CN105040675B - 一种砂土的微生物固化方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种砂土的微生物固化方法及其装置,步骤为:第一步制备高浓度菌液:将巴氏芽孢八叠球菌接种至铵盐‑酵母基培养液中,调节培养液的pH值为8.0~9.0,在30℃下振动水浴30~40h,然后离心得到浓度为0.8~1.2×107cells/mL的高浓度菌液;第二步配制胶结介质溶液:胶结介质溶液包括尿素‑氯化钙、氯化铵、碳酸氢钠和铵盐‑酵母基培养液;第三步注入土体:将砂土制作成不同干密度试样,试样两端各放置一个塑料块,并将试样外侧套上乳胶膜,用蠕动泵将15mL的高浓度菌液和50mL~100mL的胶结介质溶液先后注入试样中;第四步养护成型:将试样置于20±2℃,相对湿度为95%的环境中养护。土体在微生物固化作用下,无侧限抗压强度显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物加固砂土的新型固化剂配方和试验装置,属于岩土工程地基处理领域中一种地基加固和建筑物修复的方法。
背景技术
随着我国经济建设和城市化进程的不断发展,道路交通和基础设施的相对不足逐渐成为亟待解决的社会问题。在工程建设中常会遇到一些不能直接用于工程建设的不良土体,常见的处理方法有两种:一是将不良土体除去,换填以工程特性较好的土体;二是在不良土体中添加固化剂,改善土体工程特性,使之满足工程建设要求。前者费工费时且造成一定的资源浪费,同时还需对废弃土体进行二次处理;后者是工程上较为常用的处理方法。常用的传统固化剂主要有水泥、石灰、粉煤灰等,这些添加剂在改变土体矿物成分、提高固化土强度和耐久性的同时也对环境造成一定的危害。以水泥为例,其生产过程中会伴随着矿石燃料的燃烧导致温室气体的大量排放。据估计,全球每年总投资超过60亿美元展开行业内对新的、可持续发展的土体固化剂的研究。
进入21世纪以来,学科间的交叉在处理一些前沿问题上表现出强大的优势。利用微生物在土体等多孔介质中繁殖、运移等特性进行土体固化改性,不仅在理论、技术上有所突破,同时对生态环境和可持续发展也有着深远意义。微生物固化改良土体是指通过微生物生命活动及其代谢产物诱发或控制土体中一系列化学反应从而改善土体工程性质的方法。岩土工程中应用微生物进行土体固化改良具有成本低、环境友好以及维护费用低等优点。本发明提出一种砂土的微生物固化方法及其装置,该微生物固化剂具有新型、高效、环境友好成本低廉等优点,具有良好的社会经济效益和工程应用前景。
发明内容
技术问题:本发明针对目前国内传统固化剂加固土体存在的环境危害等问题,提出一种砂土的微生物固化方法及其装置,解决了传统钙基固化剂改良土体的环境友好问题,节约了社会资源,具有良好的经济效益和工程应用前景。
技术方案:一种砂土的微生物固化装置,包括上塑料块、下塑料块,承膜筒,乳胶膜,橡皮圈,蠕动泵,下塑料块圆孔,滤纸,承膜筒圆孔;在承膜筒内的上部设有上塑料块,在承膜筒内的下部设有下塑料块,在下塑料块上设有下塑料块圆孔,蠕动泵与下塑料块圆孔链接,在承膜筒中部的侧面设有承膜筒圆孔;试样由乳胶膜包裹位于承膜筒中,橡皮圈套在包裹在上塑料块和下塑料块的乳胶膜上,滤纸位于试样两端。
所述的圆柱形透明上塑料块和下塑料块的厚度均为30mm,直径为50mm,承膜筒的高度为160mm,
一种砂土的微生物固化装置的微生物固化方法,该固化方法为:
第一步,制备高浓度菌液:将巴氏芽孢八叠球菌(Sporosarcinapasteurii)接种至铵盐-酵母基培养液中,培养液中含有0.15mol/L的三羧甲基氨基甲烷缓冲液,10g/L的(NH4)2SO4,20g/L的酵母膏和20g/L的糖,调节培养液的pH值为8.0~9.0,在30℃环境下恒温振动水浴30~40h,振动的转速为200转/分钟,待菌株的光密度达到OD600时,取出以4000g的离心加速度离心20min,然后将离心得到浓度为0.8~1.2×107cells/mL的高浓度菌液;
第二步,配制胶结介质溶液:胶结介质溶液包括尿素-氯化钙、氯化铵、碳酸氢钠和铵盐-酵母基培养液,其质量百分比为:尿素-氯化钙:70%~80%,氯化铵:10%~15%,碳酸氢钠:2%~5%,铵盐-酵母基培养液:8%~15%;
第三步,注入土体:将砂土风干或烘干,制作成直径50mm,高度100mm的不同干密度试样,试样上端放置一个圆柱形透明上塑料块,下端放置一个圆柱形透明下塑料块,并通过承膜筒将试样外侧套上乳胶膜,乳胶膜两端用橡皮圈箍紧在圆柱形透明上塑料块和下塑料块上,利用蠕动泵将15mL的上述的高浓度菌液通过圆柱形透明下塑料块上的圆孔先注入试样中,然后将50mL~100mL的胶结介质溶液注入试样中,蠕动泵的注入速率为10mL/min;
