不同形式生物液加固砂土試驗(yàn)及機(jī)理分析

田志鋒，唐小微，修志龍，薛志佳

(1.海岸與近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(大連理工大學(xué))，遼寧 大連 116024；2.大連理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116024； 3.長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，西安 710064)

微生物誘導(dǎo)碳酸鈣(microbially induced carbonate precipitation,MICP)是一種綠色環(huán)保的土體加固新技術(shù)，其原理為細(xì)菌自身代謝產(chǎn)生的酶分解尿素產(chǎn)生碳酸根，在適宜條件下與鈣離子反應(yīng)生成碳酸鈣，可填充孔隙，產(chǎn)生膠結(jié)等.現(xiàn)今，MICP已經(jīng)被越來(lái)越多地應(yīng)用于各工程領(lǐng)域，如提高砂土強(qiáng)度[1-5]、減輕砂土液化[6-7]、修復(fù)混凝土裂縫等[8-9].

巴氏球菌(Sporosarcinapasteurii)是一種具有高脲酶活性的尿素分解菌[10].近年來(lái)，關(guān)于巴氏球菌菌液提高砂土力學(xué)性能的研究取得了很大的成果.Dejong等[11]采用RF加固濕陷性松砂，結(jié)果表明，用RF處理松砂可有效提高其初始剪切剛度和極限剪切能力；Cheng等[5]使用RF研究不同環(huán)境條件下的MICP加固砂土效果，結(jié)果表明，經(jīng)RF加固的砂土抗剪強(qiáng)度可達(dá)2 MPa.還有部分學(xué)者在MICP應(yīng)用中采用US作為目標(biāo)生物液.如Qabany等[12]在研究膠結(jié)液濃度對(duì)砂土加固的影響時(shí)采用經(jīng)36 h培養(yǎng)的US作為目標(biāo)生物液，結(jié)果表明，用US處理的砂土滲透性降低20%；Dejong等[13]研究生物膠結(jié)砂的工程性質(zhì)時(shí)將培養(yǎng)24 h的US直接注入砂土中，經(jīng)US處理后，砂的抗剪強(qiáng)度高達(dá)3.45 MPa；程曉輝等[6]等利用US對(duì)微生物加固砂的動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行研究，證明了采用US處理砂柱可有效提高砂土的抗液化性能.如上所述，US和RF作為MICP目標(biāo)菌液應(yīng)用于工程均能產(chǎn)生良好的工程效果.但在大多數(shù)研究中對(duì)于生物液形式的選用卻是任意的，對(duì)于試驗(yàn)或工程應(yīng)用中US和RF的選擇沒(méi)有可以參考的依據(jù).且在生物加固地基的研究中，大多數(shù)研究關(guān)注的是砂土經(jīng)微生物加固后的力學(xué)性質(zhì)演化或力學(xué)性能的改善情況，很少關(guān)注生物液組成成分對(duì)砂土力學(xué)性質(zhì)的影響.然而生物液作為誘導(dǎo)碳酸鈣的關(guān)鍵成分，其組成成分對(duì)碳酸鈣的產(chǎn)量以及砂柱的加固效果有很大的影響.RF是經(jīng)過(guò)新鮮培養(yǎng)培養(yǎng)基重懸菌體制成的，相比US，RF中有更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，然而這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的添加對(duì)RF加固砂柱的效果是否有促進(jìn)作用更是鮮有報(bào)道.此外，制備RF需要用離心機(jī)離心US以及新鮮培養(yǎng)基重懸菌體，制備RF的花費(fèi)幾乎是US的兩倍，實(shí)際工程中選用生物液需要兼顧加固效果和經(jīng)濟(jì)性.很明顯，探究新鮮培養(yǎng)基的添加對(duì)MICP加固砂土的能力是否有促進(jìn)作用將會(huì)為MICP加固砂土中生物液的選用提供一定的依據(jù)，而深入研究不同生物液形式加固砂土的作用機(jī)理對(duì)MICP加固砂柱方案的優(yōu)化也是至關(guān)重要的.

