套用於治沙固土的微生物水泥的製備及相關機理研究

《套用於治沙固土的微生物水泥的製備及相關機理研究》是依託東南大學，由錢春香擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：套用於治沙固土的微生物水泥的製備及相關機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：錢春香
• 依託單位：東南大學

中文摘要

在岩土穩定處理中常用水泥、石灰等無機結合料，因能耗、污染、資源問題，需要尋找其它類型的膠結材料作為補充，同時提高地基處理的可靠性。本課題旨在研究一種環境影響小，耐久性高，並能深度原位固結沙性土壤等散粒體系的微生物水泥，這類水泥母體可在待膠結體系中實現高增量，是真正意義的活的水泥。擬闡明該材料製備和套用中的生物化學機理，建立產物形成的熱-動力學模型，探明細菌及馴化方法、繁殖和酶調控劑與膠凝性物質形成量的關係，提出微生物水泥用量、待膠結體系空隙率、產物的含量及其對顆粒的粘結強度等參數與膠結強度之間的定量或半定量關係。研究主要分為下列幾個部分：微生物水泥母體的基本配方和製備方法；水泥母體在不同膠結體系中的增量規律、膠結規律、調控方法以及機理；繁殖、酶等調控劑的配方、功效和作用機理；基於不同岩土環境和膠結強度的微生物水泥的耐久性、套用方法與水泥母體用量設計方法。

結題摘要

為降低普通矽酸鹽水泥能耗，減少環境污染，急需尋找其他類型的膠結材料作為補充。本項目通過優選獲取到一株適用於治沙固土並具有礦化能力的微生物菌株，並通過細菌純化、金屬馴化和底物馴化三個方面提高微生物酶活性。根據酶動力學米氏方程，確定了底物濃度、溫度、pH 值等對酶促反應動力學常數和最大反應速率的影響，確立了最有利的反應條件。同時從反應時間、混合溶液濃度、成型工藝、微生物水泥用量以及添加劑鎂離子等角度研究了微生物水泥固結鬆散石英砂、尾礦砂以及土顆粒的效果，確定了固結不同鬆散顆粒的微生物水泥配方。在確定的微生物水泥配方和製備工藝基礎上，利用先進的X 射線斷層掃描技術（X-CT）對微生物水泥膠結鬆散砂顆粒的微觀結構演化過程進行了監控，證實了隨著微生物水泥注入次數的增多，鬆散砂顆粒內部形成的方解石含量逐漸增多，膠結而成的砂柱結構逐漸密實、強度逐漸提高；利用核磁共振、光電子能譜、紅外光譜、熱重、掃描電鏡、透射電鏡等先進測試技術，明確了微生物水泥礦化形成的方解石起膠結作用的膠結機理，提出了微生物礦化形成的碳酸鹽礦物與鬆散顆粒之間形成了新的膠結鍵理論。最後將上述製備好的微生物水泥套用於地基加固、防風治沙等領域，並取得了較好套用效果。 在該項目資助下，在國內外核心期刊發表學術論文17篇，其中SCI 和EI 收錄16篇，專利受理2 項，培養博士生2名，碩士生2名。