不同制備工藝下微生物水泥固結(jié)不同砂質(zhì)效果分析

摘要：不同的松散顆粒和制備工藝均會(huì)影響微生物水泥的固結(jié)效果。為此，首先采用超景深顯微鏡分別對(duì)海砂、河砂、珊瑚砂進(jìn)行外觀形貌分析，同時(shí)研究3種顆粒對(duì)微生物吸附性的影響，然后分別對(duì)采用澆注工藝和拌合工藝制備的微生物水泥砂柱進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、方解石含量、滲透速度和微觀結(jié)構(gòu)分析。研究結(jié)果表明：珊瑚砂顆粒對(duì)微生物的吸附性最好，顆粒間的孔隙更易被碳酸鈣晶體填充密實(shí)；與海砂柱、河砂柱相比，采用澆注和拌合兩種制備工藝固結(jié)的珊瑚砂柱效果更好，抗壓強(qiáng)度分別為1.45 MPa和2.07 MPa，方解石含量分別為4.19%和0.99%，滲透速度降低為0；采用拌合工藝制備的微生物水泥基材料均勻性比采用澆注工藝制備的微生物水泥基材料更好，且操作更簡(jiǎn)便。

關(guān) 鍵 詞：微生物水泥； 珊瑚砂； 制備工藝； 抗壓強(qiáng)度； 微觀結(jié)構(gòu)

中圖法分類(lèi)號(hào)： TQ172.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.06.028

0 引 言

隨著中國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，加大對(duì)海洋資源的開(kāi)發(fā)利用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義［1］。南海珊瑚島礁廣泛分布［2］，島礁上蘊(yùn)含豐富的珊瑚砂主要由珊瑚碎屑組成，化學(xué)成分主要為碳酸鈣，為鈣質(zhì)砂土［3］。珊瑚砂的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)使之疏松多孔、質(zhì)脆易碎，同陸源砂相比有著完全不同的工程性質(zhì)［4］。若使用傳統(tǒng)的地基處理方法［5］如置換、排水固結(jié)、振密與擠密、灌入固化物等處理珊瑚砂，可能會(huì)遇到機(jī)械設(shè)備和原材料運(yùn)輸量大、能量消耗大、碳排放和環(huán)境污染等問(wèn)題［6］。

微生物水泥及其應(yīng)用技術(shù)是目前巖土工程領(lǐng)域里新興的一種能改善砂土性能的土壤改良材料和技術(shù)［7-8］。砂土具有良好的透水性，微生物可以在松散顆粒間孔隙內(nèi)發(fā)生礦化活動(dòng)，同時(shí)底物溶液也容易滲透在松散顆粒間的孔隙中與微生物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)［9］。微生物礦化誘導(dǎo)生成碳酸鈣晶體使松散砂土顆粒黏結(jié)成整體并能填充砂土的孔隙［10-13］，具有反應(yīng)過(guò)程穩(wěn)定可控、生成物黏結(jié)性強(qiáng)、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)［4，14-15］。

目前，廣大學(xué)者大多從顆粒級(jí)配、底物濃度以及外部環(huán)境等因素來(lái)探究微生物固結(jié)珊瑚砂的效果，并取得了大量成果。如Mahawish等［16］研究了生化處理次數(shù)、尿素用量、CaCO3沉淀量和初始相對(duì)密度等因素對(duì)微生物固結(jié)粗砂工程性質(zhì)的影響，證明了微生物水泥在提高粗砂強(qiáng)度和硬度等方面的有效性；Shahrokhi等［17］研究了顆粒級(jí)配、不同濃度的微生物溶液和尿素-氯化鈣溶液對(duì)微生物水泥固結(jié)石英砂的影響，研究發(fā)現(xiàn)采用濃度較低的微生物溶液產(chǎn)生的方解石晶體分布更均勻；李婕等［18］對(duì)不同顆粒級(jí)配的珊瑚砂試樣在相同條件下進(jìn)行了微生物固結(jié)試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)適中的孔隙比能保證砂顆粒對(duì)細(xì)菌的吸附性與滲透性達(dá)到最優(yōu)平衡；李昊等［19］通過(guò)設(shè)置不同尿素濃度的膠結(jié)液以及通過(guò)不同環(huán)境下獲得的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得出最優(yōu)尿素濃度且發(fā)現(xiàn)微生物水泥材料和技術(shù)能夠適用海洋環(huán)境，對(duì)鈣質(zhì)砂的加固效果比淡水環(huán)境更佳；陳適等［20］選取顆粒粒徑、脲酶活性、底物溶液濃度和配比4個(gè)主要影響因素，對(duì)珊瑚砂進(jìn)行了微生物固結(jié)正交試驗(yàn)，得到珊瑚砂微生物固結(jié)的最優(yōu)條件。綜上發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外目前關(guān)于松散顆粒本身性質(zhì)以及固結(jié)工藝對(duì)于微生物水泥固結(jié)砂土影響的研究還較少。