本文通過(guò)系列試驗(yàn)探究了用新鮮培養(yǎng)基重懸菌體對(duì)菌液的尿素水解、MICP和砂土加固能力是否有促進(jìn)效果.由于經(jīng)生理鹽水重懸菌體而成的生物液(RS)中除菌體及生理鹽水不含其他物質(zhì)，且生理鹽水只起維持菌體存活的作用，選用RS代表US中的菌體以研究生物液各組分(菌體，SS)的脲酶活性、MICP能力及砂土加固作用機(jī)理，為MICP應(yīng)用于巖土工程時(shí)對(duì)生物液的選用提供指導(dǎo).

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 微生物

本文所用菌種為巴氏球菌(S.pasteurii，BNCC136654).培養(yǎng)基由20 g/L酪蛋白胨、5 g/L大豆蛋白胨、5 g/LNaCl和20 g/L尿素組成.細(xì)菌在30 ℃、180～200 r/min搖床中培養(yǎng)24 h后分成3份，其中一份不做任何處理(US)，剩余菌液經(jīng)10 000 r/min離心5 min后分離上清液(SS)及菌體沉淀，并分別用生理鹽水和新鮮培養(yǎng)基重懸，得RS和RF.US的OD600(菌液濃度)為5.72，由于RS和RF含有US的所有菌體，認(rèn)為三者菌量相等，SS中不含菌體.

1.1.2 反應(yīng)底物及砂

尿素分解試驗(yàn)中的反應(yīng)底物為0.5 mol/L尿素溶液；MICP試驗(yàn)中，為避免鈣離子不足，用0.5 mol/L Ca(NO3)2·6H2O及0.3 mol/L尿素作反應(yīng)底物；砂柱試驗(yàn)用0.5 mol/L Ca(NO3)2·6H2O及0.5 mol/L的尿素作反應(yīng)液.砂柱試驗(yàn)用砂為中國(guó)福建標(biāo)準(zhǔn)砂，具體參數(shù)如表1所示，級(jí)配曲線如圖1所示.

表1 砂土參數(shù)

圖1 砂土級(jí)配曲線

1.1.3 砂柱裝置

用有機(jī)玻璃筒(內(nèi)徑80 mm, 壁厚10 mm，高140 mm)作砂柱試驗(yàn)的試樣筒.試樣裝置上端開(kāi)口，下端封閉，下蓋的中心部位開(kāi)一孔并與硅膠軟管相連，以便注入液能從下口順利流出，并用一個(gè)收集器收集流出液.具體裝置見(jiàn)圖2.

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 脲酶活性試驗(yàn)

菌液在1.1所述的培養(yǎng)條件下于250 mL的搖瓶中進(jìn)行培養(yǎng)，每隔一定時(shí)間取3個(gè)搖瓶(3組平行試驗(yàn))于20 ℃環(huán)境中測(cè)定OD600，并制備US、RF、RS和SS.然后用電導(dǎo)率法[14]測(cè)各菌液的脲酶活性.

圖2 砂柱試驗(yàn)裝置示意

1.2.2 MICP試驗(yàn)

分別取4 mL各生物液與24 mL反應(yīng)液混合后靜置于30 ℃恒溫空氣培養(yǎng)箱中，反應(yīng)容器為一次性培養(yǎng)皿.定期取樣測(cè)尿素濃度及pH.試驗(yàn)結(jié)束后用蒸餾水沖洗沉淀2～3次，并置于60 ℃烘箱，24 h后稱重.碳酸鈣產(chǎn)量計(jì)算公式為

mc=mt-mm-ml.

(1)

式中：mc為生成碳酸鈣質(zhì)量，mt為烘干后總質(zhì)量，mm為培養(yǎng)皿質(zhì)量，ml為濾紙質(zhì)量.

