鹽溶液環(huán)境下微生物固化技術(shù)加固鈣質(zhì)砂的試驗研究

劉家明， 童華煒， 趙寄橦， 袁 杰

(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院， 廣州 510006)

鈣質(zhì)砂是一種在海洋環(huán)境下由珊瑚碎屑和其他海洋生物的骨架殘骸沉積形成的碳酸鈣含量大于50%的特殊巖土介質(zhì)，廣泛分布于30°N和30°S之間的熱帶海岸和海洋中[1]。由于鈣質(zhì)砂的特殊性，中外學(xué)者對鈣質(zhì)砂及其力學(xué)特性展開了大量研究。朱長歧等[2]利用激光技術(shù)對鈣質(zhì)砂顆粒的結(jié)構(gòu)和內(nèi)孔隙進(jìn)行了定量分析。蔣明鏡等[3]基于電鏡掃描(scanning electron microscopy，SEM)圖片研究了不同粒徑和形狀的鈣質(zhì)砂顆粒其表觀孔隙率的分布規(guī)律。王剛等[4]通過大型壓縮試驗和三軸剪切試驗,探討了壓縮指數(shù)、剪脹和強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)與顆粒破碎的變化規(guī)律。Xiao等[5]通過沖擊載荷試驗，研究了鈣質(zhì)砂的分形級配和破碎特性。Hyodo等[6]通過三軸不排水循環(huán)剪切試驗研究了鈣質(zhì)砂的抗壓強(qiáng)度和變形能力。研究表明，鈣質(zhì)砂是一種內(nèi)孔隙多、形狀不規(guī)則、受壓易碎的、與普通砂有很大差異的特殊巖土介質(zhì)。江浩等[7]通過模型試驗，與石英砂地基進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)鈣質(zhì)砂中樁身軸力衰減速率緩慢且樁側(cè)摩阻力遠(yuǎn)小于石英砂的。秦月等[8]通過縮尺模型試驗，探究鈣質(zhì)砂地基中單樁在不同受力方向下的受力性狀,進(jìn)而剖析鈣質(zhì)砂中樁-土相互作用機(jī)制。這些研究均表明鈣質(zhì)砂的工程力學(xué)性能不佳，不宜直接作為工程地基。

20世紀(jì)60年代，伊朗波斯灣海洋石油平臺建設(shè)中就遇到了單樁在鈣質(zhì)砂地層中出現(xiàn)巨大的下沉問題。20世紀(jì)80年代，在澳大利亞西北部大陸架North Rankin A的工程中，盡管在鈣質(zhì)砂地基中埋置了多根大直徑樁，其整體強(qiáng)度仍然無法滿足要求，并造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。隨著中國加大沿海地區(qū)的開發(fā)與建設(shè)，在島礁建設(shè)、海洋工程等相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和使用中，不可避免地會遇到鈣質(zhì)砂地基。因此對鈣質(zhì)砂地基進(jìn)行處理以提高土體的力學(xué)性能是很必要的。

傳統(tǒng)的土體改良方法，主要是通過機(jī)械碾壓夯實或通過固化劑對土體進(jìn)行化學(xué)性質(zhì)的改良。機(jī)械碾壓夯實是廣泛使用的施工方法，但施工過程中震動比較大，且能耗高，經(jīng)濟(jì)效益低。利用無機(jī)固化劑或化學(xué)灌漿也是常用的加固不良土體的方法。無機(jī)固化劑大多數(shù)是以水泥為基材[9-10]，通過混入水泥固化劑可改善土體的工程性能，提高其穩(wěn)定性和承載力。但水泥的生產(chǎn)需要消耗大量能源，并且排放大量的溫室氣體和產(chǎn)生大量粉塵，對環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重污染。大多化學(xué)灌漿材料都帶有一定的毒性，會造成環(huán)境污染，危害人體健康[11]。