因此，本文對(duì)海砂、河砂、珊瑚砂3種不同種類(lèi)的砂土開(kāi)展?jié)沧⒐に?、拌合工藝兩種微生物固結(jié)工藝的室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)合松散砂粒本身的相關(guān)性質(zhì)以及固結(jié)土體的強(qiáng)度、滲透性、方解石含量和微觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)，深入分析砂土種類(lèi)和固結(jié)工藝對(duì)微生物水泥固結(jié)砂土效果的影響，以期進(jìn)一步推廣微生物水泥的應(yīng)用。

1 試驗(yàn)材料

（1） 微生物水泥。

本次試驗(yàn)采用光密度在 600 nm 波長(zhǎng)下吸光值為0.811的微生物。配制的微生物培養(yǎng)基為1 L去離子水中含有3 g牛肉膏和5 g胰蛋白胨。配制尿素和氯化鈣的混合溶液作為固結(jié)溶液，混合后兩者濃度均為1.5 mol/L。

（2） 骨料。

Rebatalanda［21］認(rèn)為顆粒粒徑為50～400 μm最有利于碳酸鈣在顆粒內(nèi)部沉積；談葉飛等［22］對(duì)4種不同粒徑砂柱進(jìn)行生物固結(jié)試驗(yàn)，結(jié)果表明，粒徑較大的砂柱內(nèi)部具有良好的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸送通道，但相對(duì)小粒徑砂柱而言，鈣質(zhì)沉積在大粒徑砂柱表面的分布較為凌亂，附著不均勻。因此，本文骨料采用粒徑為300～600 μm的海砂、河砂和珊瑚砂。

2 制備工藝

采用兩種固結(jié)工藝分別成型直徑3 cm、高6 cm左右的圓柱體砂柱。

（1） 澆注工藝固砂。采用50 mL塑料注射器作為試模，內(nèi)徑為3.0 cm，高為11.0 cm。裝入松散砂粒之前，首先在注射器底部放入0.1 cm高的紗布，然后放入砂顆粒，使砂粒高度達(dá)到6.0 cm，邊裝入邊輕輕拍打試管中部，盡可能使松散砂粒密實(shí)，最后在砂粒頂部放入0.1 cm 高的紗布。所有試驗(yàn)均在20±2 ℃下進(jìn)行。

具體固結(jié)程序如下：① 取20 mL菌液倒入燒杯中，使用蠕動(dòng)泵以1 mL/min的速度將菌液灌入試樣頂部，使菌液在試樣內(nèi)自上而下緩慢滲流，靜置24 h；② 取濃度均為1.5 mol/L的固結(jié)溶液20 mL倒入燒杯中，使用蠕動(dòng)泵以1 mL/min的速度將固結(jié)溶液灌入試樣頂部，使固結(jié)溶液在試樣內(nèi)自上而下緩慢滲流，靜置24 h；③ 重復(fù)上述步驟直至試樣幾乎不滲透后停止試驗(yàn)，將試樣放入40 ℃恒溫烘箱中養(yǎng)護(hù)3 d定型，再將試樣取出放入70 ℃恒溫烘箱中烘干4 d獲得砂柱。

