一种纤维加筋微生物固化联合改善钙质砂力学性能的方法技术

本发明专利技术提供一种纤维加筋微生物固化联合改善钙质砂力学性能的方法，在模具底部装入粗砂砾作为隔流层，将纤维与钙质砂混合搅拌均匀，装填于试样模具中并夯实，然后重新取同样长度的单丝短切玄武岩纤维按照同样的比例与钙质砂混合，搅拌均匀，装填于试样模具中并夯实，重复多次直至装填完毕，铺上隔流层。将巴氏芽孢杆菌冻干粉，通过斜面活化培养、甘油管保存、扩大培养等工序得到菌液。向松散的纤维和砂的混合物中，用蠕动泵先从模具上端通入菌液后静置，待菌液完全渗出后，再从模具下端通入尿素和氯化钙的混合溶液，待混合溶液完全渗出后，静置2小时，反复固化。此方法提高了钙质砂的无侧限抗压强度和抗拉强度，解决了固化体脆性破坏等缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维加筋微生物固化联合改善钙质砂力学性能的方法
本专利技术属于岩土-生物-化学-交叉学科领域，特别涉及一种纤维加筋微生物固化联合改善钙质砂力学性能的方法。
技术介绍
钙质砂是一种特殊的岩土介质，广泛分布于我国南海岛礁之中，随着我国南海建设的大力发展，钙质砂的地基改善成为岛礁建设的重要一环。钙质砂是一种形状不规则、棱角多、质脆且含有内孔隙、易破碎、易胶结的特殊岩土材质，与普通陆源砂有较大区别。传统的地基处理通常采用强夯法、预压法、置换法和化学灌浆等方法，这些方法费用较高、能耗高，甚至产生环境污染。MICP技术是近年来岩土工程领域新兴的一种地基处理技术，具有节能、环保、对土体扰动小等优点。微生物固化技术主要是通过向特定的微生物提供营养物质和金属离子溶液等，利用微生物自身生命活动产生的脲酶，分解尿素生成碳酸根离子和氨根离子，其中碳酸根离子与金属离子结合生成碳酸盐，碳酸盐作用于砂土之间，使砂土形成一个具有一定强度的整体。微生物固化技术用于松散钙质砂固化方面也取得了许多成果，得到的钙质砂固化体强度达到数MPa；但是，钙质砂固化体在受到无侧限压缩荷载的条件下，固化体的延性较差，易出现脆性破坏。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种纤维加筋微生物固化联合改善钙质砂力学性能的方法，旨在解决现有微生物技术在固化处理钙质砂存在脆性破坏以及得到最佳的玄武岩纤维长度和含量，以此来改善钙质砂固化体的力学性能。本专利技术是这样实现的，一种纤维加筋微生物固化联合改善钙质砂力学性能的方法，纤维加筋微生物固化联合改善钙质砂力学性能的方法包括以下步骤：将一定长度的单丝短切玄武岩纤维按照一定含量掺入到钙质砂中，搅拌至纤维均匀分布，然后将纤维和砂的混合物填装于模具中，并且在需要固化的砂样两端装填隔流层；将巴氏芽孢杆菌冻干粉，通过活化培养、甘油管保存、扩大培养工序得到菌液，调节pH待用；向松散的纤维和砂的混合物中，用蠕动泵通入配置好的菌液，再注入尿素和氯化钙的混合溶液，设置为固化了一次，反复固化多次。进一步，该纤维加筋微生物固化联合改善钙质砂力学性能的方法具体为：取高度为165mm，直径为50mm的试样模具，将试验模具均匀切开成三瓣，然后用喉箍箍紧，并且在模具内部用三轴试验使用的乳胶膜套好，防止漏水。在其底部装填20mm厚的2-5mm的粗砂砾作为隔流层。将4-18mm长的单丝短切玄武岩纤维与钙质砂按照0.4％-1.2％(纤维占砂重量的百分比)的重量比混合，利用手工搅拌的方法，搅拌至纤维均匀分布，然后装填10mm后停止并夯实，之后重新取同样长度的单丝短切玄武岩纤维按照同样的比例与钙质砂混合，搅拌至纤维均匀分布，装填于试样模具中并夯实，重复10次直至装填完毕，再在纤维和砂的混合物(即需固化的砂样)上端装入20mm厚度的直径为2-5mm的粗砂砾作为隔流层。将巴氏芽孢杆菌冻干粉，通过斜面活化培养、甘油管保存、扩大培养等工序得到的菌液，调节pH至7.3，得到的菌液放入4℃的冰箱中保存，7d内使用。向松散的纤维和砂的混合物中，用蠕动泵先从模具上端通入100mL菌液后静置20min，待菌液完全渗出后，再从模具下端通入1M的尿素和氯化钙的混合溶液100mL，待混合溶液完全渗出后，静置2h，反复通2-3次设置为固化了一次，最终固化16次。所述巴氏芽孢杆菌冻干粉通过斜面活化培养方法为：先将冻干粉用去离子水溶解，然后接种在固体斜面培养基中，在30℃恒温培养箱中培养24h。甘油管保存的方法为：将在斜面上活化好的菌种，用接种环接种到液体培养基中，然后将液体培养基放在转速为130rmp/min，温度为30℃的恒温回旋振荡培养箱中培养24h，pH调节为7.3，最后用移液枪以1:1的比例将菌液注入到50％的甘油管中，放入-70℃的超低温冰箱中保存。扩大培养的方法为：将甘油管用水浴法水浴15min后，接种到液体培养基中，然后将液体培养基放在转速为130rmp/min，温度为30℃的恒温回旋振荡培养箱中培养24h，pH调节为7.3，得到的菌液放入4℃的冰箱中保存，7d内使用。培养基成分按浓度比为：胰蛋白胨15g/L，蛋白胨5g/L，氯化钠5g/L，尿素20g/L，蒸馏水1000g/L，用1mol/L的氢氧化钠溶液将培养基pH调至7.3。进一步，将菌液培养至吸光度OD600为1.205，用生理盐水配制成脲酶活性为1.5mmol/(L·min)。进一步，菌液的注入速度为5mL/min；1M的尿素和氯化钙混合溶液的注入速度为10mL/min。进一步地，所述玄武岩纤维的长度为8mm，含量为1％。本专利技术具有如下有益效果：利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术，在松散的钙质砂中掺入适当的纤维长度和纤维含量的玄武岩纤维，可以大幅度提高微生物固化体的无侧限抗压强度和抗拉强度，并且纤维是通过连接砂颗粒间的孔隙来加强MICP过程，同时，纤维的使用还增加了固化体的延性，降低了固化体的脆性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的玄武岩纤维改善微生物固化钙质砂方法力学性能的试验装置图。图2是试样经强度测试后，取破坏后样品的SEM扫描图片。图中A1和A2是不掺加纤维的样品SEM扫描照片，B是掺加纤维样品SEM扫描照片。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1实际应用中：将8mm长的单丝短切玄武岩纤维与钙质砂按照1％(纤维占砂重量的百分比)的重量比混合，例如，钙质砂质量m取27.6g，取纤维0.276g，混合物共27.876克，用搅拌机等搅拌至纤维均匀分布，然后装填10mm后停止并夯实，然后重新取8mm长的单丝短切玄武岩纤维按照1％的比例与钙质砂混合，搅拌至纤维均匀分布，装填10mm后停止并夯实，重复10次直至装填完毕。将巴氏芽孢杆菌冻干粉，通过斜面活化培养、甘油管保存、扩大培养等工序得到的菌液，调节pH至7.3，得到的菌液放入4℃的冰箱中保存，7d内使用。向松散的纤维和砂的混合物中，用蠕动泵先从上端通入菌液后静置20min，待菌液完全渗入后，再通入1M的尿素和氯化钙的混合溶液，待混合溶液完全渗入后，静置2h，反复通2-3次设置为固化了一次，最终固化16次。所述钙质砂的颗粒级配如下表1所示粒径/mm1～20.5～10.25～0.50.1～0.250.075～0.1<0.075含量/％12.4822.1636.0417.554.96.87所述巴氏芽孢杆菌冻干粉通过斜面活化培养方法为：先将冻干粉用去离子水溶解，然后接种在固体斜面培养基中，在30℃恒温培养箱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维加筋微生物固化联合改善钙质砂力学性能的方法，其特征在于，该纤维加筋微生物固化联合改善钙质砂力学性能的方法包括以下步骤：/n将一定长度的玄武岩纤维按照一定含量掺入到钙质砂中，搅拌至纤维均匀分布，然后将纤维和砂的混合物填装于模具中，并且在需要固化的砂样两端装填隔流层；/n将巴氏芽孢杆菌冻干粉，通过活化培养、甘油管保存、扩大培养工序得到菌液，调节pH待用；/n向松散的纤维和砂的混合物中，用蠕动泵通入配置好的菌液，再注入尿素和氯化钙的混合溶液，静置一段时间，设置为固化了一次，反复固化多次。/n

