碳酸酐酶,微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP),矿化,脲酶,水合反应,力学性能," /> 碳酸酐酶,微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP),矿化,脲酶,水合反应,力学性能,"/>
岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (9): 2554-2564.doi: 10.16285/j.rsm.2023.1594
刘鹏1,曹源兴1,程钰2,白云波3
LIU Peng1, CAO Yuan-xing1, CHENG Yu2, BAI Yun-bo3
摘要:
为了提升微生物固化砂土的效果,从自然界微生物主动参与碳循环、激发碳化现象中得到启发,利用碳酸酐酶(carbonic anhydrase,简称CA)能显著提高CO2水合反应速率(提高108倍),促进脲酶(urease,简称UA)分解尿素生成的CO2迅速水合形成大量的特性,设计并进行了碳酸酐酶增强微生物矿化固化砂土试验,综合宏观物理力学试验和微细观检测,系统分析了碳酸酐酶对微生物固化砂土的增强效果及增强机制。结果表明:(1)碳酸酐酶能够显著提高砂土微生物加固过程中的胶结物产量,碳酸酐酶菌掺量在4%左右达到最佳,与常规微生物诱导碳酸盐沉淀(microbial-induced carbonate precipitation,简称MICP)相比,胶结物生成量提高了105.3%。(2)碳酸酐酶的掺入提高了固化体的抗压强度和抵抗变形能力,在0.25%~4.00%掺量范围内,固化土样的无侧限抗压强度随碳酸酐酶菌掺量的增加而增大。当掺量为4.00%时固化土样的强度达到1.915 MPa,为常规MICP固化试样强度的8.54倍。(3)碳酸酐酶没有改变MICP过程的产物,仍是方解石。但在添加了CA后,方解石的晶粒尺寸更大,六面体形状更规范,力学性能也更好。(4)在MICP过程中,脲酶和碳酸酐酶相互协同沉淀碳酸钙固化砂土。碳酸酐酶可以显著加速脲酶分解尿素生成的CO2水合并形成HCO3-和CO32-的速率,为矿化物沉降提供更有利的条件。
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