（2） 拌合工藝固砂。采用PVC管作為試模，將PVC管從中間剪開(kāi)，用橡皮塞堵住底部并用膠帶固定橡皮塞和PVC管，防止液體從底部和側(cè)面滲漏，在PVC管底部放入0.1 cm高的紗布。

具體固結(jié)程序如下：將骨料、尿素、氯化鈣、菌液按照表1所列的配比在燒杯中混合均勻，靜置2 min，倒入PVC管中，輕輕振蕩使內(nèi)部盡可能均勻減少氣泡。

后續(xù)對(duì)上述固結(jié)成的海砂柱、河砂柱和珊瑚砂柱的抗壓強(qiáng)度、方解石含量、滲透性等性能進(jìn)行分析。

3 試驗(yàn)方法

本文涉及到的研究?jī)?nèi)容包括不同砂質(zhì)顆粒的外觀形貌以及微生物在不同砂質(zhì)顆粒中的吸附性，同時(shí)研究微生物水泥對(duì)不同砂質(zhì)顆粒固結(jié)后的力學(xué)性能、滲透性、CaCO3含量和微觀結(jié)構(gòu)的影響，具體試驗(yàn)方法如下。

（1） 外觀形貌。

采用超景深顯微鏡（VHX-600K，KEYENCE，Japan）對(duì)不同種類(lèi)松散顆粒進(jìn)行外觀形貌分析。

（2） 微生物的吸附性。

取體積相同、不同種類(lèi)的松散顆粒放于50 mL燒杯中，加入足量的蒸餾水靜置24 h后，將水過(guò)濾出來(lái)加入20 mL的菌液，并設(shè)置一只加菌液的空白對(duì)照組，靜置24 h后將微生物溶液濾出并加入蒸餾水補(bǔ)全4組溶液使其控制在20 mL，以便排除試樣和蒸發(fā)微生物溶液內(nèi)水的影響。采用超景深顯微鏡比較4組微生物溶液的濃度以測(cè)試不同松散顆粒對(duì)微生物吸附性的影響。

（3） 力學(xué)性能。

采用微機(jī)控制電液式壓力試驗(yàn)機(jī)（YAW-2000J）對(duì)微生物水泥砂柱進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，加載速率為1 mm/min。

（4） 滲透性。

采用澆注工藝固砂時(shí)每固化一次，取10 mL蒸餾水倒入燒杯中，將蒸餾水直接倒入試樣頂部，測(cè)量蒸餾水滲出試樣的時(shí)間，從而反映不同種類(lèi)砂柱的滲透性。

（5） CaCO3含量。

取破壞后的試樣磨成粉末放入烘箱中進(jìn)行風(fēng)干處理，采用Q600型同步熱分析儀對(duì)試樣進(jìn)行熱重分析，利用碳酸鈣分解的質(zhì)量損失計(jì)算CaCO3含量。

（6） 微觀結(jié)構(gòu)。

取破壞后的試樣磨成粉末烘干，隨后采用JEC-3000FC AUTO FINE COATER 全自動(dòng)離子濺射儀將試樣噴金處理，并利用JSM-7800F掃描電子顯微鏡對(duì)其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

4 結(jié)果與討論

4.1 不同松散顆粒對(duì)微生物吸附性的影響

不同松散顆粒的外觀形貌如圖1所示。從圖1中可以看出，相比海砂、河砂，珊瑚砂表面黏附更多的細(xì)小顆粒，使得珊瑚砂總體比表面積增大。本次試驗(yàn)使用的菌液初始活性基本保持一致，放入試樣后菌液濃度的變化如圖2所示，菌液濃度越低表明吸附在試樣中的細(xì)菌量越大。從圖2中可以看出，未加松散顆粒的菌液濃度為3.89×108 cfu/mL，而經(jīng)不同砂質(zhì)吸附后的菌液濃度不同，放入海砂、河砂、珊瑚砂后的菌液濃度分別為8.8×107，5.5×107，4.3×107 cfu/mL。其中加入珊瑚砂對(duì)細(xì)菌的吸附性最好，相比于原菌液濃度降低了88.95%。這是因?yàn)橄啾群Ｉ?、河砂，珊瑚砂顆粒表面黏附更多細(xì)小顆粒，內(nèi)部孔隙疏松，顆粒間接觸點(diǎn)更多，比表面積增大，更有利于細(xì)菌的吸附。

