一种微生物固化-纤维加筋联合改性砂土的方法技术

本发明专利技术公开了一种微生物固化‑纤维加筋联合改性砂土的方法，属于地质工程‑微生物交叉学科领域。包括以下步骤：1)将纤维材料加入至砂土中加水搅拌均匀，装入模具中，压实填满后静置晾干备用；2)将具有矿化作用的微生物菌液活化；3)将砂土浸没于活化好的菌液中；4)将处理后的砂土转移至养护装置中，灌入胶结液进行胶结固化。本发明专利技术将MICP技术与纤维加筋技术相结合对砂土进行改性处理，不仅使松散的砂土被固化成型强度得以提高，同时纤维的加入还能显著降低砂土固化体的脆性，提高其残余强度和韧性，从整体上改良了传统MICP固化砂土的工程性质，对进一步提高工程结构的安全性和稳定性具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种微生物固化-纤维加筋联合改性砂土的方法
本专利技术属于地质工程-微生物交叉学科领域，更具体地说，涉及一种微生物固化-纤维加筋联合改性砂土的方法。
技术介绍
随着经济的不断发展，基础设施建设成为拉动内需最重要的动力之一，基础设施建设的规模不断扩大，各类地质工程迎来了前所未有的机遇。在近十年里，微生物岩土技术聚焦于对岩土体物理、力学性质有影响的微生物，并加以控制和利用，用来解决地质工程中的问题。随着研究的不断深入，地质工程与微生物的交叉越来越紧密，也逐渐成为了一个热门课题，并取得了很大的进展。在微生物岩土技术里，研究最为广泛的方法是采用MicrobiallyInducedCarbonatePrecipitation(简称MICP)这一微生物成矿技术来进行砂土加固。MICP是自然界广泛存在的一种生物诱导矿化作用，利用某些特定的微生物，例如巴氏芽孢八叠球菌(Sporosarcinapasteurii)，在碱性环境中，它能将尿素水解生成CO32-与环境中存在的Ca2+结合，诱导生成碳酸钙，填充于土颗粒的空隙中以达到胶结土颗粒加固砂土的目的。传统的砂土加固方法很多，其中主要包括物理加固和化学胶结，其中物理加固方法主要包括排水、夯实以及框格、护面墙等一些防护加固措施；化学胶结方法主要为灌浆法，通过往土体中注入各种化学胶结浆液达到加固土体的目的。但这些传统加固措施存在工作量大，施工时间长、对周围环境影响大、人力物力耗费高等缺点。而MICP这一微生物诱导碳酸钙沉淀技术，机理相对简单，过程容易控制，环境耐受性好，它具有很多传统加固方法无法比拟的优势。因此将这一技术应用于砂土加固是十分具有前瞻性的。目前应用MICP技术加固砂土还处于室内研究阶段，研究显示利用该技术可以将砂土的强度提升至数百kPa甚至数MPa。但是随着利用微生物胶结砂土的强度逐渐提高，胶结体的脆性也越来越显著，破坏时强度瞬间减小到零，这对工程结构的安全性和稳定性极为不利。公开号为CN103880378A的现有技术公开了一种纤维增强淤泥固化剂，针对现有淤泥固化材料添加量大、力学性能较差、拉伸韧性及弯曲韧性较差的问题，通过采用添加0.1～1％纤维材料起增强效果，有效改善了淤泥固化土的抗压强度、劈拉强度和韧性以及抗冲击性能等综合力学性能。但其在提高淤泥韧性时，并不能直接向淤泥中添加纤维，而是需要先将纤维与组成为(以重量百分数计)：矿渣：10-30％；粉煤灰：15％-45％；水泥：10％-25％；石灰：20％-30％；激发剂0.5％-5％的固化材料混合，再加入到淤泥中发挥改善韧性的作用。公开号为CN105155510A的现有技术公开了一种在超软地基表面进行的微生物固化结壳方法及配套装置，该方法包括：1)在超软地基表面铺设具备承载力的临时作业平台，并在临时作业平台上铺设中粗砂加筋垫层；2)在中粗砂加筋垫层表面布置微生物灌浆喷淋系统；3)通过微生物灌浆喷淋系统在中粗砂加筋垫层表面先喷淋纯细菌液，之后立刻喷淋掺有盐溶液的混合菌液，菌液喷淋完毕后静置6-8小时；4)通过微生物灌浆喷淋系统在中粗砂加筋垫层表面喷淋胶结液，将中粗砂加筋垫层固化结壳形成硬壳层。其中铺设的中粗砂加筋垫层为高强度土工格栅，通过微生物固化作用将中粗砂和筋材固化成一整体，可进一步提高硬壳层的抗剪强度及整体性。尽管采用刚性的土工格栅作为筋材在一定程度上提高了硬壳层的整体强度，但是从局部来看MICP加固后砂土的脆性仍然没有得到改善，在土工格栅空隙处硬壳层仍可能呈现出脆性破坏的特征。因此，如何在提高砂强度的同时减弱MICP固化体的脆性，目前尚未见有效的技术方法。
技术实现思路