1.2.3 砂柱試驗(yàn)

砂柱裝樣分3層進(jìn)行，每層均通過(guò)振動(dòng)密實(shí)至目標(biāo)高度并通水飽和.砂土干密度為1.883 g/cm3，菌液濃度為5.13(OD600).通過(guò)表面滲流方式注漿.將1.5倍孔隙體積的各生物液分別注入砂柱后停歇8 h，然后將2倍孔隙體積反應(yīng)液注入砂柱，并停歇4 h，共循環(huán)注入6次.注漿完成后將砂柱分成3份，采用直剪試驗(yàn)測(cè)定抗剪強(qiáng)度.直剪試驗(yàn)采用50 kPa上覆壓力，加載速率為2 mm/min.測(cè)量完成后用差量-酸洗法[14]測(cè)定碳酸鈣產(chǎn)量并用掃描電子顯微鏡(SEM)探究生物加固砂的微觀結(jié)構(gòu).

2 結(jié)果與討論

2.1 不同生長(zhǎng)階段菌液的脲酶活性

細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線如圖3所示.細(xì)菌在0～15 h處于增長(zhǎng)期，之后進(jìn)入穩(wěn)定期，菌量不再增加.不同生長(zhǎng)階段菌液的脲酶活性如圖4(a)所示，其中脲酶活性表示為溶液中單位時(shí)間(min)內(nèi)尿素濃度的降低量.所有菌液的脲酶活性均隨培養(yǎng)進(jìn)行而逐漸增大.培養(yǎng)15 h后，菌量不再增加，但脲酶活性仍繼續(xù)增加，表明盡管處于穩(wěn)定期，細(xì)菌仍有產(chǎn)脲酶的能力.穩(wěn)定期時(shí)RS脲酶活性的升高同樣證明了處于穩(wěn)定期的菌體仍可繼續(xù)產(chǎn)脲酶.此外，穩(wěn)定期時(shí)RS的脲酶活性小于RF，說(shuō)明新鮮培養(yǎng)基的添加能提高菌體的尿素分解能力.然而，如圖4(a)所示，初始階段US的脲酶活性低于RF，但當(dāng)培養(yǎng)時(shí)間超過(guò)12 h時(shí)US的脲酶活性反而大于RF.初步認(rèn)為，一方面培養(yǎng)初期，菌液濃度相對(duì)較低，新鮮培養(yǎng)基對(duì)菌體代謝有較大促進(jìn)作用，隨著細(xì)菌濃度的增加，新鮮培養(yǎng)基對(duì)菌體脲酶活性的促進(jìn)作用逐漸減弱.另一方面，SS的脲酶活性很低，但并不為零(圖4(a)所示)，說(shuō)明SS中含有一定量的脲酶.根據(jù)Kantzas等[15]的研究，脲酶屬于胞內(nèi)酶，但也會(huì)隨細(xì)胞的死亡裂解而釋放于體外.在制備RF時(shí)去除了SS，導(dǎo)致其損失了SS中的脲酶，該部分脲酶一定程度上抵消了新鮮培養(yǎng)基對(duì)菌體脲酶活性的促進(jìn)，最終導(dǎo)致穩(wěn)定期時(shí)US的脲酶活性大于RF.

圖3 巴氏球菌生長(zhǎng)曲線

由于RF、RS和SS均由US制備，其菌量相同，而SS也是來(lái)源于US，其中的游離脲酶為US中部分菌體裂解釋放所得，因此，本文中4種生物液的單位脲酶活性定義為單位菌量的脲酶活性，其中所有菌液類型均以US的OD600作為總菌量.圖4(b)表明，所有生物液的單位脲酶活性均先短暫增加后逐漸降低，在3 h時(shí)達(dá)到最大值.Zhao[16]在研究巴氏球菌脲酶活性時(shí)也發(fā)現(xiàn)，菌液在培養(yǎng)初期先達(dá)到最大脲酶活性之后逐漸降低.3 h時(shí)單位脲酶活性最大，但菌量極少，細(xì)菌的總脲酶活性反而較低.因此，實(shí)際工程中可采用具有較高脲酶活性的穩(wěn)定期菌液作為目標(biāo)生物液.