相較于大污染、高能耗和高成本的傳統(tǒng)土體加固方法(如換填法、強(qiáng)夯法、擠密法、注漿法等)，微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀(MICP)技術(shù)是一種對環(huán)境友好的技術(shù)。MICP技術(shù)是利用產(chǎn)脲酶的微生物分解尿素產(chǎn)生的碳酸根離子與鈣離子反應(yīng)最終生成碳酸鈣沉淀的過程[12]。利用MICP技術(shù)析出的具有膠結(jié)作用的碳酸鈣沉淀來填充土顆粒空隙并膠結(jié)相鄰的土顆粒，使松散土體黏結(jié)成具有一定強(qiáng)度的固化土體[13-14]，從而提高土體的力學(xué)性能。方祥位等[15]對微生物固化鈣質(zhì)砂的影響因素和力學(xué)特性展開研究，結(jié)合三軸壓縮試驗建立了微生物固化體損傷本構(gòu)模型。王緒民等[16]通過三軸固結(jié)不排水剪切試驗，表明MICP技術(shù)可膠結(jié)松散土顆粒，改善土體的力學(xué)特性。張鑫磊等[17]通過MICP灌漿加固鈣質(zhì)砂地基的振動臺試驗，發(fā)現(xiàn)MICP技術(shù)能夠顯著提升鈣質(zhì)砂抗液化性能。馬瑞男等[18]利用微生物拌合固化土體，發(fā)現(xiàn)MICP能夠顯著降低吹填鈣質(zhì)砂的滲透系數(shù)并提高砂土體抗?jié)B透變形的能力。

然而，上述研究未從土體實際所處的環(huán)境出發(fā)，在自然界中，諸多土體所處的地下水環(huán)境并非是純水環(huán)境，而是含有多種離子、具有一定鹽度的溶液環(huán)境。針對這一問題，Shanahan等[19]利用MICP技術(shù)對海岸沙丘進(jìn)行加固，但忽略鹽分的影響。Cheng等[20]提出利海水中原有鈣離子作為鈣源來固化砂土，但由于海水中天然鈣離子濃度極低，MICP處理后土體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度較低，固化效果較差。彭劼等[21]利用NaCl 鹽溶液模擬海水對 MICP 固化珊瑚砂的性能進(jìn)行了研究，但溶液離子種類單一。李昊等[22]研究了模擬海水環(huán)境下MICP加固鈣質(zhì)砂的效果，雖然溶液環(huán)境與海水環(huán)境較接近，但沒有系統(tǒng)考慮不同濃度的鹽分對其影響。

為此，利用NaCl配置不同濃度的鹽溶液，并采用尿素水解菌，在不同濃度的鹽溶液環(huán)境下進(jìn)行了MICP的細(xì)菌活性試驗、水溶液試驗和一維砂柱加固試驗，系統(tǒng)研究微生物和脲酶在不同濃度鹽溶液環(huán)境下的生長和活性，并比較不同濃度鹽溶液環(huán)境下MICP加固鈣質(zhì)砂的性能效果及差異，為MICP技術(shù)應(yīng)用于加固海相土或鹽化土提供實驗基礎(chǔ)和參考。

1 實驗材料

1.1 微生物的培養(yǎng)生長

實驗所用微生物為巴氏芽孢桿菌(編號：DSM33)，培養(yǎng)基的成分為：20 g/L酵母提取物、10 g/L硫酸銨、1.6 g/L NaOH。培養(yǎng)基在121 ℃高壓蒸汽下消毒30 min，冷卻至室溫后，將活化后的細(xì)菌接種到培養(yǎng)基并置于水浴恒溫震蕩培養(yǎng)箱(30 ℃，200 r/min)培養(yǎng)24～36 h。試驗前用V-1100D型可見光分光計測量菌液的吸光度，并以O(shè)D600值表征細(xì)菌濃度。菌液脲酶活性測試方法采用Whiffin[23]提出的電導(dǎo)率法：室溫條件下，將3 mL培養(yǎng)好的待測菌液加入到27 mL尿素溶液中，細(xì)菌和尿素的混合液中尿素濃度為1 mol/L，使用DDS-11A型電導(dǎo)率儀監(jiān)測5 min內(nèi)的電導(dǎo)率變化，從而獲得平均每分鐘電導(dǎo)率變化值，試驗中采用每分鐘的電導(dǎo)率變化值來表征脲酶的活性。

1.2 膠結(jié)液的配置

考慮試驗研究高效、經(jīng)濟(jì)的要求以及對環(huán)境友好，膠結(jié)液采用Urea-CaCl2混合液[24]，其中尿素提供碳源，CaCl2提供鈣源。水溶液試驗和砂柱試驗中各組膠結(jié)液的配比如表1所示。