4.2 抗壓強(qiáng)度

利用不同制備工藝固結(jié)不同砂質(zhì)形成的砂柱抗壓強(qiáng)度結(jié)果如圖3所示。澆注工藝下，固結(jié)的海砂柱、河砂柱和珊瑚砂柱的抗壓強(qiáng)度分別為1.20，1.09，1.45 MPa；拌合工藝下，固結(jié)的海砂柱、河砂柱和珊瑚砂柱的抗壓強(qiáng)度分別為1.25，1.18，2.07 MPa。從圖3中可以看出，不管采用哪種工藝固結(jié)松散顆粒，其抗壓強(qiáng)度均為珊瑚砂柱最高，而河砂柱最低。這是因?yàn)樯汉魃邦w粒表面附著更多細(xì)小顆粒，吸附細(xì)菌的數(shù)量更多，從而固結(jié)效果更好，抗壓強(qiáng)度高。

另外，通過(guò)圖3可明顯看到，采用拌合工藝固結(jié)的砂柱其抗壓強(qiáng)度均高于采用澆注工藝固結(jié)的砂柱。這是因?yàn)樵诠探Y(jié)松散砂顆粒過(guò)程中，采用拌合工藝固結(jié)砂顆粒時(shí)，由于菌液與鈣源充分接觸，且與松散顆粒混合均勻，使得砂柱固結(jié)均勻。而采用澆注工藝固結(jié)砂顆粒時(shí)，由于菌液與固結(jié)溶液都從上端注入，注射器底端的微生物濃度和消耗尿素的量均降低，使得提供的CO32-離子少，從而導(dǎo)致底部的松散顆粒的固結(jié)效果較差。因此，采用拌合工藝固結(jié)的砂柱與采用澆注工藝固結(jié)的砂柱相比，前者內(nèi)部固結(jié)更均勻，進(jìn)而使得其抗壓強(qiáng)度高于后者。

4.3 方解石含量

圖4是微生物水泥固結(jié)不同砂質(zhì)試驗(yàn)組和對(duì)照組的熱重（TG）與微商熱重（DTG）曲線。由圖4分析可知，首先在200～300 ℃溫度范圍內(nèi)，TG曲線出現(xiàn)了第一個(gè)失重臺(tái)階，即尿素的分解過(guò)程，采用拌合工藝固結(jié)的試樣中尿素分解質(zhì)量平均損失達(dá)3.24%，而采用澆注工藝固結(jié)的試樣中尿素分解質(zhì)量平均損失僅為0.34%；DTG曲線在溫度300 ℃左右達(dá)到波峰，此時(shí)峰面積反映的是未反應(yīng)的尿素含量多少，采用微生物拌合工藝固結(jié)砂明顯高于采用微生物澆注工藝固結(jié)砂。由此可知，采用拌合工藝的尿素?fù)p失含量多于采用澆注工藝。當(dāng)溫度到達(dá)705～760 ℃時(shí)，TG曲線出現(xiàn)了第二個(gè)失重臺(tái)階，即碳酸鈣的分解過(guò)程，采用澆注工藝固結(jié)的試樣中碳酸鈣受熱分解質(zhì)量平均損失為3.52%，而采用拌合工藝固結(jié)試樣中碳酸鈣受熱分解質(zhì)量平均損失僅為0.42%；DTG曲線試驗(yàn)組分別在710 ℃和750 ℃左右形成波峰，由此可發(fā)現(xiàn)采用澆注方式固結(jié)試樣大于采用拌合方式固結(jié)試樣的峰面積，表明采用澆注方式固結(jié)試樣生成的碳酸鈣含量高于采用拌合方式固結(jié)試樣。綜上可以分析得出，尿素?fù)p失的含量均與碳酸鈣分解的含量分析結(jié)果相吻合，因此相比采用微生物拌合方式固結(jié)試樣，采用微生物澆注方式固結(jié)試樣更能充分利用細(xì)菌脲酶分解尿素產(chǎn)生二氧化碳，二氧化碳溶于溶液生成碳酸根，與鈣源結(jié)合生成碳酸鈣沉淀。