2.2 生物液誘導(dǎo)生成碳酸鈣沉淀能力

MICP試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.RF和RS的碳酸鈣產(chǎn)量均在6 h時(shí)基本達(dá)到穩(wěn)定，但RS略低于RF，表明新鮮培養(yǎng)基的添加增加了RF中的菌體誘導(dǎo)生成碳酸鈣的能力.由于RF中有新鮮培養(yǎng)基的添加，其菌體誘導(dǎo)碳酸鈣能力應(yīng)大于US，但如圖5所示，US誘導(dǎo)的碳酸鈣產(chǎn)量略高于RF，這主要是由于制備RF時(shí)SS的損失.對(duì)于RF，新鮮培養(yǎng)基對(duì)菌體的重懸增加了菌體誘導(dǎo)碳酸鈣的能力，但其制備時(shí)損失了SS中存在的脲酶及原有尿素分解物，導(dǎo)致其最終碳酸鈣產(chǎn)量反而比US少.

圖4 處于不同生長(zhǎng)時(shí)期的生物液的尿素分解能力

圖5 不同生物液類型誘導(dǎo)生成碳酸鈣沉淀產(chǎn)量

此外，US由RS中的菌體和SS兩部分組成，因此，對(duì)比了US的碳酸鈣產(chǎn)量與RS和SS的總碳酸鈣產(chǎn)量(圖5).結(jié)果表明，US的碳酸鈣產(chǎn)量略低于RS與SS碳酸鈣產(chǎn)量之和.US中存在部分菌體的裂解死亡，菌體數(shù)量減小，而RS中的生理鹽水維持細(xì)菌存活，其菌體數(shù)量相對(duì)US較多，提供了更多的成核位置，導(dǎo)致其碳酸鈣產(chǎn)量大于US.

碳酸鈣產(chǎn)率定義為碳酸鈣實(shí)際生成量與理論生成量比值，反映MICP的效率.碳酸鈣理論生成量按所有尿素完全分解且完全轉(zhuǎn)化計(jì)算.由于其溶解度非常小(25 ℃時(shí)，KP,calcite=3.098 8-9(mol-2·L-2))[17]，忽略碳酸鈣溶解對(duì)實(shí)測(cè)生成量的影響.碳酸鈣產(chǎn)率為

(2)

式中：ECaCO3(s)為碳酸鈣產(chǎn)率，mCaCO3(s)為實(shí)測(cè)生成量，mCaCO3(T)為理論生成量.

如圖6所示，RF、US、RS和SS誘導(dǎo)生成碳酸鈣的最高產(chǎn)率分別為93.1%、92.8%、63%、34%.其中RF碳酸鈣產(chǎn)率的計(jì)算基準(zhǔn)是尿素含量. RF去除了SS，即其理論生成量不含SS中尿素分解物對(duì)應(yīng)的碳酸鈣產(chǎn)量，因此，雖其碳酸鈣產(chǎn)量不如US，但產(chǎn)率略大于US.在MICP中，碳酸鈣產(chǎn)率不僅受尿素、碳酸根和鈣離子含量的限制，還受成核位點(diǎn)、pH等的影響.如圖7(a)所示，雖然各組的pH不斷波動(dòng)，但基本處于8.8～9.1，而該pH對(duì)巴氏球菌的活性基本無(wú)影響.Okwadha等[18]的MICP試驗(yàn)中pH基本穩(wěn)定在9左右，與細(xì)菌濃度無(wú)關(guān).而Stocks等[19]證明碳酸鈣在pH為8.3時(shí)開(kāi)始析出，在pH為9時(shí)基本完成.MICP過(guò)程中的尿素濃度(圖7(b))表明，所有生物液誘導(dǎo)碳酸鈣的產(chǎn)率均未達(dá)100%，主要是尿素水解不完全所致.在MICP過(guò)程中，微生物為碳酸鈣的形成提供成核位點(diǎn)，隨著碳酸鈣不斷形成，菌體逐漸被包裹，失去脲酶活性，最終限制了尿素水解和碳酸鈣生成[20].

