Sandige Bodenverbesserung durch mikrobiell induzierte Calcit-Fällung (MICP) durch Eintauchen
Summary
Hier wird mikrobiell induzierte Calcitfällung (MICP) Technologie vorgestellt, um die Bodeneigenschaften durch Eintauchen zu verbessern.
Abstract
Das Ziel dieses Artikels ist es, eine Tauchmethode zu entwickeln, um die mikrobiell induzierten Calcit-Fällungsproben (MICP) zu verbessern. Ein Batch-Reaktor wurde montiert, um Bodenproben in Zementierungsmedien einzutauchen. Die Zementierungsmedien können frei in die Bodenproben im Batch-Reaktor diffundieren, anstatt Zementierungsmedien injiziert zu werden. Zur Vorbereitung verschiedener Bodenprobenhalter wurden eine flexible Vollkontaktform, eine starre Vollkontaktform und eine entkernte Ziegelform verwendet. Synthetische Fasern und Naturfasern wurden ausgewählt, um die MIT MICP behandelten Bodenproben zu verstärken. Der gefällte CaCO3 wurde in verschiedenen Bereichen der MICP-behandelten Proben gemessen. Die CaCO 3-Verteilungsergebnisse zeigten, dass der gefällte CaCO3 durch die Tauchmethode gleichmäßig in der Bodenprobe verteilt wurde.
Introduction
Als biologische Bodenverbesserungstechnologie ist mikrobiell induzierte Calcitfällung (MICP) in der Lage, die technischen Eigenschaften des Bodens zu verbessern. Es wurde verwendet, um die Festigkeit, Steifigkeit und Durchlässigkeit des Bodens zu verbessern. Die MICP-Technik hat viel Aufmerksamkeit für Bodenverbesserung weltweitgewonnen 1,2,3,4. Karbonatfällung geschieht natürlich und kann durch nicht pathogene Organismen induziert werden, die in der Bodenumgebung beheimatet sind5. Die biogeochemische MikL-Reaktion wird durch die Existenz von ureolytischen Bakterien, Harnstoff und einer kalziumreichen Lösung5,6angetrieben. Sporosarcina pasteurii ist ein hochaktives Urease-Enzym, das das Reaktionsnetzwerk in Richtung Ausfällung von Calcit7,8katalysiert. Das Harnstoffhydrolyseverfahren produziert gelöstes Ammonium (NH4+)und anorganisches Karbonat (CO32-). Die Karbonationen reagieren mit Calciumionen, um als Calciumcarbonatkristalle auszufallen. Die Harnstoffhydrolysereaktionen werden hier gezeigt:
Der gefällte CaCO3 kann die Sandpartikel miteinander verbinden, um die technischen Eigenschaften von MICP-behandeltem Boden zu verbessern. Die MICP-Technik wurde in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, wie Verbesserung der Festigkeit und Steifigkeit des Bodens, Reparatur von Beton, und Umweltsanierung9,10,11,12, 13 , 14 , 15.
Zhao et al.16 entwickelten eine Tauchmethode zur Herstellung von MICP-behandelten Proben. Bei dieser Methode wurde eine vollkontaktflexible Form aus Geotextil verwendet. Die gefällten CaCO3 verteilten sich gleichmäßig über ihre MICP-behandelten Proben. Bu et al.17 entwickelte eine starre Vollkontaktform zur Herstellung von MICP-behandelten Strahlproben nach einem Tauchverfahren. Die mit dem MICP behandelte Probe, die mit einer starren Vollkontaktform hergestellt wird, kann die geeignete Strahlform bilden. Die MICP-behandelte Probe wurde in vier Teile geteilt und der CaCO3-Gehalt gemessen. Der CaCO3-Gehalt reichte von 8,4 x 1,5 % bis 9,4 % bis 1,2 Gewichtsprozent, was darauf hindeutete, dass sich der CaCO3 in den mit MICP behandelten Proben nach dem Immersionsverfahren gleichmäßig verteilte. Diese MIT MICP behandelten Proben erreichten auch bessere mechanische Eigenschaften. Diese MICP-behandelten Bio-Proben erreichten eine Biegefestigkeit von 950 kPa, was der von 20- 25% zementbehandelten Proben (600- 1300 kPa) ähnelte. Li et al.10 fügten zufällig verteilte diskrete Fasern in den sandigen Boden ein und behandelten den Boden nach der MICP-Tauchmethode. Sie fanden heraus, dass die Scherfestigkeit, Duktilität und Ausfallbelastung des MIT MICP behandelten Bodens offensichtlich durch Zugabe geeigneter Fasern verstärkt wurden.
Die Immersionsmethode für MICP wurde kontinuierlich verbessert10,16,17. Mit dieser Methode können MICP-behandelte Bodenproben und MICP-behandelte fertige Baustoffe wie Ziegel und Balken hergestellt werden. Es wurden verschiedene Geometriemaße der Probenvorbereitungsform entwickelt. Fasern wurden in den MIT MICP behandelten Proben hinzugefügt, um ihre Eigenschaften zu verbessern. Dieses detaillierte Protokoll sollte die Tauchmethoden für die MICP-Behandlung dokumentieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die MICP-Technik durch Eintauchen wurde in diesem Beitrag vorgestellt. Bodenproben wurden in den Batch-Reaktor eingetaucht, um im MICP-Prozess vollständig durch Zementierungsmedien durchdrungen zu werden. Bei dieser Methode wurden eine flexible Vollkontaktform, eine starre Vollkontaktform und eine entkernte Ziegelform zur Herstellung von MICP-behandelten Proben aufgebracht.
Verschiedene Formen können für unterschiedliche Geometrieanforderungen ausgelegt werden. Die faserige Struktur des Geo…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation Grant No. 1531382 und MarTREC unterstützt.
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
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