再由圖4（a）、（c）和（e）分析可知，當(dāng)溫度達(dá)到705～760 ℃時(shí)，采用澆注工藝固結(jié)珊瑚砂、海砂和河砂試樣中碳酸鈣受熱分解含量分別為4.19%，3.15%，3.23%，采用拌合工藝固結(jié)珊瑚砂、海砂和河砂試樣，碳酸鈣受熱分解含量分別為0.99%，0.15%，0.12%。可以發(fā)現(xiàn)利用微生物固結(jié)珊瑚砂顆粒的函數(shù)面積明顯大于另外兩種松散顆粒。因此在制備工藝相同的條件下，與微生物固結(jié)海砂、河砂相比，利用微生物固結(jié)珊瑚砂顆粒所生成碳酸鈣含量最高。這是由于珊瑚砂顆粒內(nèi)部孔隙疏松，吸附微生物的能力最優(yōu)，從而造成在試樣內(nèi)部分解尿素產(chǎn)生的碳酸根離子更多，進(jìn)而發(fā)生的礦化反應(yīng)最強(qiáng)，形成的碳酸鈣晶體最多，該結(jié)果與細(xì)菌吸附性和抗壓強(qiáng)度的分析結(jié)果相吻合。

4.4 滲透性

在試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)采用拌合工藝下固結(jié)的海砂柱、河砂柱和珊瑚砂柱幾乎沒(méi)有滲透。這是因?yàn)椴捎冒韬瞎に嚬探Y(jié)顆粒時(shí)，菌液與鈣源充分接觸，生成的碳酸鈣與松散顆?；旌暇鶆蚯姨顫M(mǎn)孔隙。

澆注工藝下固結(jié)過(guò)程中各試樣的滲透速度變化情況具有差異，如圖5所示。經(jīng)過(guò)9次固結(jié)后海砂柱的滲透速度從0.617 mL/s降低到0，河砂柱的滲透速度經(jīng)過(guò)10次固結(jié)后從0.498 mL/s降低到0，珊瑚砂柱的滲透速度經(jīng)過(guò)7次固結(jié)后從0.143 mL/s降低到0。隨著固結(jié)次數(shù)的增加，各試樣中的砂顆粒不同程度地被生成的碳酸鈣附著黏結(jié)，然而海砂和河砂試樣的滲透性從第一次固結(jié)開(kāi)始就比珊瑚砂質(zhì)更好，滲透速度降低幅度更大。對(duì)比前述不同砂質(zhì)對(duì)細(xì)菌吸附性的試驗(yàn)結(jié)果可知，海砂與河砂試樣滲透性良好，卻無(wú)法有效地吸附大量細(xì)菌，固結(jié)效果不佳；珊瑚砂顆粒表面黏附更多細(xì)小粒徑的砂顆粒，對(duì)細(xì)菌的吸附性更好，其內(nèi)部砂顆粒更容易被微生物固結(jié)生成的碳酸鈣黏結(jié)，從而滲透性相對(duì)較差。

4.5 微觀結(jié)構(gòu)

