CN108008110A - 一种基于温度条件的微生物固化砂土优化方法 - Google Patents

一种基于温度条件的微生物固化砂土优化方法 Download PDF

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Abstract

发明提供一种基于温度条件的微生物固化砂土优化方法。该方法包括配制巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液、配置反应液、配制混合液、灌入目标砂样等步骤。该方法降低了CaCO3生成的离散程度，提高了MICP技术的有效性。微生物固土材料的反应速率和胶结强度可控，降低处理成本，施工周期短。

Description

一种基于温度条件的微生物固化砂土优化方法
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种基于温度条件的微生物固化砂土优化方法。
背景技术
微生物加固化土作为近年来环境岩土较新的研究领域，其核心技术即为MICP(Microbially Induced Calcite Precipitation，微生物诱导碳酸钙沉淀)，通过微生物作用，以一种绿色环保的方式，分解尿素，在土体颗粒之间形成碳酸钙沉淀，从而达到土体固化，提高土体刚度和强度。
然而，传统MICP技术中采用多相多次通入方法，“先接触，先反应”导致易堵塞、极不均匀的问题。截止目前的国内外研究资料，难以控制的均匀性问题和MICP技术效率问题，是限制微生物加固化土应用的主要因素。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于温度条件的微生物固化砂土优化方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于温度条件的微生物固化砂土优化方法，包括以下步骤：
1)配制巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液。其中，所述巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液600nm光密度值OD600＝1.628～1.821。所述巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液的保存温度为4℃。
2)采用10℃氯化钙溶液与10℃尿素溶液混合配置反应液，并保持温度为10℃。其中，所述氯化钙溶液的浓度为0.25～2mol/L，尿素溶液的浓度为0.25～2mol/L。所述氯化钙溶液与尿素溶液的体积比为1:1，浓度比为1:1。
3)取10℃反应液与4℃巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液配制得到混合液。其中，所述反应液与巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液的体积比为20:1～10:1。
4)打开蠕动泵，通过导管将低温混合液在指定速率下灌入目标砂样中。使混合液向砂样中扩散，并吸附于土体颗粒之上。
5)灌入结束后，静置砂样10h。
6)打开蠕动泵，通过导管将砂样中的混合液抽出注入储液桶。
7)重复步骤4)～6)，直至砂样满足加固目标强度。
进一步，所述导管的内径为3.1mm。
进一步，步骤1)中，所述巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液600nm光密度值OD600＝1.75。
进一步，步骤2)中，所述氯化钙溶液的浓度为2mol/L，尿素溶液的浓度为2mol/L。
进一步，步骤4)中，反应液与巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液的体积比为15:1。
进一步，步骤4)中，混合液的灌注速率为0.5～1mm/min。
进一步，步骤4)中，混合液的灌注时间控制在1h以内。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：
A.降低了碳酸钙生成的离散程度，提高了MICP技术的有效性；
B.微生物固土材料的反应速率和胶结强度可控性提高，施工周期短；
C.实现细菌悬浊液与反应液的直接混合，使材料利用率提高，节约处理费用。
附图说明
图1为砂柱小试样加固优化试验示意图；
图2为沙漠表面固砂试验示意图。
图中：混合液1、蠕动泵2、导管3、砂样4。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
发明人研究观察到微生物具有在低温条件下分解尿素活性低的特征。针对现有技术中存在的问题，发明人利用这一性质提出低温单相MICP方法。该方法核心在于，在低温条件下，微生物活性较低，可直接将细菌与反应液混合，低温通入土体试样，尽可能分散均匀。随着温度回升，微生物活性提高，分解尿素活动增强，碳酸钙大量生成。
本实施例公开一种基于温度条件的应用于砂柱小试样加固优化试验的微生物固化砂土优化方法，包括以下步骤：
1)称取质量为140g～160g的标准砂，采用砂雨法制备砂样4。其中，所述砂样4整体为一个圆柱体，这个圆柱体的高为80mm,直径为39.1mm。
2)配制巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液。其中，所述巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液600nm光密度值OD600＝1.75。所述巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液的保存温度为4℃。
3)采用10℃氯化钙溶液与10℃尿素溶液混合配置反应液，并保持温度为10℃。其中，所述氯化钙溶液的浓度为2mol/L，尿素溶液的浓度为2mol/L。所述氯化钙溶液与尿素溶液的体积比为1:1，浓度比为1:1。
4)取10℃反应液与4℃巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液配制得到混合液1。其中，所述反应液与巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液的体积比为15:1。
5)参见图1，打开蠕动泵2，通过导管3将低温混合液1在0.5～1mm/min(约5～10ml/min)速率下灌入目标砂样4中。使混合液1向砂样4中扩散，并吸附于土体颗粒之上。其中，所述导管3的内径为3.1mm。所述混合液1的灌注时间控制在1h以内。
6)待砂样4温度回升稳定至26°后，静置10h。
7)打开蠕动泵2，通过导管3将砂样4中的混合液1抽出注入储液桶。
8)重复步骤5)～7)，直至砂样4满足加固目标强度。
本实施例与传统采用多相多次通入方法相比，可避开“先接触，先反应”导致的易堵塞和极不均匀的问题。
实施例2：
本实施例公开一种基于温度条件的应用于沙漠表面固砂试验的微生物固化砂土优化方法，包括以下步骤：
1)清理并平整目标沙漠场地；依据场地地形、面积，设计并布置导管***；
2)配制巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液。其中，所述巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液600nm光密度值OD600＝＝1.628～1.821。所述巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液的保存温度为4℃。
3)采用10℃氯化钙溶液与10℃尿素溶液混合配置反应液，并保持温度为10℃。其中，所述氯化钙溶液的浓度为0.5mol/L，尿素溶液的浓度为0.5mol/L。所述氯化钙溶液与尿素溶液的体积比为1:1，浓度比为1:1。
4)取10℃反应液与4℃巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液配制得到混合液1。其中，所述混合液1的总体积依据场地面积、导管***输出截面面积和混合液灌注时间确定。所述反应液与巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液的体积比为20:1。
5)参见图2，在夜间低温状态下，打开蠕动泵2，通过导管3将混合液1在指定速率下灌注至沙漠表面。使混合液1向沙漠表面砂样4中扩散，并吸附于砂体颗粒之上。其中，所述混合液1的灌注时间控制在1h以内。在夜间低温状态下，巴氏芽孢杆菌活性较低，混合液1通入沙漠表面后分散均匀。白昼时，随着温度回升，巴氏芽孢杆菌活性提高，分解尿素活动增强，碳酸钙大量生成。与现有技术相比，大大降低了碳酸钙生成的离散程度。
6)重复步骤5)，直至沙漠表面满足加固目标强度。
实施例3：
本实施例公开一种基于温度条件的微生物固化砂土优化方法，包括以下步骤：
1)采用砂雨法制备砂样4。
2)配制巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液。其中，所述巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液600nm光密度值OD600＝＝1.628～1.821。所述巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液的保存温度为4℃。
2)采用10℃氯化钙溶液与10℃尿素溶液混合配置反应液，并保持温度为10℃。其中，所述氯化钙溶液的浓度为1mol/L，尿素溶液的浓度为1mol/L。所述氯化钙溶液与尿素溶液的体积比为1:1，浓度比为1:1。
3)取10℃反应液与4℃巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液配制得到混合液1。其中，所述反应液与巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液的体积比为10:1。
4)打开蠕动泵2，通过导管3将低温混合液1在指定速率下灌入目标砂样4中。使混合液1向砂样4中扩散，并吸附于土体颗粒之上。
5)灌入时间控制在1h以内，灌入结束后，使砂样4静置10h。
6)打开蠕动泵2，通过导管3将砂样4中的混合液1抽出注入储液桶。
7)重复步骤4～6)，直至砂样4满足加固目标强度。

