海水環境下微生物誘導磷酸鹽沉淀加固鈣質砂效果評價

董博文，劉士雨,b，高歆雨，王閏鎧

(華僑大學 a.福建省隧道與城市地下空間工程技術研究中心；b.福建省智慧基礎設施與監測重點實驗室，福建 廈門 361021)

圖1 不同試驗組的沉淀產量

在N、P、Mg的最佳比例下，進行模擬海水環境下鈣質砂加固試驗。南海海水的平均鹽度為3.5%，因此，在處理溶液中添加0.6 mol/L的NaCl模擬海水鹽度，并與不添加NaCl的試驗組對比分析。采用蠕動泵在鈣質砂砂柱中先注入55 mL(1.5 PV)的A液(巴氏芽孢桿菌菌液和NaCl、K2HPO4溶液)，再注入55 mL B液(MgCl2和NaCl、尿素溶液)，注漿速率為1 mL/min，靜置24 h，為一個輪次。每個試驗組設置3個平行試樣，分別進行3、4、5、6輪次的礦化處理。礦化完成后，經過沖洗、烘干、拆模，得到膠結完好的砂柱(圖3(a))。砂柱表面幾乎全部覆蓋白色的MAP，顆粒之間的孔隙也都被MAP填補；對砂柱進行UCS測試，測試過程中砂柱內出現上下貫通的裂縫，最終發生整體剪切破壞(圖3(b))。

圖2 試驗組2-C礦化產物的XRD分析

圖3 砂柱UCS測試

模擬海水和去離子水環境下鈣質砂柱的XRD分析結果表明，二者鈣質砂砂柱中主要成分均為文石和礦化處理后新產生的MAP，沒有其他磷鎂沉淀副產物生成，處理后MAP的純度良好。

模擬海水環境下鈣質砂柱的SEM(圖5)圖像顯示，大部分MAP為柱狀長斜方晶型，與先前的研究結果吻合，但也出現了部分不規則的MAP晶體，說明鹽度可能會改變MAP的晶體形狀。不同形狀的MAP填充了粒間孔隙，將鈣質砂顆粒膠結成一個整體，這是鈣質砂力學強度提高的直接原因。

圖5 模擬海水環境鈣質砂砂柱的SEM圖像

模擬海水環境下MAP加固鈣質砂效果良好，加固后鈣質砂平均UCS值可達1.2 MPa，證明可以用微生物誘導鳥糞石礦化對南海鈣質砂進行加固處理。事實上，南海鳥糞石資源非常豐富，用鳥糞石加固鈣質砂具有良好的環境相容性，未來在南海島礁建設中可以使用環保型鳥糞石作為生物礦化產物進行鈣質砂地基的加固處理。