圖6～7為兩種制備工藝固結(jié)后試樣放大3 000倍的掃描電鏡照片。各試樣內(nèi)部生成的碳酸鈣外觀形貌基本一致，均為帶棱角的不規(guī)則矩形塊狀結(jié)晶，砂顆粒之間通過(guò)碳酸鈣產(chǎn)生黏結(jié)。不論哪種制備工藝，珊瑚砂顆粒表面與顆粒間碳酸鈣連續(xù)密集分布，整體結(jié)構(gòu)性好，強(qiáng)度高；而海砂、河砂試樣顆粒間碳酸鈣分布不均勻。澆注工藝下的試樣相比拌合工藝顆粒表面存在未被碳酸鈣附著的區(qū)域，顆粒間存在明顯孔隙，整體結(jié)構(gòu)性較差，強(qiáng)度不高。結(jié)合前述關(guān)于滲透速度的試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，珊瑚砂試樣結(jié)構(gòu)性好，滲透速度低，強(qiáng)度高；而海砂、河砂由于在固結(jié)過(guò)程中碳酸鈣更多的是附著在砂顆粒表面，顆粒間碳酸鈣黏結(jié)較少，因此滲透速度較高。在本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)條件下，珊瑚砂試樣由于顆粒間的接觸點(diǎn)更多、接觸面更廣，有利于微生物作為晶核的碳酸鈣結(jié)晶的產(chǎn)生，顆粒間的黏結(jié)較好。同樣，采用拌合工藝固結(jié)不同砂質(zhì)時(shí)，由于各部分松散顆粒與菌液和鈣源混合均勻，固結(jié)產(chǎn)生的碳酸鈣分布均勻緊密，使得顆粒間的黏結(jié)更好。

5 結(jié) 論

本文分析了海砂、河砂、珊瑚砂的外觀形貌及其對(duì)微生物吸附性的影響，并對(duì)澆注工藝和拌合工藝下固結(jié)的微生物水泥基材料抗壓強(qiáng)度、方解石含量、滲透速度和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

（1） 相比海砂、河砂，珊瑚砂顆粒間接觸點(diǎn)多，對(duì)細(xì)菌的吸附性最好，其吸附后的菌液相比于原菌液濃度降低了88.95%，且采用拌合和澆注兩種制備工藝固結(jié)的珊瑚砂柱，其抗壓強(qiáng)度、方解石含量、抗?jié)B性和均勻性均更好。

（2） 采用拌合工藝制備的微生物水泥基材料性能總體優(yōu)于采用澆注工藝制備的微生物水泥基材料。其中，盡管拌合工藝獲得的方解石含量相比澆注工藝較少，但因?yàn)榘韬瞎に嚳墒垢鞑糠炙缮㈩w粒與菌液和鈣源混合均勻，整體性更好，進(jìn)而使得固結(jié)后的砂柱抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性能表現(xiàn)更好。

參考文獻(xiàn)：

［1］李芳尚.維護(hù)海洋權(quán)益與海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略探析［J］.南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2015，17（3）：11-14.

［2］周勝男，施祺，周桂盈，等.南沙群島珊瑚礁礫洲地貌特征［J］.海洋科學(xué)，2019，43（6）：48-59.

［3］申春妮，方祥位，姚志華，等.珊瑚砂微生物固化體三軸壓縮聲發(fā)射試驗(yàn)研究［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2020，16（1）：134-140.

［4］孫宗勛.南沙群島珊瑚砂工程性質(zhì)研究［J］.熱帶海洋，2000（2）：1-8.

［5］劉松玉，周建，章定文，等.地基處理技術(shù)進(jìn)展［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2020，53（4）：93-110.

［6］崔明娟，鄭俊杰，章榮軍，等.化學(xué)處理方式對(duì)微生物固化砂土強(qiáng)度影響研究［J］.巖土力學(xué)，2015，36（增1）：392-396.

［7］DEJONG J T，F(xiàn)RITZGES M B，NSSLEIN K.Microbially induced cementation to control sand response to undrained shear［J］.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2006，132（11）：1381-1392.

［8］NEMATI M，GREENE E A，VOORDOUW G.Permeability profile modification using bacterially formed calcium carbonate：comparison with enzymic option［J］.Process Biochemistry，2005，40（2）：925-933.