Claims (7)

1.一种基于温度条件的微生物固化砂土优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配制巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液；其中，所述巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液600nm光密度值OD600＝1.628～1.821；所述巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液的保存温度为4℃；
2)采用10℃氯化钙溶液与10℃尿素溶液混合配置反应液，并保持温度为10℃。其中，所述氯化钙溶液的浓度为0.25～2mol/L，尿素溶液的浓度为0.25～2mol/L；所述氯化钙溶液与尿素溶液的体积比为1:1，浓度比为1:1；
3)取10℃反应液与4℃巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液配制得到混合液(1)；其中，所述反应液与巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液的体积比为20:1～10:1；
4)打开蠕动泵(2)，通过导管(3)将低温混合液(1)在指定速率下灌入目标砂样(4)中；使混合液(1)向砂样(4)中扩散，并吸附于土体颗粒之上；
5)灌入结束后，静置砂样(4)10h；
6)打开蠕动泵(2)，通过导管(3)将砂样(4)中的混合液(1)抽出注入储液桶；
7)重复步骤4)～6)，直至砂样(4)满足加固目标强度。
2.根据权利要求2所述的一种基于温度条件的微生物固化砂土优化方法，其特征在于：所述导管(3)的内径为3.1mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于温度条件的微生物固化砂土优化方法，其特征在于：步骤1)中，所述巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液600nm光密度值OD600＝1.75。
4.根据权利要求1所述的基于温度条件的微生物固化砂土优化方法，其特征在于：步骤2)中，所述氯化钙溶液的浓度为2mol/L，尿素溶液的浓度为2mol/L。
5.根据权利要求1所述的基于温度条件的微生物固化砂土优化方法，其特征在于：步骤4)中，反应液与巴氏芽孢杆菌微生物悬浊液的体积比为15:1。
6.根据权利要求1所述的基于温度条件的微生物固化砂土优化方法，其特征在于：步骤4)中，混合液(1)的灌注速率为0.5～1mm/min。
7.根据权利要求1所述的基于温度条件的微生物固化砂土优化方法，其特征在于：步骤4)中，混合液(1)的灌注时间控制在1h以内。
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