基于微生物矿化作用的砂土加固实验研究(2)
1.2.3微生物的保存与扩大培养4
1.2.4基于MICP的砂土固化样品制备5
2结果与分析5
2.1微生物生长变化情况5
2.2环境因素对巴氏芽孢八叠球菌生长的影响7
2.2.1温度的影响7
2.2.2pH的影响8
2.3尿素水解MICP环境影响因素研究8
2.3.1温度的影响8
2.3.2pH的影响9
2.4基于MICP的砂土固化影响因素9
2.4.1砂土颗粒大小与孔隙的影响9
2.4.2胶结液浓度的影响10
2.4.3纤文加筋的影响10
3讨论10
3.1尿素水解MICP影响因素10
3.2 MICP固化砂土模具设计11
4结论与展望12
4.1结论12
4.2展望12
致谢13
参考文献13
基于微生物矿化作用的砂土加固实验研究
引言
随着经济规模的飞速发展，人口数量的高速增长，对基础设施建设的需求越来越大，2015年以来主席提出“一带一路”建设，也是力求以基础设施建设为重心带动沿线多国的经济发展。在基础设施的建设过程中，难免会遇到一些软弱土体，不能满足相应的工程需求，所以在工程施工前期，需要将这些软弱的土体通过如水玻璃类、脲醛树脂类和铬木素浆液等化学浆液进行固化，但是例如传统的水泥，其生产过程目前被认定为是导致全球变暖的主要因素之一[1-2]，除此以外，脲醛树脂类和铬木素浆液等化学加固剂由于其含有甲醛、重铬酸钾等有害成分存在着使人致癌的风险，对施工环境也会造成不可逆转的危害。所以，目前急切的需要找寻一种效果好、耗能低、环境友好型新型砂土固化技术，本论文采用基于微生物矿化作用的新型土体加固技术，围绕该技术对微生物及其性质展开了研究。本论文以巴氏芽孢八叠球菌作为切入点，首先研究其生物学性质，通过微生物活化、培养以及保存等试验分析总结巴氏芽孢八叠球菌的生长特点与脲酶活性的变化情况，并针对性分析了pH以及温度对MICP过程的影响，为后续试验提供了支撑与参考。其次利用MICP技术进行了砂土固化的试验研究，本论文通过三种不同的模具设计，并设计了砂土颗粒大小与孔隙、胶结液浓度和纤文掺量三个变量用于探索MICP过程以及固化砂土样品力学性质的影响因素。最终论文根据结论设计了新型反应模具，为以后试验以及实际应用提供了重要参考。
1 试验材料与方法
1．1 试验材料
1．1．1 试验用微生物
本研究选用巴氏芽孢八叠球菌（Sporosarcina pasteurii），其菌种保存至4℃冰箱内。研究初期首先针对细菌进行活化及扩大培养，培养基配方采用ATCC 1376 NH4-YE培养基，成分见表1-1。基于MICP的砂土固化试验研究过程中所使用的菌液是选用在30℃，200 rpm条件下培养箱中培养24h得到的，其OD600=0.8。
表1-1 ATCC 1376 NH4-YE培养基配方（1L）
Tab 1-1 Ingredients of NH4-YE Media ATCC 1376（1L）
名称 液体培养基 固体培养基
酵母膏（Yeast Extract） 20.0g 20.0g
硫酸铵（(NH4)SO4） 10.0g 10.0g
0.13M Tris buffer 1L 1L
Agar - 20.0g
1．1．2 试验用砂
本次为探索砂粒粒径对MICP胶结作用的影响，选用两种砂样，分别是植物培养石英砂与标准石英砂。硅石含量超过99.45%，比重为2.65，植物培养石英砂主要粒径为1.5～2.0mm，粒径较大，而标准石英砂主要粒径为0.2～0.8mm，其中超过70%的颗粒粒径小于0.5mm。在利用该砂土进行MICP试验前需开展预处理工作，具体操作为利用0.1M的HCl与NaOH的酸碱溶液先后浸泡12小时，浸泡结束均用去离子水清洗至pH至7，最后利用烘箱烘干。