［9］梁仕華，曾偉華，龔星，等.顆粒級(jí)配對(duì)微生物固化砂土力學(xué)性能的影響［J］.人民長(zhǎng)江，2020，51（2）：179-183.

［10］DEJONG J T，MORTENSEN B M，MARTINEZ B C，et al.Bio-mediated soil improvement［J］.Ecological Engineering，2010，36（2）：197-210.

［11］WHIFFIN V S，VAN PAASSEN L A，HARKES M P.Microbial carbonate precipitation as a soil improvement technique［J］.Geomicrobiology Journal，2007，24（5）：417-423.

［12］NEMATI M，VOORDOUW G.Modification of porous media permeability，using calcium carbonate produced enzymatically in situ［J］.Enzyme and Microbial Technology，2003，33（5）：635-642.

［13］MTAYER-LEVREL G，CASTANIER S，ORIAL G，et al.Applications of bacterial carbonatogenesis to the protection and regeneration of limestones in buildings and historic patrimony［J］.Sedimentary Geology，1999，126（1）：25-34.

［14］吳創(chuàng)周，楚劍，成亮，等.微生物注漿地基處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］.地基處理.2020，2（3）：181-186.

［15］EHRLICH H L.Microbes as geologic agents：Their role in mineral formation［J］.Geomicrobiology Journal，1999，16（2）：135-153.

［16］MAHAWISH A，BOUAZZA A，GATES W P.Improvement of coarse sand engineering properties by microbially induced calcite precipitation［J］.Geomicrobiology Journal，2018，35（10）：887-897.

［17］SHAHROKHI S R，ZOMORODIAN S，NIAZI A，et al.Improving sand with microbial-induced carbonate precipitation［J］.Ground Improvement，2015，168（3）：217-230.

［18］李捷，方祥位，申春妮，等.顆粒級(jí)配對(duì)珊瑚砂微生物固化影響研究［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2016，14（6）：7-12，43.

［19］李昊，唐朝生，劉博，等.模擬海水環(huán)境下MICP固化鈣質(zhì)砂的力學(xué)特性［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2020，42（10）：1931-1939.

［20］陳適，方祥位，劉漢龍，等.微生物珊瑚砂樁單樁復(fù)合地基承載特性研究［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2019，15（5）：1475-1481.

［21］REBATALANDA V.Microbial activity in sediments：Effects on soil behavior［D］.Atlanta：Georgia Institute of Technology，2007.

［22］談葉飛，謝興華，吳濤，等.砂土體微生物固結(jié)的微觀及力學(xué)特性研究［J］.人民黃河，2017，39（9）：112-116.

（編輯：胡旭東）

Effect analysis of using microbial cement to consolidate different sands under different preparation processes

AI Fengquan

（China Railway Construction and Bridge Engineering Bureau Group Construction and Assembly Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300300，China）

Abstract： Different loose particles and preparation processes will affect the consolidation effect of microbial cement.Therefore，in this paper，the appearance of sea sand，river sand and coral sand were analyzed by super depth of field microscope，and the influence of three particles on microbial adsorption were studied.The compressive strength，calcite content，penetration rate and micro structure of microbial cement consolidated sand columns prepared by pouring process and mixing process were analyzed respectively.The results showed that coral sand particles had the best microorganisms absorption，and the pores between particles were more easily filled with calcium carbonate crystals.Compared with sea sand column and river sand column，the consolidation effect of coral sand column was better under the two preparation processes of pouring and mixing，the compressive strength was 1.45 MPa and 2.07 MPa respectively，and the calcite content was 4.19% and 0.99% respectively，the infiltration rate was reduced to 0 after consolidation.The uniformity of microbial cement-based materials prepared by mixing process was better than that prepared by pouring process，and the operation was simpler.

Key words： microbial cement；sandy material；preparation process；compressive strength；microscopic structure

收稿日期：2022-07-25

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52178264）

作者簡(jiǎn)介：艾峰全，男，高級(jí)工程師，主要從事新型建材技術(shù)相關(guān)研究工作。E-mail：756475792@qq.com