שיפור הקרקע החולית באמצעות Microbially המושרה הקלציט משקעים (MICP) על ידי הטבילה
Summary
כאן, המושרה באופן מיקרוביאלי משקעים (MICP) טכנולוגיה מוצגת כדי לשפר את תכונות הקרקע על ידי טבילה.
Abstract
המטרה של מאמר זה היא לפתח שיטת טבילה כדי לשפר את משקעים מיקרו הקלציט המושרה (MICP) התייחס דגימות. כור אצווה הורכב לטבול דגימות הקרקע לתוך מדיה ציפוי בצמנט. התקשורת ציפוי בצמנט יכול לפזר בחופשיות לתוך דגימות הקרקע במחולל אצווה במקום ציפוי בצמנט מדיה להיות מוזרק. תבנית מלאה של מגע גמיש, עובש מגע קשיח מלא, ותבנית לבנה מקורחת שימשו להכנת מחזיקי קרקע שונים. סיבים סינתטיים וסיבים טבעיים נבחרו כדי לחזק את דגימות הקרקע מטופלים MICP. באזורים שונים של הדגימות. שטופלו ב-micp נמדדו תוצאות ההפצה CaCO3 הראו כי הזירז caco3 הופץ בצורה אחידה בדגימת הקרקע על ידי שיטת טבילה.
Introduction
כטכנולוגיה לשיפור הקרקע הביולוגית, התוצאה הנגרמת באמצעות קלציט משקעים (MICP) מסוגלת לשפר את תכונות ההנדסה של הקרקע. הוא שימש להגברת החוזק, הנוקשות והחדירות של הקרקע. טכניקת micp צברה תשומת לב רבה לשיפור הקרקע ברחבי העולם1,2,3,4. משקעים באופן טבעי מתרחשים ויכולים להיגרם על ידי אורגניזמים שאינם פתוגניים הילידים לסביבה הקרקע5. התגובה הביוגיאוכימית micp מונעת על ידי קיומו של חיידקים ureolytic, אוריאה ופתרון עשיר בסידן5,6. Sporosarcina מפוסטר הוא אנזים האוראז פעיל מאוד המזרז את רשת התגובה כלפי משקעים של הקלציט7,8. תהליך של אוריאה הידרוליזה מייצרת אמוניום מומס (NH4 +) ו קרבונט אורגניים (CO32-). יוני קרבונט מגיבים עם יוני סידן כדי לזרז כגבישי סידן פחמתי. תגובות אוריאה הידרוליזה מוצגות כאן:
הזירז CaCO3 יכול קשר את חלקיקי החול יחד כדי לשפר את המאפיינים הנדסיים של הקרקע מטופלים micp. טכניקת ה-micp הוחלה ביישומים שונים, כגון שיפור החוזק והנוקשות של הקרקע, תיקון הבטון והשיקום הסביבתי9,10,11,12, מיכל בן 13 , מיכל בן 14 , . חמש עשרה
ז’או ואח ‘16 פיתח שיטת טבילה כדי להכין דגימות מטפל micp. עובש גמיש למגע מלא עשוי מאריג שימוש בשיטה זו. את הזירז CaCO3 מופץ בצורה אחידה לאורך דגימות micp שלהם מטופלים. Bu et al.17 פיתח עובש נוקשה למגע מלא כדי להכין דגימות קרן מטופלים micp על ידי שיטת טבילה. המדגם מטופל MICP שהוכנו על ידי שיטה זו באמצעות עובש המגע נוקשה מלא יכול ליצור את צורת הקורה המתאימה. המדגם מטופל MICP חולקו לארבעה ו CaCO3 התוכן נמדדו. התוכן CaCO3 נע בין 8.4 ± 1.5% ל 9.4 ± 1.2% לפי משקל, אשר ציין כי caco3 מופץ בצורה אחידה בדגימות micp שטופלו על ידי שיטת טבילה. דגימות מיקרו-מטופלים אלה גם השיגו תכונות מכניות טובות יותר. הביו-דגימות של מיקרו-מטופלים אלה הגיעו לחוזק של 950 kPa, שהיה דומה לזה של 20-25% דגימות מלט שטופלו (600-1300 kPa). לי ואח ‘10 נוסף מופץ באופן אקראי סיבים דיסקרטית לתוך הקרקע החולית וטיפל בקרקע על ידי שיטת טבילה micp. הם מצאו כי כוח ההטיה, ductility, ואת המתח הכישלון של הקרקע מטופלים MICP היו משופרים ברור על ידי הוספת סיבים מתאימים.
שיטת הטבילה עבור micp השתפרה ללא הרף10,16,17. שיטה זו יכולה לשמש כדי להכין דגימות הקרקע מטופלים MICP ו-MICP מטופלים חומרי בנייה טרומיים, כגון לבנים וקורות. מידות גיאומטריה שונות של עובש הכנה לדוגמה פותחו. סיבים נוספו דגימות מטופל MICP כדי לשפר את המאפיינים שלהם. פרוטוקול מפורט זה נועד לתעד את שיטות טבילה עבור טיפול MICP.