第四步,养护成型:将注入高浓度菌液和胶结介质溶液的试样置于20±2℃,相对湿度为95%的环境中养护至相应龄期,拿走承膜筒,脱去乳胶膜和圆柱形透明上塑料块和下塑料块。
所述的铵盐-酵母基培养液中各组分在放入菌株之前均须进行消毒处理,离心得到的高浓度菌株在4~5℃环境中保存不得超过14天。
所述的试样的养护时间不超过10天。
有益效果:本发明以巴氏芽孢八叠球菌、尿素-氯化钙、碳酸氢钠等为主要材料,运用微生物在土体中运移、繁殖等特征为固化原理,减少了传统水泥、石灰等固化剂固化土体后造成的潜在环境危害,具有良好的社会效益和经济效益。微生物固化 剂在固化土体中以及产生胶结物质固化土体后,对环境均无任何危害,其自身在完成固化作用后也可自然降解,符合可持续发展的理念,具有广阔的应用前景。
附图说明
图1本发明的固化方法装置图
其中有:试样1,上塑料块2.1、下塑料块2.2,承膜筒3,乳胶膜4,橡皮圈5,蠕动泵6,下塑料块圆孔7,滤纸8,承膜筒圆孔9。
图2微生物固化砂土与水泥固化砂土无侧限抗压强度对比图。
具体实施方式
一种砂土的微生物固化方法及其装置,步骤为:
第一步,制备高浓度菌液:将巴氏芽孢八叠球菌(Sporosarcinapasteurii)接种至铵盐-酵母基培养液中,培养液中含有0.15mol/L的三羧甲基氨基甲烷缓冲液,10g/L的(NH4)2SO4,20g/L的酵母膏和20g/L的糖,调节培养液的pH值为8.0~9.0,在30℃环境下恒温振动水浴30~40h,振动的转速为200转/分钟,待菌株的光密度达到OD600时,取出以4000g的离心加速度离心20min,然后将离心得到浓度为0.8~1.2×107cells/mL的高浓度菌液;
第二步,配制胶结介质溶液:胶结介质溶液包括尿素-氯化钙(CO(NH2)2-CaCl2)、氯化铵(NH4Cl)、碳酸氢钠(NaHCO3)和铵盐-酵母基培养液,其质量百分比为(以1L溶液为例):尿素-氯化钙:70%~80%,氯化铵:10%~15%,碳酸氢钠:2%~5%,铵盐-酵母基培养液:8%~15%;
第三步,注入土体:将砂土风干或烘干,制作成直径50mm,高度100mm的不同干密度试样,试样两端各放置一个透明塑料块,并通过承膜筒将试样外侧套上乳胶膜,乳胶膜两端用橡皮圈箍紧在透明塑料块上,利用蠕动泵将15mL的高浓度菌液通过透明塑料块上的圆孔先注入试样中,然后将50mL~100mL的胶结介质溶液注入试样中,蠕动泵的注入速率为10mL/min;
第四步,养护成型:将注入菌株和胶结介质的试样置于20±2℃,相对湿度为95%的环境中养护至相应龄期,拿走承膜筒,脱去乳胶膜和透明塑料块。
所述的培养液中各组分在放入菌株之前均须进行消毒处理,离心得到的高浓度菌株在4~5℃环境中保存不得超过14天。
所述的试样两端设置滤纸,透明塑料块的厚度均为30mm,直径为50mm,承膜筒的高度为160mm,一半高度处设置直径为5mm的圆孔。
所述的试样养护时间不超过10天。
图2为微生物固化砂土与水泥固化砂土无侧限抗压强度对比图。可以看出:固化试样在相同CaCO3含量条件下,微生物固化试样的抗压强度高于水泥固化试样,表明微生物在提高砂土强度方面具有更好的效果。
下面对本发明的具体实施方案做出更为详细的描述:
基于巴氏芽孢八叠球菌的微生物固化剂固化土体的基本原理如下
尿素水解,土体pH值增加:
CO(NH2)2+2H2O→2NH4 ++CO3 2- pH↑
产生碳酸钙等胶结物质,固化土体,土体pH值减小:
Ca2++CO3 2-→CaCO3↓ pH↑。
Claims (1)
1.一种砂土的微生物固化装置,其特征在于所述的微生物固化装置包括上塑料块(2.1)、下塑料块(2.2),承膜筒(3),乳胶膜(4),橡皮圈(5),蠕动泵(6),下塑料块圆孔(7),滤纸(8),承膜筒圆孔(9);在承膜筒(3)内的上部设有上塑料块(2.1),在承膜筒(3)内的下部设有下塑料块(2.2),在下塑料块(2.2)上设有下塑料块圆孔(7),蠕动泵(6)与下塑料块圆孔(7)链接,在承膜筒(3)中部的侧面设有承膜筒圆孔(9);试样(1)由乳胶膜(4)包裹位于承膜筒(3)中,橡皮圈(5)套在包裹在上塑料块(2.1)和下塑料块(2.2)的乳胶膜(4)上,滤纸(8)位于试样两端;
圆柱形透明上塑料块(2.1)和下塑料块(2.2)的厚度均为30mm,直径为50mm,承膜筒(3)的高度为160mm。
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