【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微生物矿化，具体涉及一种利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法。
技术介绍
1、近年来，使用微生物诱导碳酸钙沉淀(microbial induced carbonateprecipitation，简称micp)技术加固土体成为岩土工程领域的研究热点。micp技术是一种常用的微生物诱导矿化反应的过程，利用一些微生物通过代谢作用诱导产出碳酸钙晶体来胶结砂土颗粒，例如铜绿假单胞菌(pseudomonas aeruginosa)、巴氏芽孢杆菌(sporosarcina pasteurii)等。现如今micp技术被广泛应用于土体改良、混凝土裂缝修复、文物修复以及软弱岩石改性等方面，具有低碳、高效的优点，通过micp技术处理后的地基土具有更好的物理力学性能。
2、砂土类型地基具有强度低、渗透性高和易液化等特点，传统的砂土类型地基处理方法一般通过主要使用物理和化学方法进行加固，物理方法主要通过机械装置挤压土体提升承载力，如换填法、真空预压法、振冲密实法和强夯法等；化学方法主要通过以水泥为主的化学材料使土体胶结形成复合地基，如深层搅拌桩法、压密灌浆法和高压旋喷桩法等。这些方法都存在诸多不足，如成本高和环境污染大等缺点。而micp技术依靠自然界中已存在的微生物新陈代谢作用固化土体，这使得利用micp技术加固砂土地基具有很好的环境相容性，从而成为当下岩土工程领域的新型技术。但目前使用micp技术加固砂土类型土体存在一些难点，一方面是强度普遍较低；另一方面则是对外加钙源的钙离子利用率较低，造成了资源的浪费。这两方面导致了工程
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，使用本专利技术方法进行注浆加固砂土类型地基可以在相同处理方法下达到原有强度的3.8倍。经过四次加固后的土体性质由岩土性质转变为岩石性质，工程性质得到了提升。此外极大地提升了钙离子利用率，使钙离子利用率最大提升69.9％，减少了原材料的资源浪费。
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
3、一种利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，包括：在石英砂中掺入纳米碳酸钙，并以巴氏芽孢杆菌菌液、固定液和胶结液作为注浆材料，将原有松散砂土由岩土性质固化为岩石性质。
4、作为一种可能的实施方式，进一步，具体包括如下步骤：
5、1)以不同目数的石英砂作为骨料，按照比例进行混合得到基体材料；
6、2)向基体材料中加入水和纳米碳酸钙混合均匀，得到纳米碳酸钙-石英砂砂浆；
7、3)将纳米碳酸钙-石英砂砂浆分多次填充入模具中并振捣击实，得到砂浆试样；
8、4)分别将巴氏芽孢杆菌菌液、固定液和胶结液分多次注入到试样中，对试样进行注浆加固；
9、5)将注浆后的试样于常温条件下进行养护。
10、作为一种可能的实施方式，进一步，步骤1)中所述骨料由18～35目、35～60目与60～200目石英砂颗粒组成；其中，三种不同目数石英砂的质量比为25：7：3；所述基体材料的不均匀系数cu＝2.69，曲率系数cc＝1.35。
11、作为一种可能的实施方式，进一步，步骤2)中所述纳米碳酸钙-石英砂砂浆中水砂比为4～5％，纳米碳酸钙掺量为0～2.5％；所述纳米碳酸钙纯度为99.9％，有效粒径为40～100nm。
12、作为一种较优的实施方式，优选的，步骤2)中基体材料、水与纳米碳酸钙在搅拌锅中以200rpm/min搅拌3min。
13、作为一种可能的实施方式，进一步，步骤3)中以内径为50mm，高度为170mm的聚丙烯针筒作为模具，振捣击实后的砂浆试样最终高度为11～12cm，干密度范围在1.78～1.86g/cm3。
14、作为一种较优的实施方式，优选的，步骤3)中试样的材料用量为：18～35目石英砂300g、35～60目石英砂84g、60～200目石英砂36g，共420g；水20g；纳米碳酸钙0～10.5g。
15、作为一种可能的实施方式，进一步，步骤4)中分别将巴氏芽孢杆菌菌液、固定液和胶结液分四次注入到试样中，注浆速率为3ml/min，每次注浆间隔时间为12h；注浆顺序为巴氏芽孢杆菌菌液、固定液和胶结液。
16、作为一种可能的实施方式，进一步，步骤4)中所述巴氏芽孢杆菌菌液总用量为100ml，od值为3～3.5，酶活值为1.2～1.5ms/(cm·min)；
17、所述固定液为0.04～0.07mol/l氯化钙溶液，总用量为100ml；
18、所述胶结液为浓度为0.5～1mol/l的1：1尿素-氯化钙混合溶液，总用量为2l。
19、作为一种可能的实施方式，进一步，步骤5)中注浆完成后静置2～3天完成养护。
20、与现有技术相比较，本专利技术的有益效果如下：
21、1)本专利技术中所添加的纳米碳酸钙能够在一定程度上提升细菌的吸附效果，通过提升砂样的吸附性能将更多的巴氏芽孢杆菌留在试样内，使试样中的碳酸钙浓度快速达到过饱和浓度产生碳酸钙沉淀，从而提升了试样的细菌吸附能力。