圖6 不同生物液類型誘導(dǎo)生成碳酸鈣沉淀產(chǎn)率

MICP試驗(yàn)表明高濃度菌體誘導(dǎo)形成碳酸鈣的速度很快，在該實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)US和RF來(lái)說(shuō)，6 h即可達(dá)到90%以上的碳酸鈣產(chǎn)率.此外，生物誘導(dǎo)形成的碳酸鈣在6～60 h時(shí)基本沒(méi)有變化，表明碳酸鈣可長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài).

2.3 碳酸鈣形態(tài)分析

由圖8可以看出，不同形式生物液誘導(dǎo)生成的碳酸鈣形態(tài)之間有明顯差異.US誘導(dǎo)生成的碳酸鈣幾乎全部膠結(jié)于培養(yǎng)皿上，RF組的碳酸鈣部分則膠結(jié)于培養(yǎng)皿底板(箭頭A).RS雖含有大量的菌體，但其生成的碳酸鈣在培養(yǎng)皿上基本無(wú)膠結(jié)，而主要以絮凝狀形式(箭頭C所示)懸浮于溶液中.造成該差異的具體原因還有待研究，但可能與生理鹽水有關(guān).SS誘導(dǎo)生成的碳酸鈣主要為單顆粒，基本上自由懸浮于溶液中(D，E所示).值得注意的是，US誘導(dǎo)的碳酸鈣在培養(yǎng)皿上的完全膠結(jié)證明了其更強(qiáng)的膠結(jié)能力.而相比其他3種生物液，US誘導(dǎo)生成碳酸鈣更強(qiáng)的膠結(jié)能力，一定程度上提高了US加固砂柱效果.而RF誘導(dǎo)的碳酸鈣部分黏結(jié)于培養(yǎng)皿底板則反映了其相對(duì)較弱的膠結(jié)能力.

2.4 砂柱強(qiáng)度及碳酸鈣產(chǎn)量

砂柱試驗(yàn)研究了不同形式生物液加固砂土的效果.未加固砂及加固后各砂柱的抗剪強(qiáng)度如圖9所示.其中未加固砂的抗剪強(qiáng)度為17.2 kPa，相比未加固砂，所有經(jīng)生物液加固的砂柱的抗剪強(qiáng)度均有明顯的提高.剪切強(qiáng)度提高最高可達(dá)16.6倍(US最高剪切強(qiáng)度284.8 kPa)，最小的也提高了3.6倍(SS最低剪切強(qiáng)度61.3 kPa).經(jīng)US加固的砂柱除底部抗剪強(qiáng)度略低外，其頂部和中部的抗剪強(qiáng)度均高于其他3種生物液加固砂的抗剪強(qiáng)度.RF經(jīng)新鮮培養(yǎng)基重懸，增加了更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但其處理砂柱的強(qiáng)度反而略低.雖然不能達(dá)到含菌生物液(US、RS、RF)對(duì)砂柱的加固效果，SS加固砂的抗剪強(qiáng)度也明顯增加.此外，所有砂柱的抗剪強(qiáng)度均表現(xiàn)為上部最大，下部次之，中間最小.

