阅读说明：本技术 新型微生物矿化碳酸盐胶凝材料加固钙质砂土和沙漠沙的方法 (Method for reinforcing calcareous sandy soil and desert sand by using novel microorganism mineralized carbonate cementing material ) 是由 王军 於孝牛 符洪涛 王哲 王鹏 袁国辉 倪俊峰 高紫阳 叶强 杨克军 金锦强 于 2019-08-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种新型微生物矿化碳酸盐胶凝材料加固钙质砂土和沙漠沙的方法,包括消石灰或硝酸钙质量占比1、固碳菌质量占比2、泡沫二氧化碳质量占比1、钙质砂土和/或沙漠沙质量占比为10,混合反应形成生物碳酸盐水泥,待反应结束后凝固。(The invention discloses a method for reinforcing calcareous sandy soil and desert sand by using a novel microbial mineralized carbonate cementing material, which comprises the steps of mixing and reacting slaked lime or calcium nitrate in a mass ratio of 1, carbon fixing bacteria in a mass ratio of 2, foamed carbon dioxide in a mass ratio of 1 and calcareous sandy soil and/or desert sand in a mass ratio of 10 to form biological carbonate cement, and solidifying after the reaction is finished.)

新型微生物矿化碳酸盐胶凝材料加固钙质砂土和沙漠沙的 方法

技术领域

本发明涉及一种新型微生物矿化碳酸盐胶凝材料加固钙质砂土和沙漠沙的方法。

背景技术

水土防治中，沙尘防治和钙质砂土的加固一直都是非常重要的两点，现有的防治方法中有采用植树植草固化砂土的，但是这种方法时间周期太长，还有直接采用工业水泥加固钙质砂土的，但是这种方法形成的固化层有很明显的工业水泥痕迹，与周围环境很难融为一体，而且也会对周围环境造成污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够更加环保且快速地在钙质砂土和沙漠沙上形成凝固层的新型微生物矿化碳酸盐胶凝材料加固钙质砂土和沙漠沙的方法。

为此，本发明提供的新型微生物矿化碳酸盐胶凝材料加固钙质砂土和沙漠沙的方法，包括将消石灰或硝酸钙质量占比1、固碳菌质量占比2、泡沫二氧化碳质量占比1、钙质砂土和/或沙漠沙质量占比为10，混合反应形成生物碳酸盐水泥，待反应结束后凝固。

本发明的技术效果：本发明中消石灰或硝酸钙与水溶液接触形成氢氧化钙溶液或硝酸钙溶液，微生物的作用是将二氧化碳转化为碳酸根，与氢氧化钙溶液或硝酸钙溶液反应生成生物碳酸钙胶凝材料，将松散的固钙质砂土和沙漠沙固结并具有一定的力学性能，例如：采用本发明加固获得沙漠沙硬度测试为10，一般介于8-12，而钙质沙土的抗压强度可以达到2 兆帕，其硬度和抗压强度均达到较高等级，能够快速形成固化层，其固化效率更高，时间更短。本发明中主要采用细黄链霉菌等固碳菌固化，并反应形成生物碳酸盐水泥，因此其更加环保，而且固化后的表面颜色等痕迹与周围环境差别不大，尤其适用于景区和公园内山体的加固等。

附图说明

图1为钙质砂的粒径分布图。

图2为钙质砂的扫描电镜图。

图3为钙质砂的XRD图谱。

图4为土体的XRD图谱。

图5为钙质砂土采用生物固结形成砂土柱后的加固效果图。

图6为土体的扫描电镜图。

图7为钻管打设入土体中并通过泵送机构输送混合溶液的示意图。

图8为复合微生物碳酸盐胶凝材料的XRD图谱。

图9为复合微生物碳酸盐胶凝材料胶结钙质砂的XRD图谱。

图10为复合微生物碳酸盐胶凝材料胶结钙质砂的SEM图像。

具体实施方式

以下对本发明进行进一步详细说明，其中描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的新型微生物矿化碳酸盐胶凝材料加固钙质砂土和沙漠沙的方法，包括将消石灰或硝酸钙质量占比10％、固碳菌质量占比20％、泡沫二氧化碳质量占比10％、其余为钙质砂土和/或沙漠沙混合反应形成生物碳酸盐水泥，待反应结束后凝固。

实施例1：将硝酸钙质量占比1、细黄链霉菌质量占比2、泡沫二氧化碳质量占比1制成溶液喷洒在沙漠沙上，在沙漠沙表面反应形成生物碳酸盐水泥，待反应结束后凝固。钙质砂在经过上述处理后内部结构发生了如下表1变化。