表1 膠結(jié)液配比

1.3 砂柱試樣模具及灌漿的連接

砂柱試驗所用模具內(nèi)徑為40 mm，高度為130 mm的圓柱筒，圓柱筒下方為帶有小孔的支座，上方為帶有注漿孔的蓋帽。試驗時，支座上需放置一層1 mm厚的土工布以防止砂流出，試樣上方同樣放置一層這樣的土工布以防止注漿時對砂樣造成沖刷。所制成的砂樣直徑為39 mm，高度為80 mm。砂柱試驗?zāi)＞呤疽鈭D如圖1所示。

圖1 模具及灌漿示意圖Fig.1 Schematic diagram of mould and grouting

1.4 砂樣的性質(zhì)

試驗用砂為鈣質(zhì)砂，鈣質(zhì)砂粒徑參數(shù)為(d60=0.58 mm，d30=0.42 mm，d10=0.26 mm)，不均勻系數(shù)Cu=2.23，曲率系數(shù)Cc=1.17，土粒比重為2.20，最大孔隙比1.24，最小孔隙比0.80，顆粒級配曲線如圖2所示。

圖2 鈣質(zhì)砂的顆粒級配曲線Fig.2 Grain grading curve of calcareous sand

2 試驗方法

2.1 微生物的培養(yǎng)

在液體培養(yǎng)基中分別加入不同質(zhì)量的NaCl，使培養(yǎng)基中NaCl濃度分別為0、20、35、60、80、100 g/L。分別取上述培養(yǎng)液各100 mL，加入3 mL菌液，置于水浴恒溫振蕩培養(yǎng)箱(30 ℃、200 r/min)中連續(xù)培養(yǎng)48 h，每隔8 h用可見光分光計測量其OD600值，并用電導(dǎo)法測量菌液的脲酶活性，從而得到細(xì)菌的生長和脲酶的活性隨時間的變化規(guī)律。

2.2 MICP水溶液試驗

分別取表1各組水溶液試驗的膠結(jié)液72 mL和8 mL菌液充分混合，放置在水浴恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，每隔8 h取出一組試管，測量已沉淀碳酸鈣的質(zhì)量，碳酸鈣產(chǎn)率計算公式為

(1)

式(1)中：η為碳酸鈣產(chǎn)率；m1為碳酸鈣理論生成的質(zhì)量，g；m2為碳酸鈣實際生成的質(zhì)量，g。

將不同濃度NaCl環(huán)境下試管最終沉淀的碳酸鈣進(jìn)行物相分析，試驗采用X射線粉末衍射儀 (PW3040/60)來確定生成碳鈣礦物成分和晶體類型。

2.3 MICP砂柱試驗

①采用分層壓實法將130 g鈣質(zhì)砂裝入模具中，控制制樣后砂柱的干密度為(1.30±0.05)g/cm3；②實驗前向砂樣中灌入2倍砂樣孔隙體積(后文將砂樣孔隙體積縮寫為PV0)的相應(yīng)濃度NaCl溶液，靜置24 h，使鈣質(zhì)砂處于各個研究濃度的NaCl環(huán)境中；③控制細(xì)菌OD600值為1.5±0.5，脲酶活性為(8±2)molUrea/min，用蠕動泵以4 mL/min速率從試樣的頂部注入1 PV0的菌液，靜置3 h，使菌液充分均勻地黏附于鈣質(zhì)砂顆粒上；④以相同的速率將1 PV0的表1各組砂柱試驗的膠結(jié)液注入相應(yīng)的砂樣中，靜置6 h后進(jìn)行第二次灌漿，做法與第一次相同，累計灌入5次；⑤重復(fù)步驟③和步驟④，累計4輪，完成后靜置24 h。

2.4 碳酸鈣含量的測定

因為鈣質(zhì)砂的成分主要為碳酸鈣，所以采用稱量法[25]來測量碳酸鈣的含量而非酸洗法。試樣灌漿完成后靜置24 h，用去離子水將砂樣孔隙間殘留的可溶性鹽沖洗干凈，置于100 ℃鼓風(fēng)干燥箱中脫模烘干，直至24 h內(nèi)的質(zhì)量損失率小于0.1%，試樣烘干后，測得砂柱的質(zhì)量M1。試樣初始裝填鈣質(zhì)砂質(zhì)量為M2。試樣中碳酸鈣含量計算公式為

Δm=M1-M2

(2)