砂柱中的碳酸鈣產(chǎn)量如圖10所示.碳酸鈣產(chǎn)量與砂柱抗剪強(qiáng)度具有相同的分布趨勢(shì)，同樣表現(xiàn)為US加固砂的碳酸鈣產(chǎn)量最大，RF次之，SS最小，且沿著注入方向碳酸鈣產(chǎn)量先減小后增加.在砂土中，碳酸鈣膠結(jié)于砂粒表面或沉積于砂粒間孔隙內(nèi)，在砂粒間產(chǎn)生嵌固及膠結(jié)作用，增加砂土的結(jié)構(gòu)性，提高其抗剪強(qiáng)度[3].根據(jù)Michael[4]與Cheng等[5]的結(jié)論，碳酸鈣產(chǎn)量和抗剪強(qiáng)度之間呈正相關(guān)，相同條件下，碳酸鈣產(chǎn)量越大，抗剪強(qiáng)度越大.根據(jù)Barkouki[21]的研究，碳酸鈣產(chǎn)量沿注入方向越來(lái)越少.由于本文試驗(yàn)采用表面滲透方式注漿，且砂柱底部有溶液緩沖盒，菌液易在其表面聚集并生成碳酸鈣，導(dǎo)致砂柱下部碳酸鈣產(chǎn)量及抗剪強(qiáng)度比中部大.

圖10 砂柱中碳酸鈣產(chǎn)量

圖11展示了不同生物液加固砂柱的強(qiáng)度與碳酸鈣產(chǎn)量之間的關(guān)系.可明顯得出無(wú)論何種生物液類型，砂柱的抗剪強(qiáng)度均隨著碳酸鈣產(chǎn)量的增加呈指數(shù)型增長(zhǎng).但對(duì)于不同生物液，相同碳酸鈣產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的砂土加固效果差別很大，即不同生物液在砂土中產(chǎn)生的有效膠結(jié)大不相同.微生物誘導(dǎo)碳酸鈣在土中有兩種存在形式，即包覆砂粒和填充孔隙.當(dāng)菌體存在時(shí)，菌體吸附于砂粒表面或砂粒接觸處，為碳酸鹽的產(chǎn)生和疊合提供成核位點(diǎn).在成核位點(diǎn)存在時(shí)，碳酸鈣主要在細(xì)菌周圍聚集，膠附于砂粒上或砂粒接觸處，因此，含菌體的生物液誘導(dǎo)生成的碳酸鈣多覆于砂粒表面，主要為膠結(jié)作用.如3.3節(jié)所述，SS誘導(dǎo)生成碳酸鈣沉淀主要是由于碳酸鈣的過(guò)飽和.對(duì)于SS，在沒(méi)有細(xì)菌提供成核位點(diǎn)情況下，生成的非生物碳酸鈣主要是填充孔隙，起到嵌合作用，膠結(jié)較少，因此，砂粒間有效膠結(jié)接觸也較少，相同碳酸鈣含量時(shí)，砂土抗剪強(qiáng)度相對(duì)較低.對(duì)于RF，基本不存在非生物碳酸鈣的生成，填充作用較少，在低碳酸鈣含量時(shí)，生成的碳酸鈣優(yōu)先包裹砂粒，因此，形成砂粒間有效膠結(jié)接觸需要更多的碳酸鈣.當(dāng)砂粒被包裹到一定程度，砂顆粒之間的嵌合和膠結(jié)越來(lái)越多，之后隨著碳酸鈣的增加，MICP引起的有效接觸增加越來(lái)越快，相同碳酸鈣產(chǎn)量下，其強(qiáng)度也更大.US不僅包含菌體，還含有SS，其在砂柱中生成的碳酸鈣既有主要用于膠結(jié)砂粒的生物碳酸鈣，也有主要用于填充孔隙的非生物碳酸鈣.當(dāng)碳酸鈣產(chǎn)量相同時(shí)，嵌合作用和膠結(jié)作用的同時(shí)存在使砂粒間產(chǎn)生更多的有效膠結(jié)接觸，導(dǎo)致更大的抗剪強(qiáng)度.

圖11 碳酸鈣產(chǎn)量與砂柱抗剪強(qiáng)度關(guān)系

圖12(a)和(b)分別顯示了US和RF的SEM圖，從中可清楚地看到，US加固砂中的碳酸鈣大量聚集在砂顆粒連接處，而RF加固砂中，砂顆粒連接處之間的碳酸鈣相對(duì)較少.相比RF，US中多了SS，且SS中無(wú)菌體，其中存在菌液培養(yǎng)時(shí)期尿素分解所產(chǎn)生的碳酸根以及部分脲酶，在鈣離子存在時(shí)，這部分碳酸根及部分脲酶分解尿素生成的碳酸根在無(wú)成核位置的情況下，最終導(dǎo)致US加固砂柱中分布于土顆粒間(空隙處)的碳酸鈣比RF多.

