微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀（MICP）的技術(shù)應(yīng)用與研究

1、固化土體

目前，大部分地基加固技術(shù)是利用機(jī)械能或人造灌漿材料對(duì)土壤進(jìn)行物理化學(xué)處理，其中，化學(xué)灌漿技術(shù)是使用傳統(tǒng)的膠凝材料進(jìn)行加固，該方法可能導(dǎo)致地下水污染，土體性質(zhì)改變，對(duì)環(huán)境危害也比較大。然而，利用MICP技術(shù)能顯著提高土體的強(qiáng)度，降低滲透性，具有高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。

Canakcia[M]利用芽孢桿菌誘導(dǎo)處理當(dāng)?shù)馗缓袡C(jī)物的土壤，該有機(jī)土壤的抗壓強(qiáng)度相比對(duì)照組增加20%，提高了有機(jī)土的抗剪強(qiáng)度，降低了土壤的壓縮性。

2、改善土體力學(xué)性質(zhì)

由于MICP技術(shù)能在潮濕的環(huán)境中析出具有膠結(jié)性的物質(zhì)，因而可改變土體內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)及顆粒間的相互作用方式，進(jìn)而改變土體的一些力學(xué)性質(zhì)。

Zamani等研究發(fā)現(xiàn)固化后的砂柱剛度顯著提高是因?yàn)镸ICP技術(shù)將細(xì)顆粒膠結(jié)成團(tuán)粒，而團(tuán)粒又將粗顆粒的孔隙填充，這種現(xiàn)象優(yōu)化了顆粒間的荷載傳遞路徑，因此減小了整體應(yīng)變，增大了剛度。

3、抗液化

松散的飽和砂士在遭受地震波或振動(dòng)時(shí)，會(huì)使內(nèi)部的孔隙水壓力上升、有效應(yīng)力減小，使地基發(fā)生破壞，對(duì)上覆結(jié)構(gòu)和人員造成損傷。MICP技術(shù)可以改變可液化砂土的內(nèi)部形式，提高顆粒間的膠結(jié)性，降低內(nèi)部孔隙水壓力，起到抗液化的效果。

Xiao等研究了MICP對(duì)鈣質(zhì)砂的抗液化性能，通過(guò)循環(huán)三軸試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，MICP處理過(guò)后的鈣質(zhì)砂與清潔的鈣質(zhì)砂相比，內(nèi)部孔隙水壓力更加穩(wěn)定，并且壓縮變形顯著降低，可明顯改善鈣質(zhì)砂的液化潛力。

4、混凝土裂縫修復(fù)

對(duì)于混凝土裂縫修復(fù),有多種技術(shù)可供選擇。Webster 等曾對(duì)歷史建筑石材表面黑色硫酸鹽殼用MICP過(guò)程進(jìn)行清潔，對(duì)建筑石材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生影響。因此，利用MICP技術(shù)修復(fù)那些歷史悠久、表面經(jīng)歲月腐蝕的建筑物具有良好的應(yīng)用前景。

Achal對(duì)70.6mm的立方體砂漿的不同深度裂縫進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)深度可達(dá)27.2mm。利用微生物修復(fù)技術(shù)能夠?qū)⒘芽p進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)的深度和寬度有限且修復(fù)效果與生成的碳酸鈣含量是呈正相關(guān)的。

Jonkers等直接在水泥漿混合物中加入細(xì)菌孢子，細(xì)菌孢子能在水泥石中保持長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月的活性，細(xì)菌水泥石樣本比對(duì)照產(chǎn)生更多的裂縫堵塞礦物質(zhì)。在此基礎(chǔ)上Wiktor等探究混凝土的愈合能力,其中，混凝土的自身水化作用可以修復(fù)0.21mm的裂縫，細(xì)菌自修復(fù)混凝土則能愈合寬達(dá)0.47 mm的裂縫。隨著裂縫寬度的增加，修復(fù)效果越差，如果開(kāi)裂時(shí)間超過(guò)60d幾乎不能愈合。

5、抗?jié)B、封堵

MICP技術(shù)生成的碳酸鈣能夠?qū)⒐袒嚇拥目紫哆M(jìn)行填充，從而減小滲透性，達(dá)到了封堵的目的此外，固化過(guò)程中微生物會(huì)不斷地產(chǎn)生胞外聚合物，也會(huì)對(duì)滲透性有所影響。在工程中，提高土石壩的抗?jié)B能力，對(duì)污染區(qū)域的土體進(jìn)行有效的封堵和隔離，提高石油的采收率等等，都可利用MICP的封堵性能而得以實(shí)現(xiàn)。

Achal等采用巴氏芽孢桿菌進(jìn)行砂土固化試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)40%的方解石沉積在砂土中，導(dǎo)致了砂柱的孔隙率和滲透性的降低。

Gao等基于MICP技術(shù)對(duì)砂質(zhì)土進(jìn)行改良，以控制在砂質(zhì)土壤基礎(chǔ)上灌溉渠道和水庫(kù)的滲水問(wèn)題，結(jié)果表明砂士經(jīng)過(guò)生物處理后，表面形成10~20mm的硬殼，利用滲透儀進(jìn)行滲透測(cè)試發(fā)現(xiàn)其滲透性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未經(jīng)處理的土壤。

6、尾礦固化

當(dāng)前尾礦產(chǎn)量大，堆存量多，綜合利用率低；且尾礦庫(kù)中堆存的尾礦大多呈流塑態(tài)或沼澤態(tài)，存在很大風(fēng)險(xiǎn)；利用微生物固化尾礦技術(shù)能很好地緩解這一難題。