式(2)中：Δm為試樣中碳酸鈣的質(zhì)量；M1為試樣烘干后的質(zhì)量，g；M2為試樣初始填裝的質(zhì)量，g。

2.5 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗

對脫模烘干后的試樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，試驗所用儀器為YAW-S300全自動液晶壓力試驗機(jī)，加載方式為應(yīng)變控制式，控制儀器的應(yīng)變速率為1.0 mm/min，得到砂柱試樣的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，并取峰值應(yīng)力作為試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。每種NaCl溶液環(huán)境下制作3個相同的試樣作為平行試驗組，并求出平行組的平均無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

2.6 微觀結(jié)構(gòu)試驗

分別取少量不同濃度NaCl環(huán)境下加固的砂柱制作試樣，利用JFC-1600離子濺射儀對試樣進(jìn)行噴金處理，采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(JSM-7001F)對試樣進(jìn)行電鏡掃描分析，觀察砂樣的微觀結(jié)構(gòu)及碳酸鈣的形貌和分布。

3 實驗結(jié)果及討論

3.1 微生物活性

NaCl的存在影響著微生物的生長繁殖，高濃度NaCl溶液將會導(dǎo)致微生物失水，影響其正常的代謝活動，甚至造成微生物的死亡，對微生物有明顯的滅活作用。圖3顯示了不同濃度NaCl溶液環(huán)境下細(xì)菌的生長情況。從圖3可以看出，在沒有NaCl環(huán)境下，細(xì)菌生長迅速，前24 h呈幾何級數(shù)增長，32 h后隨營養(yǎng)物質(zhì)的消耗和有害物質(zhì)的積累，細(xì)菌生長繁殖速率逐漸下降，最后進(jìn)入穩(wěn)定期。在低濃度NaCl溶液(20、35 g/L)環(huán)境下，細(xì)菌濃度變化趨勢與沒有NaCl環(huán)境類似，但受到NaCl的影響，生長速率有所下降。高濃度NaCl溶液(60、80、100 g/L)環(huán)境下細(xì)菌生長速率極慢，尤其是80 g/L和100 g/L等高鹽分環(huán)境下，微生物失水嚴(yán)重，細(xì)胞膜皺縮，NaCl抑制細(xì)菌的生長繁殖和正常代謝，這是影響砂柱加固效果的根本原因。

圖3 NaCl對細(xì)菌生長的影響Fig.3 Effect of NaCl on bacterial growth

圖4 NaCl對脲酶活性的影響Fig.4 Effect of NaCl on urease activity

圖4為NaCl對脲酶活性的影響，在沒有NaCl環(huán)境下，脲酶活性的變化與細(xì)菌生長基本一致，但24 h后，脲酶活性略有降低，這是由于有害物質(zhì)的積累，對脲酶的活性產(chǎn)生抑制。在低濃度NaCl溶液(20、35 g/L)環(huán)境下，細(xì)菌生長較快，但由于受到NaCl影響，脲酶活性增長緩慢，且最終活性降低較大，在48 h時，NaCl濃度為20、35 g/L環(huán)境下脲酶活性分別為11.00、10.56 molUrea/min，相較于無NaCl環(huán)境下的18.70 molUrea/min分別降低41.18%和43.53%。高濃度環(huán)境下脲酶活性極低，NaCl對脲酶活性抑制作用顯著，與細(xì)菌生長基本一致。相比于無NaCl環(huán)境，有NaCl存在的環(huán)境下，脲酶活性大幅度降低。

3.2 MICP水溶液試驗

(3)

(4)

(5)

由尿素水解MICP機(jī)理[(式(3)～式(5)]知，沉淀1 mol鈣離子需要水解1 mol尿素，因此本實驗?zāi)蛩氐哪枖?shù)為鈣離子的2倍,理論上所有的鈣離子都形成碳酸鈣沉淀。圖5為碳酸鈣在不同濃度NaCl溶液環(huán)境下的產(chǎn)率，試驗表明NaCl對碳酸鈣的生成有抑制作用，但不同濃度NaCl環(huán)境下，均有碳酸鈣沉淀生成。NaCl濃度越高，碳酸鈣生成速率越慢，最終產(chǎn)率也越低，抑制作用隨NaCl濃度增大而增大。當(dāng)NaCl濃度小于35 g/L時，產(chǎn)率隨NaCl濃度提高而大幅度降低；當(dāng)NaCl濃度大于35 g/L后，產(chǎn)率下降幅度較小。模擬海水環(huán)境(35 g/L)下碳酸鈣的產(chǎn)率為27.69%，相較于無NaCl環(huán)境下的50.06%降低了22.37個百分點。碳酸鈣在NaCl環(huán)境中產(chǎn)率下降是導(dǎo)致砂柱試驗中砂柱強(qiáng)度降低的直接原因。