1、要解决的问题针对现有技术中伴随MICP固化技术的难以兼顾基体韧性与整体强度的技术问题，本专利技术提供一种微生物固化-纤维加筋联合改性砂土的方法。2、技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种微生物固化-纤维加筋联合改性砂土的方法，包括采用纤维材料加入砂土中后再进行微生物固化的步骤。优选地，所述纤维材料为玄武岩纤维、碳纤维或钢纤维。玄武岩纤维、碳纤维和钢纤维均为生物兼容性好的纤维材料，微生物菌体更易在其上定植，诱导碳酸钙沉积，碳酸钙围绕菌体表面生长，使玄武岩纤维、碳纤维和钢纤维与砂颗粒之间以碳酸钙为连接物更好地胶结起来，可以显著改善砂土力学性质。优选地，所述方法包括以下步骤：1)将纤维材料加入至砂土中加水搅拌均匀，分层装入模具中，压实填满后静置晾干后备用；2)将具有矿化作用的微生物菌液活化；3)将步骤1)得到的砂土浸没于步骤2)所述的菌液中；4)将步骤3)处理后的砂土转移至水浴加热的恒温养护装置中(养护装置主要由两个一大一小的塑料箱所组成，大箱子里面装有水并且放置有加热装置以保持恒温水浴，小箱子中放置样品和胶结液，该养护装置起到一个保持恒温环境的作用)，灌入胶结液进行胶结固化。优选地，步骤1)中所述纤维材料的长度为8～24mm。优选地，步骤1)采用的砂土粒径范围为0.1～1mm，石英含量为90％。优选地，步骤1)中所述纤维材料为玄武岩纤维时掺量质量百分比为0.75～1.2％。纤维材料在砂土中会占据颗粒之间的孔隙，影响砂土颗粒之间碳酸钙的形成，纤维掺量过少，强度及韧性提高效果不显著，掺量过多易发生团聚难以混合均匀。优选地，步骤1)中所述纤维材料为碳纤维时掺量质量百分比为0.2～0.8％。优选地，步骤1)中所述纤维材料为钢纤维时掺量质量百分比为0.4～3.2％。优选地，所述胶结固化以7天为一个周期，待一个周期的胶结结束后，将养护装置中的废液排出，将砂土重复步骤3)和步骤4)，进行下一周期的胶结固化。一般情况下，两轮胶结固化过后试样胶结固化完成。优选地，在下一周期胶结固化前需将上一周期胶结完成后的砂土全部倒置。以防止砂土在处理过程中出现上下胶结不均衡的问题。优选地，步骤1)中所述压实具体操作为，在填砂过程中将砂土分层加入，每填入2.5cm厚砂土进行一次压实操作。优选地，步骤2)所述微生物细菌为巴氏芽孢八叠球菌，编号为ATCC11859。优选地，采用ATCC1376NH4-YE微生物培养基对巴氏芽孢八叠球菌活化24h。优选地，所述微生物培养基配方为酵母提取物20g/L，硫酸铵10g/L，0.13molTris-Buffer15.7g/L。优选地，将配置好的培养基放入灭菌锅中于121℃下进行高温高压灭菌20min，待冷却后在超净台中进行细菌接种，接种量为2％(V/V)。优选地，所述将接种后的菌液置于30℃恒温、转速120rmp/min的摇床中活化。优选地，活化后，使用分光光度计和电导率仪对细菌的细胞数量以及细菌所产生的脲酶的活性进行检测，其中在分光光度计检测过程中，波长设置为600nm；其中电导率仪检测脲酶活性具体方法为：取5mL培养24h后的菌液，加入45mL1.6mol/L的尿素溶液混合，在室温条件下，利用电导率仪检测时长5min内的电导率变化，推算出单位时间内脲酶水解的尿素量，并使用单位分钟脲酶水解的尿素量表示脲酶活性。优选地，步骤3)所述砂土浸没于菌液中的时间为30min，确保细菌有足够时间定值于孔隙和砂土颗粒表面。优选地，步骤4)所述胶结液配方为：尿素30.0g/L，氯化钙55.5g/L，营养肉汤(蛋白胨：10g/L；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微生物固化‑纤维加筋联合改性砂土的方法，其特征在于，包括采用纤维材料加入砂土中后再进行微生物固化的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种微生物固化-纤维加筋联合改性砂土的方法，其特征在于，包括采用纤维材料加入砂土中后再进行微生物固化的步骤。2.根据权利要求1所述的微生物固化-纤维加筋联合改性砂土的方法，其特征在于，所述纤维材料为玄武岩纤维、碳纤维或钢纤维。3.根据权利要求1或2所述的微生物固化-纤维加筋联合改性砂土的方法，其特征在于，方法包括以下步骤：1)将纤维材料加入至砂土中加水搅拌均匀，分层装入模具当中，压实填满后静置晾干备用；2)将具有矿化作用的微生物菌液活化；3)将步骤1)得到的砂土浸没于步骤2)所述的菌液中；4)将步骤3)处理后的砂土转移至水浴加热的恒温养护装置中，灌入胶结液进行胶结固化。4.根据权利要求3所述的微生物固化-纤维加筋联合改性砂土的方法，其特征在于，步骤1)中所述纤维材料为玄武岩纤维时掺量质量百分比为0.75～1.2％。5.根据权利要求3所述的微生物固化-纤维加筋联合改性砂土的方法，其特征在于，步骤1)中所述纤维材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐朝生，吕超，谢约翰，尹黎阳，刘博，李昊，施斌，蒋宁俊，
申请(专利权)人：南京大学苏州高新技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32