22、2)本专利技术中额外添加的纳米碳酸钙能够大幅提升胶结液中钙离子利用率，纳米碳酸钙在试样内部起到了晶核作用，具有更低的界面能，使碳酸钙更容易发生沉淀，钙离子的利用率最大提升69.9％。该技术能够在一定程度减少工程建设成本，相比于现有技术具有经济优势。
23、3)本专利技术所使用的技术能够达到化学注浆类材料的加固效果，加固总时长为4天，加固完成即可得到强度为15～25mpa的试样，在7d时掺量为1％的试样可普遍达到25～30mpa。此外，与化学注浆类材料相比，本专利技术更为环保，所用原材料无毒、无污染，具有很好的环境相容性。
24、4)本专利技术相比于现有外掺纳米材料技术，能够获得更高的强度，最高能使试样强度提升277.75％，固化后的砂土试样无侧限抗压强度最高可达到29.2mpa，同时操作流程较为简单。
25、5)本专利技术中固化后的试样具有更高的碳酸钙含量，提升了试样的整体性能，具有较低的渗透性和较高的强度。与现有技术相比，能够将原有土体加固成更具有岩石性质的试样，且诱导生成的矿物为稳定的方解石，提升了各种自然环境作用下的耐久性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，其特征在于，在石英砂中掺入纳米碳酸钙，并以巴氏芽孢杆菌菌液、固定液和胶结液作为注浆材料，将原有松散砂土由岩土性质固化为岩石性质。
2.根据权利要求1所述的利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，其特征在于，步骤1)中所述骨料由18～35目、35～60目与60～200目石英砂颗粒组成；其中，三种不同目数石英砂的质量比为25：7：3；所述基体材料的不均匀系数Cu＝2.69，曲率系数Cc＝1.35。
4.根据权利要求1所述的利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，其特征在于，步骤2)中所述纳米碳酸钙-石英砂砂浆中水砂比为4～5％，纳米碳酸钙掺量为0～2.5％；所述纳米碳酸钙纯度为99.9％，有效粒径为40～100nm。
5.根据权利要求1所述的利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，其特征在于，步骤2)中基体材料、水与纳米碳酸钙在搅拌锅中以200rpm/min搅拌3min。
6.根据权
7.根据权利要求1所述的利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，其特征在于，步骤3)中试样的材料用量为：18～35目石英砂300g、35～60目石英砂84g、60～200目石英砂36g，共420g；水20g；纳米碳酸钙0～10.5g。
8.根据权利要求1所述的利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，其特征在于，步骤4)中分别将巴氏芽孢杆菌菌液、固定液和胶结液分四次注入到试样中，注浆速率为3mL/min，每次注浆间隔时间为12h；注浆顺序为巴氏芽孢杆菌菌液、固定液和胶结液。
9.根据权利要求1或8所述的利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，其特征在于，步骤4)中所述巴氏芽孢杆菌菌液总用量为100mL，OD值为3～3.5，酶活值为1.2～1.5ms/(cm·min)；
10.根据权利要求1所述的利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，其特征在于，步骤5)中注浆完成后静置2～3天完成养护。
...【技术特征摘要】
1.一种利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，其特征在于，在石英砂中掺入纳米碳酸钙，并以巴氏芽孢杆菌菌液、固定液和胶结液作为注浆材料，将原有松散砂土由岩土性质固化为岩石性质。
2.根据权利要求1所述的利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，其特征在于，步骤1)中所述骨料由18～35目、35～60目与60～200目石英砂颗粒组成；其中，三种不同目数石英砂的质量比为25：7：3；所述基体材料的不均匀系数cu＝2.69，曲率系数cc＝1.35。
4.根据权利要求1所述的利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，其特征在于，步骤2)中所述纳米碳酸钙-石英砂砂浆中水砂比为4～5％，纳米碳酸钙掺量为0～2.5％；所述纳米碳酸钙纯度为99.9％，有效粒径为40～100nm。
5.根据权利要求1所述的利用纳米碳酸钙制备高强微生物砂浆的方法，其特征在于，步骤2)中基体材料、水与纳米碳酸钙在搅拌锅中以200rpm/min搅拌3min。
6.根据权利要求1所述的利用纳米碳酸钙制备高强...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘先锋，林文彬，陈祥航，陈超锋，林宏鑫，赵瑞，
申请(专利权)人：福建理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。