Сэнди Улучшение почвы через микробно индуцированных кальцитовых осадков (MICP) по погружению
Summary
Здесь представлена технология микробно индуцированного кальцитовых осадков (MICP) для улучшения свойств почвы путем погружения.
Abstract
Целью данной статьи является разработка метода погружения для улучшения микробно индуцированного кальцитного осадка (MICP) обработанных образцов. Был собран пакетный реактор для погружения образцов почвы в цементные носители. Цементирование средств может свободно распространяться в образцы почвы в пакетном реакторе вместо цементирования средств ввода. Полный контакт гибкой формы, жесткая полная пресса контакта, и сердцевиной формы кирпича были использованы для подготовки различных держателей образца почвы. Синтетические волокна и натуральные волокна были отобраны для укрепления обработанных ММСП образцов почвы. Был измерен осажденный CaCO3 в различных областях обработанных ММСП образцов. Результаты распределения CaCO3 показали, что осажденный CaCO3 равномерно распределялся в образце почвы методом погружения.
Introduction
Как биологическая технология улучшения грунта, микробно индуцированных кальцитовых осадков (MICP) способен улучшить инженерные свойства почвы. Он был использован для повышения прочности, жесткости и проницаемости почвы. Техника MICP получила большое внимание для улучшения почвы во всем мире1,2,3,4. Карбонат осадков естественно происходит и может быть вызванне непагеномных организмов, которые являются родными для почвенной среды5. Биогеохимическая реакция MICP обусловлена существованием уреолитических бактерий, мочевины и богатого кальцием раствора5,6. Sporosarcina pasteurii является высокоактивным ферментом урease, который катализает реакционную сеть к осадкам кальцита7,8. Процесс гидролизов мочевины производит растворенный аммоний (NH4)и неорганический карбонат (CO32-). Ионы карбоната реагируют с ионами кальция, чтобы осаждать как кристаллы карбоната кальция. Реакции гидролизов мочевины показаны здесь:
Осажденный CaCO3 может связать частицы песка вместе, чтобы улучшить инженерные свойства обработанной MICP почвы. Техника MICP применяется в различных областях применения, таких как повышение прочности и жесткости почвы, ремонт бетона, и восстановление окружающей среды9,10,11,12, 13 Год , 14 Год , 15.
Чжао и др.16 разработали метод погружения для подготовки образцов, обработанных ММСП. Полный контакт гибкой формы из геотекстиста был использован в этом методе. Осажденный CaCO3 равномерно распределялся по всей обработанной ММСп пробам. Bu et al.17 разработали жесткую форму для полного контакта для подготовки образцов луча, обработанного MICP методом погружения. Образец, обработанный MICP, подготовленный этим методом с использованием жесткой полноконтактной формы, может сформировать подходящую форму пучка. Образец, обработанный ММСП, был разделен на четыре, и содержание CaCO3 было измерено. Содержание CaCO3 варьировалось от 8,4 до 1,5% до 9,4 и 1,2% по весу, что свидетельствовало о том, что CaCO3 равномерно распределялся в обработанных МГП пробах методом погружения. Эти образцы, обработанные MICP, также достигли более высоких механических свойств. Эти био-образцы, обработанные ММТП, достигли 950 кПа, что было похоже на 20-25% обработанных цементом образцов (600- 1300 кПа). Li et al.10 добавили случайно распределенное дискретное волокно в песчаную почву и обработали почву методом погружения MICP. Они обнаружили, что сила сдвига, пластыря, и отказ штамм MICP обработанных почвы были усилены, очевидно, путем добавления соответствующего волокна.
Метод погружения для MICP был постоянно улучшен10,16,17. Этот метод может быть использован для подготовки обработанных MICP образцов почвы и ОБРАБОТАННЫх ММСп сборных строительных материалов, таких как кирпичи и балки. Были разработаны различные геометрические размеры формы подготовки образца. Волокна были добавлены в ОБРАБОТАННЫе MICP образцы для повышения их свойств. Этот подробный протокол был предназначен для документирования методов погружения для лечения MICP.
Protocol
Representative Results
Discussion
Техника MICP путем погружения была представлена в этой работе. Образцы почвы были погружены в пакетный реактор, чтобы полностью проникнуть цементными носителями в процесс ММСп. В этом методе, полный контакт гибкой формы, жесткие полный контакт формы, и сердцевиной формы кирпича были прим…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Грантом Национального научного фонда No 1531382 и MarTREC.
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).
