碳酸酐酶增强微生物矿化固土效果的试验研究

为了提升微生物固化砂土的效果,从自然界微生物主动参与碳循环、激发碳化现象中得到启发,利用碳酸酐酶(carbonic anhydrase,简称CA)能显著提高CO_(2)水合反应速率(提高108倍),促进脲酶(urease,简称UA)分解尿素生成的CO_(2)迅速水合形成大量CO_(3)^(2-)的特性,设计并进行了碳酸酐酶增强微生物矿化固化砂土试验,综合宏观物理力学试验和微细观检测,系统分析了碳酸酐酶对微生物固化砂土的增强效果及增强机制。结果表明:(1)碳酸酐酶能够显著提高砂土微生物加固过程中的胶结物产量,碳酸酐酶菌掺量在4%左右达到最佳,与常规微生物诱导碳酸盐沉淀(microbial-induced carbonate precipitation,简称MICP)相比,胶结物生成量提高了105.3%。(2)碳酸酐酶的掺入提高了固化体的抗压强度和抵抗变形能力,在0.25%~4.00%掺量范围内,固化土样的无侧限抗压强度随碳酸酐酶菌掺量的增加而增大。当掺量为4.00%时固化土样的强度达到1.915 MPa,为常规MICP固化试样强度的8.54倍。(3)碳酸酐酶没有改变MICP过程的产物,仍是方解石。但在添加了CA后,方解石的晶粒尺寸更大,六面体形状更规范,力学性能也更好。(4)在MICP过程中,脲酶和碳酸酐酶相互协同沉淀碳酸钙固化砂土。碳酸酐酶可以显著加速脲酶分解尿素生成的CO_(2)水合并形成HCO_(3-)和CO_(3)^(2-)的速率,为矿化物沉降提供更有利的条件。