微生物诱导碳酸钙沉淀固化砂的工程特性和导热性能研究

发布时间：2020-03-30 09:09

【摘要】：地源热泵技术作为一种绿色供冷供暖技术,它的一个关键技术参数是土的导热系数。本文使用微生物诱导碳酸钙技术(Microbially induced calcium carbonate precipitation,简称MICP)对细砂进行灌注加固处理以提高土体的导热性能,针对本研究展开了一系列理论与试验研究,得出以下结论:(1)对巴氏芽孢杆菌的影响因素进行研究。微生物诱导碳酸钙沉淀反应中,一定浓度的胶结液对碳酸钙生成量有促进作用,但浓度超过1.25mol/L时,高浓离子溶液会导致碳酸钙生成量逐渐降低。MICP反应体系的pH值在6-9之间时,MICP反应的效果差别不大。反应体系的温度在10-40℃时,碳酸钙生成量随温度升高而增多。MICP反应体系的盐度会抑制巴氏芽孢杆菌的活性,对于海洋平均盐度35‰,碳酸钙生成量比盐度为0时低9.2%。(2)对MICP技术对细砂的改善效果进行研究。对微生物灌注处理1-3次的砂柱进行一系列测试,发现灌注次数越多,通过砂柱的超声波波速越大,无侧限抗压强度也越高,碳酸钙含量越高,孔隙率越小。灌注处理3次的砂柱的无侧限抗压强度达到3.65MPa,碳酸钙含量达10.41%。通过低场核磁共振试验发现MICP对砂柱的孔隙率有降低作用,灌注次数越多,孔隙率越小、主要孔隙半径越小。(3)使用瞬态法测试微生物处理后的砂土的导热系数,并分析导热系数与细砂性质的关系。MICP技术对砂的导热系数有改善提高作用,MICP处理1-3次的干燥砂的导热系数相对未处理砂分别提高了63.1%、93.24%和119.52%。研究了饱和度对MICP固化砂的导热系数的影响规律,未处理的饱和砂的导热系数相对干砂提高了382.57%,MICP处理1-3次的饱和砂的导热系数相对干砂提高了228.49%、212.39%、203%。对砂的导热系数和干密度、孔隙率、碳酸钙含量等的关系进行总结,并通过扫描电镜(SEM)图像分析发现:碳酸钙充当砂颗粒间的“热桥”,增加了土颗粒之间的接触面,导致砂颗粒之间热量传递的效率提高,从而砂的导热系数提高。本研究不仅发掘了MICP在工程应用方面具有很大的发展潜力,更为地源热泵的实际应用提供了一种方法参考。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q939.9

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本文编号：2607342