胶结液浓度对微生物注浆加固海相粉土的影响

利用微生物诱导碳酸钙沉积来胶结加固土体是当前岩土领域的研究热点。根据已有研究,胶结液浓度对微生物注浆效果有显著影响,但目前对粉土的研究较少。以海相粉土为处理对象,通过一组室内试验来分析胶结液浓度对加固效果的影响。采用多轮注浆的方法进行加固,即首轮注入菌液,然后根据需要注入不同轮数和浓度的胶结液。试验结果表明:在仅注入一轮胶结液时,碳酸钙沉积效率随着胶结液浓度的提高而下降,浓度为0.5 mol/L时的沉积效率最高。当注入多轮胶结液时,试样中沉积生成的碳酸钙比较均匀。随着胶结液注入轮数的增加,采用较低浓度胶结液加固的试样具有更高的碳酸钙沉积效率。在使用同等数量胶结液物质的条件下,低浓度处理后试样的无侧限抗压强度更高。因此对于用微生物注浆方法处理海相粉土,当采用多轮注入胶结液进行加固时,应选择合适的胶结液浓度。     

微生物固化垃圾焚烧灰渣强度试验

垃圾焚烧灰渣(底渣和飞灰)是生活垃圾焚烧发电后的残余固体废弃物,对其进行固化处理和资源化利用是减少该类固体废弃物占用填埋场资源的重要途径。笔者利用微生物诱导碳酸钙沉积固化细粒底渣和飞灰,通过微生物注浆试验研究菌液浓度、胶结液浓度和处理轮数对垃圾焚烧灰渣胶结CaCO3生成量及强度的影响。结果表明,底渣和飞灰都具有一定的水硬性,其水硬固化体的无侧限抗压强度分别为174.46和381.73 kPa。底渣经微生物注浆处理2~10轮后的无侧限抗压强度较水硬固化体分别提高了35.8%~120.0%,飞灰经微生物注浆处理2~10轮后的无侧限抗压强度较水硬固化体则分别提高了9.5%~48.8%。随胶结溶液浓度的增大,微生物固化底渣和飞灰中的CaCO3生成量和无侧限抗压强度提高,但试样的可注性降低。稀释比1∶50、菌液比1∶100的菌液更利于底渣和飞灰胶结强度的提高,未稀释菌液固化效果差。与微生物固化天然砂土和粉土相比,微生物固化底渣和飞灰的无侧限抗压强度随CaCO3含量增加的增幅较缓,微生物固化垃圾焚烧灰渣的胶结效率略低。试验结果证明,微生物固化能有效改善垃圾焚烧灰渣强度的特性,微生物诱导碳酸钙沉积技术在垃圾焚烧灰渣固化处理方面具有一定的发展潜力。     

表面入渗法诱导碳酸钙沉积加固海相粉土研究

目前利用微生物诱导碳酸钙沉积加固土体主要是采用注浆方式,处理对象主要是粒径较大的砂土。相比注浆胶结方法,表面入渗法具有操作简单、便于实施的优点,但容易受土中孔隙尺寸的限制。以海相粉土为处理对象,探讨将生物胶结同表面入渗法相结合加固土体。由于粉土粒径小,为解决孔喉尺寸与微生物尺寸相容性问题,采用上清液替代菌液同胶结液交替入渗的方法加固试样。结果表明,该方法可以避免生物封堵,处理后的试样上部能形成具有水稳定性的胶结层,但加固厚度有限。为了进一步提高加固深度,采用将菌液和粉土拌和制样,然后循环入渗胶结液的方法进行加固。水稳定性和碳酸钙测试结果均表明,采用该方法的加固深度明显增加,可以在整个试样高度上形成有效胶结。通过对比试验,验证了该方法对不同尺寸试样的有效性,并发现胶结液浓度对于加固效果有直接影响。研究结果可对实际工程中采用不同方法对粉土进行生物处理提供依据。     