表1钙质砂的物理性质

实施例2：将消石灰质量占比1、细黄链霉菌质量占比2、泡沫二氧化碳质量占比1、钙质砂土质量占比10拌和，拌和后反应形成生物碳酸盐水泥，待反应结束后凝固。参照图1-9所示，通过前后对比可以得出钙质砂土的各方面力学性能均得到较大幅度的提升。

为了进一步验证本发明提供的新型微生物矿化碳酸盐胶凝材料加固钙质砂土和沙漠沙的方法的技术效果，通过筛选，实验室保存了一种较好固碳能力的二氧化碳固化菌菌株，利用该菌株与脲酶菌协同矿化作用进行了实验研究。

在室温和自然条件下，100ml的二氧化碳固化菌溶液(含微生物约2g)中矿化不同含量的硝酸钙(0.5、1、1.5、2、2.5、3g)，结果显示，矿化实验时间为28天，通过原子吸收光谱测定反应前后钙离子浓度，与初始钙离子浓度对比，它们平均矿化率为92.53、0、0、0、 0、0％)，低浓度钙源矿化之后的pH为7左右，为环境友好性酸碱范围。用去离子水作为对照组结果显示，100ml的去离子水含0.5g的硝酸钙，实验时间为28天，通过原子吸收光谱测定反应前后钙离子浓度，与初始钙离子浓度对比，平均矿化率为0％且底部无沉淀物。说明所选的二氧化碳固化菌(细黄连霉球菌)可以将空气中二氧化碳固化，并进一步定性分析了沉淀物质，随即对样品进行了X射线衍射分析，结果如图8所示。结果显示，谱图在2θ＝29.3°、36.0°、39.4°、43.1°、47.4°、48.4°等位置附近出现特征衍射强峰。对照XRD卡片可知，沉淀物质为CaCO₃，并且属方解石晶型。说明在自然条件下细黄连霉球菌可以矿化低浓度钙离子。钙质砂的性质如表2所示。平均粒径为0.549mm。钙质砂的X射线衍射分析，如图2、3所示。结果显示，谱图与标准卡片对比显示，钙质砂的主要成分为文石型CaCO₃(PDF Card No.99-0013)。钙质砂的微观结构显示其表面为粗糙多孔结构(图10)。在二氧化碳固化菌、脲酶菌和尿素、钙源同时存在情况下，可以将钙质砂柱(50mm×100mm)胶结成一个整体，如图 9所示。当二氧化碳固化菌和脲酶菌的掺量为10、20、30、40、50和60％时，复合菌和钙源的质量比为2:1，胶结钙质的平均单轴抗压强度分别为0.73、1.76、3.67、1.91、1.86、1.57MPa。复合菌的最佳掺量为30％。对该钙质砂柱进行XRD分析结果显示，钙质砂柱中出现了方解石(PDF Card No.72-1937)和文石(PDF Card No.75-2230)矿物相，如图8所示。因此，复合微生物矿化生成的胶凝材料为方解石，其可以较好的把松散钙质砂颗粒胶结在一起(图 10)。

参照图10所示，为了更高效率低加固钙质砂土，本发明提供的新型微生物矿化碳酸盐胶凝材料加固钙质砂土的方法，包括将消石灰或硝酸钙质量占比10％、固碳菌质量占比20％、泡沫二氧化碳质量占比10％、其余为钙质砂土混合。上述方法中配置钻管1和螺旋搅拌杆2，螺旋搅拌杆2内带有混合液体输送通道，螺旋搅拌杆2下部侧面带有排液孔3，所述螺旋搅拌杆2上端与泵送机构4连接，泵送机构4的管道(采用软管)与混合液体输送通道导通；操作时，首先采用桩机6将钻管1钻入钙质砂土中；再将螺栓搅拌杆2安装在桩机6上，操控桩机6将螺旋搅拌杆2自所述钻管1上端螺旋搅拌逐渐进入钻管1底部，所述螺旋搅拌杆 2逐渐进入钻管1的同时所述泵送机构4向钻管1中输入所述混合溶液(混合溶液中消石灰或硝酸钙质量占比10％、固碳菌质量占比20％、泡沫二氧化碳质量占比10％)并静置24小时以上；然后向上提起所述钻管1；逐个在钙质砂土地面上循环进行操作，使钙质砂土地里密布钙质砂土固结后的砂土柱7，使钙质砂土得到加固。在本实施例中，螺旋搅拌杆2被约束在钻管1的范围内喷出混合液并进行搅拌，使混合液与钻管中的钙质砂土充分拌和，使钙质砂土均能够得到集中且充分的固化，形成的固化砂柱能够深入土体中，强化固化效果。