圖12 不同微生物加固砂的SEM圖

2.5 經(jīng)濟(jì)及工程適用性

如1.1節(jié)所述，RF是在US的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的處理，其首先要用離心機(jī)對(duì)US進(jìn)行離心，之后需要用與初始培養(yǎng)基等量的新鮮培養(yǎng)基對(duì)離心獲得的菌體進(jìn)行重懸.實(shí)際工程中，相比US，制備RF需要額外的離心設(shè)備以及兩倍的培養(yǎng)基量，因此，其制備成本也是RS兩倍之多.

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在本文的砂柱處理時(shí)長(zhǎng)下，原菌液(US)對(duì)砂柱的加固效果要優(yōu)于新鮮培養(yǎng)基重懸菌體(RF)的加固效果.需要指出的是，新鮮培養(yǎng)基對(duì)菌體的重懸一定程度上為細(xì)菌的存活性和再繁殖提供了更好的營(yíng)養(yǎng)條件，增加了菌液的長(zhǎng)期存活性.當(dāng)MICP應(yīng)用于強(qiáng)度要求更高、處理時(shí)間更長(zhǎng)的地基工程時(shí)，新鮮培養(yǎng)基對(duì)細(xì)菌作用時(shí)長(zhǎng)的延長(zhǎng)或許間接節(jié)省成本，提高工程效果，但還需要進(jìn)一步的研究.而對(duì)強(qiáng)度要求一般且需要快速加固的地基，采用US作為目標(biāo)菌液則更經(jīng)濟(jì)、高效.

3 結(jié) 論

1)用新鮮培養(yǎng)基對(duì)菌體重懸可促進(jìn)菌體的尿素分解能力，當(dāng)菌液濃度較低時(shí)(培養(yǎng)時(shí)間少于12 h)，菌體尿素分解能力的提高大于RF制備時(shí)由于去除SS引起的菌液尿素分解能力的削弱，導(dǎo)致RF的尿素分解能力大于US，當(dāng)菌液濃度較高時(shí)，US的尿素分解能力大于RF.

2)處于穩(wěn)定期的細(xì)菌仍有繼續(xù)產(chǎn)脲酶的能力.US分解尿素的能力來(lái)源于兩方面，即菌體內(nèi)脲酶和細(xì)胞裂解死亡釋放到體外的脲酶，其中菌體內(nèi)脲酶占大部分.

3)新鮮培養(yǎng)基的添加明顯提高了菌體的MICP能力，但SS的損失導(dǎo)致RF的MICP能力與US基本相同(RF和US誘導(dǎo)生成碳酸鈣的產(chǎn)率分別為93.1%和92.8%).此外碳酸鈣產(chǎn)量在6 h達(dá)到穩(wěn)定后，未隨時(shí)間增加逐漸減小，可長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài).

4)US加固的砂柱具有更高的抗剪強(qiáng)度及碳酸鈣產(chǎn)量，SS雖未含菌體，也可誘導(dǎo)生成碳酸鈣并具有加固砂土的能力.

5)同種形式生物液，砂柱的抗剪強(qiáng)度隨碳酸鈣產(chǎn)量的增加而增加；不同形式的生物液，相同碳酸鈣產(chǎn)量時(shí)，US的抗剪強(qiáng)度最大，主要是因?yàn)閁S 中SS和菌體的同時(shí)存在使砂柱中既產(chǎn)生主要起填充孔隙作用的非生物碳酸鈣，又產(chǎn)生主要起膠結(jié)作用、包裹砂粒的生物碳酸鈣，兩者共同作用導(dǎo)致了更有效的膠結(jié)接觸.