微生物固化粉土坡面的植物适生性研究

微生物固化粉土坡面能够提高粉土边坡的抗侵蚀能力,微生物固化防护层的物理力学特性以及植物的适生性是影响该技术应用的重要因素。采用巴氏芽孢杆菌以及胶结液对粉土进行表层喷洒固化处理,研究高羊茅和披碱草在微生物固化表层的粉土中的出苗生长情况。试验结果显示,提高胶结液浓度能够获得更高的粉土表层固化层强度。采用高浓度胶结液的固化层水稳定性更好。粉土表层经微生物固化后高羊茅和披碱草的出苗率随着固化层贯入阻力的提高而降低,出苗时间延迟4～5 d。固化层贯入阻力低于280 k Pa时,出苗率可达到80%以上。采用菌液和浓度为0.75～1.00 mol/L、喷洒量0.06 m L/cm2的胶结液喷洒3遍处理,可以保证粉土坡面既具有一定防护强度,又能够保证高羊茅正常生长。粉土经微生物固化表层后不适于披碱草的生长。研究结果表明,微生物固化粉土坡面对草本植物具有一定的适生性;植物种类及固化层强度是影响出苗率和出苗速率指数的重要因素。将微生物坡面防护与植物防护相结合的粉土坡面防护技术有良好的发展潜力。     

溶液环境下微生物诱导碳酸钙沉积影响因素研究

现有的微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术的研究对象大多是简单离子化学环境下的松散砂土,而实际工程中往往需要面对各种不同环境下形成的土体。以江苏东部沿海地区海相吹填粉土的化学环境为依托,选用巴氏芽孢杆菌进行溶液环境下微生物诱导碳酸钙沉积试验。通过定量分析研究了环境温度、环境pH、氯化盐、土体中胶结阳离子含量等环境因素对微生物诱导碳酸钙生成量的影响规律。结果表明,在14~36℃时碳酸钙的生成量随着温度的升高而增加,总体呈上升趋势;当溶液pH为9时,碳酸钙生成量最多,并且碱性较强的溶液(pH为10~11)比弱碱性溶液(pH为7~8)诱导生成的碳酸钙量更多;溶液里高浓度的氯化盐能够抑制碳酸钙的生成,相比而言同浓度下氯化钙比氯化钠更易抑制碳酸钙生成;原始土体中少量的两种胶结离子之间没有相互抑制的作用,当土体中胶结阳离子浓度总和一致时,碳酸钙产量基本一致。研究结果可为实际注浆时采用MICP技术加固土体提供有效的依据。     

浸渍法制备磁性木材的磁性和电磁波吸收性能

研究了通过浸渍法制得的磁性木材产物不同部位对产物中磁性物质的分布、磁性和电磁波吸收性能的影响。利用金属盐离子尺寸小、在木材中渗透性优于纳米颗粒的特点,将经过预处理的木材先后浸渍于三价铁和二价铁的混合溶液以及氨水溶液中,通过化学共沉淀的方法在木材中原位制备Fe_3O_4纳米颗粒,从而得到磁性木材。对样品成分和结构进行红外光谱和X射线衍射光谱分析;将环境扫描电子显微镜与EDS mapping模式联用研究样品中磁性颗粒的分布;使用振动样品磁强计对所得样品的磁性进行了测量;并使用网络矢量分析仪对杨木试样的电磁波吸收能力进行了测试。铁盐浸渍液中Fe~(3+)和Fe~(2+)的物质的量之比为2∶1,氨水质量分数为25%,浸渍液通过导管传输和纹孔渗透两种方式进入木材内部,最终生成磁性颗粒。磁性颗粒的粒径在13 nm左右,磁性木材不同部位的铁含量按照角、边和中心的顺序依次递减,角部位的磁性强度最高,为24.75 emu/g,而中心部位仅为1.64 emu/g。同时,不同部位的磁矫顽力均较大,分别为137.60(中心),28.15(边)和10.11 Oe(角),表明制得的磁性木材改变了原来磁性颗粒(Fe_3O_4)的软磁性特征,为硬磁材料。此外,它们在5.0 GHz处的电磁波吸波强度分别为-0.63(中心),-3.93(边)和-17.12 d B(角)。采用铁盐与氨水逐步浸渍和原位共沉淀的方法可以成功制备磁性木材。在固定的浸渍液配比浓度和铁盐浸渍时间下,磁性木材内部不同部位所含磁性颗粒的量按中心、边和角的顺序逐渐增加,分布更加均匀,相应的磁性逐渐增强。同时,制得的磁性木材为硬磁材料,但从磁性木材的中心部位到边和角部位呈现出向软磁材料转变的趋势。而制得的磁性木材不同部位电磁波吸收性能按中心、边和角的顺序逐渐增强。铁盐浸渍6 d得到的3 mm厚磁性木材的角部位电磁波吸收能力最强,且对5.0 GHz波段的电磁波吸收性能满足吸波材料的要求。