【技术特征摘要】
1.一种纤维加筋微生物固化联合改善钙质砂力学性能的方法，其特征在于，该纤维加筋微生物固化联合改善钙质砂力学性能的方法包括以下步骤：
将一定长度的玄武岩纤维按照一定含量掺入到钙质砂中，搅拌至纤维均匀分布，然后将纤维和砂的混合物填装于模具中，并且在需要固化的砂样两端装填隔流层；
将巴氏芽孢杆菌冻干粉，通过活化培养、甘油管保存、扩大培养工序得到菌液，调节pH待用；
向松散的纤维和砂的混合物中，用蠕动泵通入配置好的菌液，再注入尿素和氯化钙的混合溶液，静置一段时间，设置为固化了一次，反复固化多次。


2.如权利要求1所述的纤维加筋微生物固化联合改善钙质砂力学性能的方法，其特征在于，该纤维加筋微生物固化联合改善钙质砂力学性能的方法具体为:
在试样模具底部装入10-20mm厚度的直径为2-5mm的粗砂砾作为隔流层，将4-18mm长的单丝短切玄武岩纤维与钙质砂按照0.4％-1.2％的重量比混合，搅拌至纤维均匀分布，然后装填于试样模具中并夯实，然后重新取同样长度的单丝短切玄武岩纤维按照同样的比例与钙质砂混合，搅拌至纤维均匀分布，装填于试样模具中并夯实，重复多次直至装填完毕，再在纤维和砂的混合物上端装入10-20mm厚度的直径为2-5mm的粗砂砾作为隔流层；
将巴氏芽孢杆菌冻干粉，通过斜面活化培养、甘油管保存、扩大培养等工序得到的菌液，调节pH至7.0-7.5，得到的菌液放入冰箱中保存，7d内使用；
向松散的纤维和砂的混合物中，用蠕动泵先从模具上端通入菌液后静置，待菌液完全渗出后，再从模具下端通入的尿素和氯化钙的混合溶液，待混合溶液完全渗出后，静置一段时间，反复通2-3次设置为固化了一次，最终固化至少10次...

【专利技术属性】
技术研发人员：林胜强，雷学文，张彬，董欢，赵涵洋，刘特，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42