Protocol
Representative Results
Discussion
טכניקת ה-MICP באמצעות טבילה הוצגה בעיתון זה. דגימות הקרקע שקועים לתוך הכור אצווה לקבל חדרו לחלוטין על ידי מדיה ציפוי בצמנט בתהליך MICP. בשיטה זו, תבנית מלאה גמיש ליצירת קשר, תבנית מלאה נוקשה של מגע, ותבנית לבנים מקורחת הוחלו על מנת להכין דגימות שטופלו על-ידי MICP.
תבניות שונות יכולו…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכת על ידי הקרן הלאומית למדע מלגת מס ‘ 1531382 ומרקסי.
Materials
| Ammonium Chloride, >99% | Bio-world | 40100196-3 (705033) | |
| Ammonium Sulfate | Bio-world | 30635330-3 | |
| Calcium Chloride Dihydrate, >99% | Bio-world | 40300016-3 (705111) | |
| Nutrient Broth | Bio-world | 30620056-3 | |
| Sodium Bicarbonate, >99% | Bio-world | 41900068-3 (705727) | |
| Sporosarcina pasteurii | American Type Culture Collection | ATCC 11859 | |
| Synthetic fiber | FIBERMESH | Fibermesh 150e3 | |
| Tris-Base, Biotechnology Grade, >99.7% | Bio-world | 42020309-2 (730205) | |
| Urea, USP Grade, >99% | Bio-world | 42100008-2 (705986) | |
| Yeast Extract | Bio-world | 30620096-3 (760095) |
References
- Cheng, L., Shahin, M. A., Mujah, D. Influence of key environmental conditions on microbially induced cementation for soil stabilization. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 143 (1), 04016083-04016091 (2016).
- Whiffin, V. S., van Paassen, L. A., Harkes, M. P. Microbial carbonate precipitation as a soil improvement technique. Geomicrobiology Journal. 24 (5), 417-423 (2007).
- van Paassen, L. A., Ghose, R., van der Linden, T. J., van der Star, W. R., van Loosdrecht, M. C. Quantifying biomediated ground improvement by ureolysis: large-scale biogrout experiment. Journal of Geotechnical And Geoenvironmental Engineering. 136 (12), 1721-1728 (2010).
- Montoya, B. M., DeJong, J. T. Stress-strain behavior of sands cemented by microbially induced calcite precipitation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 141 (6), 04015019 (2015).
- DeJong, J. T., Fritzges, M. B., Nüsslein, K. Microbially induced cementation to control sand response to undrained shear. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 132 (11), 1381-1392 (2006).
- Zhao, Q., et al. Factors affecting improvement of engineering properties of MICP-treated soil catalyzed by bacteria and urease. Journal of Materials in Civil Engineering. 26 (12), 04014094 (2014).
- Castanier, S., Le Métayer-Levrel, G., Perthuisot, J. P. Ca-carbonates precipitation and limestone genesis—the microbiogeologist point of view. Sedimentary Geology. 126 (1-4), 9-23 (1999).
- Burne, R. A., Chen, Y. Y. M. Bacterial ureases in infectious diseases. Microbes and Infection. 2 (5), 533-542 (2000).
- Bernardi, D., DeJong, J. T., Montoya, B. M., Martinez, B. C. Bio-bricks: biologically cemented sandstone bricks. Construction and Building Materials. 55, 462-469 (2014).
- Li, M., et al. Influence of fiber addition on mechanical properties of MICP-treated sand. Journal of Materials in Civil Engineering. 28 (4), 04015166 (2015).
- Achal, V., Kawasaki, S. Biogrout: a novel binding material for soil improvement and concrete repair. Frontiers in Microbiology. 7, 314 (2016).
- Al Qabany, A., Soga, K., Santamarina, C. Factors affecting efficiency of microbially induced calcite precipitation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 138 (8), 992-1001 (2011).
- Lin, H., Suleiman, M. T., Brown, D. G., Kavazanjian, E. Mechanical behavior of sands treated by microbially induced carbonate precipitation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 142 (2), 04015066 (2015).
- Lauchnor, E. G., Topp, D. M., Parker, A. E., Gerlach, R. Whole cell kinetics of ureolysis by sporosarcina pasteurii. Journal of Applied Microbiology. 118 (6), 1321-1332 (2015).
- Nafisi, A., Montoya, B. M. A new framework for identifying cementation level of MICP-treated sands. IFCEE. , (2018).
- Zhao, Q., Li, L., Li, C., Zhang, H., Amini, F. A full contact flexible mold for preparing samples based on microbial-induced calcite precipitation technology. Geotechnical Testing Journal. 37 (5), 917-921 (2014).
- Bu, C., et al. Development of a Rigid Full-Contact Mold for Preparing Biobeams through Microbial-Induced Calcite Precipitation. Geotechnical Testing Journal. 42 (3), 656-669 (2018).
- Li, M., Wen, K., Li, Y., Zhu, L. Impact of oxygen availability on microbially induced calcite precipitation (MICP) treatment. Geomicrobiology Journal. 35 (1), 15-22 (2018).
- Martinez, B. C., et al. Experimental optimization of microbial-induced carbonate precipitation for soil improvement. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 139 (4), 587-598 (2013).