圖5 不同濃度NaCl溶液下CaCO3產(chǎn)率Fig.5 Productivity of CaCO3 in different concentrations of NaCl solution

3.3 物相分析

將水溶液試驗中生成的沉淀烘干后進(jìn)行X射線衍射(X-ray diffraction，XRD)試驗，圖6顯示了NaCl濃度為0、35、80 g/L環(huán)境下沉淀的圖譜，分析發(fā)現(xiàn)不同濃度NaCl溶液環(huán)境下，生成的沉淀物都是CaCO3，其晶體結(jié)構(gòu)主要是方解石和少量球霰石，從晶體結(jié)構(gòu)來看，方解石的剛度和穩(wěn)定性都優(yōu)于球霰石，這對加固砂土是有利的。

3.4 砂柱試驗分析

圖7顯示了不同濃度NaCl溶液環(huán)境下對加固鈣質(zhì)砂強(qiáng)度的影響，從圖7中可以看出，無NaCl環(huán)境下經(jīng)微生物加固后砂樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.68 MPa。模擬海水(35 g/L)環(huán)境下無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.47 MPa，相比無NaCl環(huán)境降低30.88%。圖7中表明，隨著NaCl濃度提高，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐漸降低，在NaCl濃度為60 g/L前無側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低較快，濃度在60 g/L之后，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的降低較緩慢，說明這時候NaCl對強(qiáng)度的影響逐漸減弱，這與溶液中CaCO3產(chǎn)率一致。分析其原因是，在低濃度NaCl環(huán)境下(小于60 g/L)，隨著NaCl濃度的提高，溶液滲透壓提高，細(xì)菌逐漸失水，細(xì)菌的生長和酶的活性受到抑制，使得碳酸鈣的生成量大幅降低，因此造成砂柱強(qiáng)度不斷降低；在高濃度NaCl環(huán)境下(大于60 g/L)，大部分細(xì)菌因失水過多而死亡，只有少量存活，碳酸鈣的生成量降低的幅度較小，因此，隨NaCl濃度提高，砂柱強(qiáng)度降低不明顯[26]。

圖8為固化砂柱的應(yīng)力應(yīng)變曲線，各組試驗的曲線走向大致相同，可以分為4個階段：①加載初期，應(yīng)力隨應(yīng)變增長緩慢，主要由于試樣上下表面平整度較差，試件沒有與加載平臺充分接觸造成的；②加載中期，應(yīng)力快速穩(wěn)定增長，表明微生物固化砂柱本身具備一定強(qiáng)度和剛度，且曲線的斜率越大，則砂柱的剛度越大；③后期加載達(dá)到峰值后，試樣破壞；④末期試樣破壞后，隨應(yīng)變增加，應(yīng)力快速降低，呈現(xiàn)出明顯的脆性破壞。

圖6 不同濃度NaCl環(huán)境下沉淀物的XRD圖譜Fig.6 XRD patterns of precipitates under different concentrations of NaCl

圖7 砂柱的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度Fig.7 Unconfined compressive strength of sand column

圖8 固化砂柱的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Fig.8 Stress-strain relationship of solidified sand column

圖9顯示了砂樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和碳酸鈣生成量的關(guān)系，從圖9可以看出，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值與碳酸鈣生成量呈正相關(guān)，都隨NaCl濃度的增加而降低。從MICP 加固的本質(zhì)上看，MICP技術(shù)是利用產(chǎn)脲酶的微生物分解尿素產(chǎn)生的碳酸根離子與提供的鈣離子反應(yīng)最終生成碳酸鈣沉淀的過程。利用MICP技術(shù)析出的碳酸鈣沉淀來填充砂土顆粒空隙并膠結(jié)相鄰的砂土顆粒，使松散土體黏結(jié)成具有一定強(qiáng)度的固化體。碳酸鈣生成量的降低表明用來填充砂土顆粒空隙的碳酸鈣沉淀減少，砂土顆粒間的膠結(jié)作用減少，從而降低加固效果。在加固砂樣時，細(xì)菌正常死亡機(jī)理為：細(xì)菌產(chǎn)生的脲酶將尿素水解成碳酸根離子[式(3)]，同時由于細(xì)菌膜表面帶負(fù)電，溶液中鈣離子被吸附到細(xì)菌的表面[式(4)]，溶液中的碳酸根離子與細(xì)菌表面的鈣離子反應(yīng)生成碳酸鈣晶體[式(5)]，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，細(xì)菌逐漸被碳酸鈣晶體包裹，從而阻止細(xì)菌的代謝，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡。但在高濃度NaCl溶液環(huán)境下，由于細(xì)菌的細(xì)胞膜類似于半透膜，且細(xì)菌內(nèi)部與外界產(chǎn)生濃度差，使細(xì)菌內(nèi)部的水往外滲，造成細(xì)菌失水，影響細(xì)菌正常的生長繁殖，甚至導(dǎo)致細(xì)菌提前死亡而沒有充分發(fā)揮其作用。

