酸钙含量均远高于60kg/m3，并与固化后试样孔隙率减小量的规律基本一致；C组试样内的碳酸钙含量最高，为230.2kg/m3，A组与B组的较为相近，分别为207.0kg/m3和199.7kg/m3。图3微生物固化试样碳酸钙含量均值(单位:kg/m3)Fig.3Averagedcalcitecontentofbio-cementedsandspecimen(unit:kg/m3)4.3无侧限抗
化后孔隙率减小量最大，约为16.43%；A组与B组试样固化后孔隙率减小量则较为相近，分别约9.85%和10.76%。图2不同颗粒粒径对微生物固化试样孔隙率的影响Fig.2Effectofparticlesizeonporosityofbio-cementedsandspecimen4.2碳酸钙含量微生物固化试样孔隙率的减小与碳酸钙晶体沉积量直接相关，同时碳酸钙晶体的引入是微生物固化技术改善土体力学特性的根本原因，因此碳酸钙晶体沉积量是微生物固化效果好坏的一项重要参考指标，Whiffin等[18]认为微生物固化土中碳酸钙含量超过60kg/m3即可显著改善土体的强度。图3为不同颗粒粒径条件下微生物固化试样内的碳酸钙含量。从图中可以看出，各组试样中的碳酸钙含量均远高于60kg/m3，并与固化后试样孔隙率减小量的规律基本一致；C组试样内的碳酸钙含量最高，为230.2kg/m3，A组与B组的较为相近，分别为207.0kg/m3和199.7kg/m3。图3微生物固化试样碳酸钙含量均值(单位:kg/m3)Fig.3Averagedcalcitecontentofbio-cementedsandspecimen(unit:kg/m3)4.3无侧限抗压强度微生物固化过程中诱导产生的碳酸钙晶体具有胶结作用，能够将松散土颗粒胶结成一整体，提高土体强度。图4为不同颗粒粒径条件下微生物固化砂土试样无侧限抗压强度。从图中可以看出，不同颗粒粒径条件下微生物固化试样无侧限抗压强度图4微生物固化试样无侧限抗压强度均值(单位:kPa)Fig.4Averagedunconfinedcompressivestrengthofbio-cementedsandspecimen(unit:kPa)50403020100初始孔隙率固化后孔隙率隙率孔/%试样分组ABC43.5133.6643.7933.0346.4430.01250200150100500酸钙碳量含/(k/mg3)试样分组ABC207.0199.7230.2250
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本文编号：2816572
【部分图文】：
无块状颗粒以及无气泡产生时视为碳酸钙完全溶解。用自来水多次冲洗溶解后的砂土，冲洗完毕将砂土放入烘箱中烘干至恒重。洗酸试验前后试样干重差即为细菌诱导产生的碳酸钙质量。3.4扫描电镜测试将固化试样放入60℃的烘箱中烘干后，取小块制成尺寸约为1.0cm3的方块试样，并采用扫描电镜（SEM）进行扫描测试，以分析固化试样内碳酸钙晶体的分布。4试验结果分析4.1孔隙率微生物固化是以土体中微生物的生命活动及其代谢产物诱导产生碳酸钙晶体，并沉积在土体颗粒表面、颗粒间接触处及孔隙内，减小土体孔隙率。图2为不同颗粒粒径条件下固化前后砂土试样的孔隙率。从图中可以看出，C组试样固化后孔隙率减小量最大，约为16.43%；A组与B组试样固化后孔隙率减小量则较为相近，分别约9.85%和10.76%。图2不同颗粒粒径对微生物固化试样孔隙率的影响Fig.2Effectofparticlesizeonporosityofbio-cementedsandspecimen4.2碳酸钙含量微生物固化试样孔隙率的减小与碳酸钙晶体沉积量直接相关，同时碳酸钙晶体的引入是微生物固化技术改善土体力学特性的根本原因，因此碳酸钙晶体沉积量是微生物固化效果好坏的一项重要参考指标，Whiffin等[18]认为微生物固化土中碳酸钙含量超过60kg/m3即可显著改善土体的强度。图3为不同颗粒粒径条件下微生物固化试样内的碳酸钙含量。从图中可以看出，各组试样中的碳酸钙含量均远高于60kg/m3，并与固化后试样孔隙率减小量的规律基本一致；C组试样内的碳酸钙含量最高，为230.2kg/m3，A组与B组的较为相近，分别为207.0kg/m3和199.7kg/m3。图3微生物固化试样碳酸钙含量均值(单位:kg/m3)Fig.3Averagedcalcitecontentofbio-cementedsandspecimen(unit:kg/m3)4.3无侧限抗
化后孔隙率减小量最大，约为16.43%；A组与B组试样固化后孔隙率减小量则较为相近，分别约9.85%和10.76%。图2不同颗粒粒径对微生物固化试样孔隙率的影响Fig.2Effectofparticlesizeonporosityofbio-cementedsandspecimen4.2碳酸钙含量微生物固化试样孔隙率的减小与碳酸钙晶体沉积量直接相关，同时碳酸钙晶体的引入是微生物固化技术改善土体力学特性的根本原因，因此碳酸钙晶体沉积量是微生物固化效果好坏的一项重要参考指标，Whiffin等[18]认为微生物固化土中碳酸钙含量超过60kg/m3即可显著改善土体的强度。图3为不同颗粒粒径条件下微生物固化试样内的碳酸钙含量。从图中可以看出，各组试样中的碳酸钙含量均远高于60kg/m3，并与固化后试样孔隙率减小量的规律基本一致；C组试样内的碳酸钙含量最高，为230.2kg/m3，A组与B组的较为相近，分别为207.0kg/m3和199.7kg/m3。图3微生物固化试样碳酸钙含量均值(单位:kg/m3)Fig.3Averagedcalcitecontentofbio-cementedsandspecimen(unit:kg/m3)4.3无侧限抗压强度微生物固化过程中诱导产生的碳酸钙晶体具有胶结作用，能够将松散土颗粒胶结成一整体，提高土体强度。图4为不同颗粒粒径条件下微生物固化砂土试样无侧限抗压强度。从图中可以看出，不同颗粒粒径条件下微生物固化试样无侧限抗压强度图4微生物固化试样无侧限抗压强度均值(单位:kPa)Fig.4Averagedunconfinedcompressivestrengthofbio-cementedsandspecimen(unit:kPa)50403020100初始孔隙率固化后孔隙率隙率孔/%试样分组ABC43.5133.6643.7933.0346.4430.01250200150100500酸钙碳量含/(k/mg3)试样分组ABC207.0199.7230.2250
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