海水環(huán)境下微生物誘導(dǎo)磷酸鹽沉淀加固鈣質(zhì)砂效果評(píng)價(jià)

董博文，劉士雨,b，高歆雨，王閏鎧

(華僑大學(xué) a.福建省隧道與城市地下空間工程技術(shù)研究中心；b.福建省智慧基礎(chǔ)設(shè)施與監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361021)

圖1 不同試驗(yàn)組的沉淀產(chǎn)量

在N、P、Mg的最佳比例下，進(jìn)行模擬海水環(huán)境下鈣質(zhì)砂加固試驗(yàn)。南海海水的平均鹽度為3.5%，因此，在處理溶液中添加0.6 mol/L的NaCl模擬海水鹽度，并與不添加NaCl的試驗(yàn)組對(duì)比分析。采用蠕動(dòng)泵在鈣質(zhì)砂砂柱中先注入55 mL(1.5 PV)的A液(巴氏芽孢桿菌菌液和NaCl、K2HPO4溶液)，再注入55 mL B液(MgCl2和NaCl、尿素溶液)，注漿速率為1 mL/min，靜置24 h，為一個(gè)輪次。每個(gè)試驗(yàn)組設(shè)置3個(gè)平行試樣，分別進(jìn)行3、4、5、6輪次的礦化處理。礦化完成后，經(jīng)過(guò)沖洗、烘干、拆模，得到膠結(jié)完好的砂柱(圖3(a))。砂柱表面幾乎全部覆蓋白色的MAP，顆粒之間的孔隙也都被MAP填補(bǔ)；對(duì)砂柱進(jìn)行UCS測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中砂柱內(nèi)出現(xiàn)上下貫通的裂縫，最終發(fā)生整體剪切破壞(圖3(b))。

圖2 試驗(yàn)組2-C礦化產(chǎn)物的XRD分析

圖3 砂柱UCS測(cè)試

模擬海水和去離子水環(huán)境下鈣質(zhì)砂柱的XRD分析結(jié)果表明，二者鈣質(zhì)砂砂柱中主要成分均為文石和礦化處理后新產(chǎn)生的MAP，沒(méi)有其他磷鎂沉淀副產(chǎn)物生成，處理后MAP的純度良好。

模擬海水環(huán)境下鈣質(zhì)砂柱的SEM(圖5)圖像顯示，大部分MAP為柱狀長(zhǎng)斜方晶型，與先前的研究結(jié)果吻合，但也出現(xiàn)了部分不規(guī)則的MAP晶體，說(shuō)明鹽度可能會(huì)改變MAP的晶體形狀。不同形狀的MAP填充了粒間孔隙，將鈣質(zhì)砂顆粒膠結(jié)成一個(gè)整體，這是鈣質(zhì)砂力學(xué)強(qiáng)度提高的直接原因。

圖5 模擬海水環(huán)境鈣質(zhì)砂砂柱的SEM圖像

模擬海水環(huán)境下MAP加固鈣質(zhì)砂效果良好，加固后鈣質(zhì)砂平均UCS值可達(dá)1.2 MPa，證明可以用微生物誘導(dǎo)鳥(niǎo)糞石礦化對(duì)南海鈣質(zhì)砂進(jìn)行加固處理。事實(shí)上，南海鳥(niǎo)糞石資源非常豐富，用鳥(niǎo)糞石加固鈣質(zhì)砂具有良好的環(huán)境相容性，未來(lái)在南海島礁建設(shè)中可以使用環(huán)保型鳥(niǎo)糞石作為生物礦化產(chǎn)物進(jìn)行鈣質(zhì)砂地基的加固處理。