圖9 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和碳酸鈣生成量的關(guān)系Fig.9 Relationship between UCS and calcium carbonate production

圖10 SEM實驗結(jié)果Fig.10 SEM test results

3.5 微觀試驗分析

圖10為MICP固化砂柱后的SEM圖像，從圖10中可以看出，不同濃度NaCl環(huán)境下均有碳酸鈣沉淀生成，驗證了MICP技術(shù)加固海相土或鹽化土的可行性。但不同濃度NaCl環(huán)境下碳酸鈣的含量也不同，碳酸鈣的含量隨NaCl濃度的提高而降低，這與水溶液下碳酸鈣的產(chǎn)率結(jié)果是一致的。MICP固化砂土是碳酸鈣不斷積累的過程，由圖10(a)、圖10(b)可知，在沒有NaCl的環(huán)境下，碳酸鈣在砂柱中聚集，已包裹覆蓋砂土顆粒并填充顆粒間的空隙，使顆粒間形成有效膠結(jié)，進(jìn)而使砂樣形成具有一定強(qiáng)度的固化體。隨NaCl濃度的提高，這種有效膠結(jié)逐漸減少，生成的碳酸鈣并未完全覆蓋砂土顆粒，大部分以附著形式存在砂顆粒表面[圖10(e)、圖10(f)]，空隙中填充的碳酸鈣也不多， 解釋了為何高濃度 NaCl環(huán)境下MICP加固砂樣的強(qiáng)度偏低。SEM圖中發(fā)現(xiàn)，各個NaCl濃度下碳酸鈣的晶體形態(tài)基本為六方體或由六方體堆積而成簇狀物，晶體形態(tài)表明MICP過程生成的是具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的方解石，分析結(jié)果與XRD試驗結(jié)果一致。

4 結(jié)論

利用巴氏芽孢桿菌，在不同濃度鹽溶液環(huán)境下進(jìn)行了MICP細(xì)菌活性試驗、水溶液試驗、一維砂柱加固試驗，結(jié)合微觀試驗分析了不同濃度NaCl溶液環(huán)境下微生物誘導(dǎo)生成碳酸鈣的特性及對土體的加固效果。得出以下結(jié)論。

(1)通過細(xì)菌活性試驗可得，NaCl的存在抑制細(xì)菌的生長和繁殖，這種抑制作用隨NaCl濃度的提高而提高。模擬海水環(huán)境下細(xì)菌的生長和脲酶的活性雖然受到抑制，但抑制作用沒有過大，并不至于使細(xì)菌完全喪失活性，證明了在海水環(huán)境下MICP加固砂土的可行性。

(2)水溶液試驗中，碳酸鈣產(chǎn)量的變化趨勢與細(xì)菌活性的變化趨勢是一致的，細(xì)菌活性的衰減是NaCl環(huán)境下碳酸鈣產(chǎn)量降低的原因，也是砂柱加固強(qiáng)度降低的根本原因，而碳酸鈣產(chǎn)率的降低則是砂柱加固強(qiáng)度降低的最直接原因。

(3)砂柱試驗中，砂樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨NaCl的濃度提高而降低，NaCl會降低MICP的加固效果，實驗結(jié)果與細(xì)菌活性試驗和水溶液試驗的結(jié)果一致。但模擬海水環(huán)境下的加固效果仍然可觀，這對MICP技術(shù)應(yīng)用于加固海相土或鹽化土具有重要的工程實用價值和科學(xué)研究意義。