Amélioration du sol sablonneux par les précipitations de calcite induites par la microbienne (MICP) par immersion
Summary
Ici, la technologie des précipitations de calcite induites par la microbienne (MICP) est présentée pour améliorer les propriétés du sol par immersion.
Abstract
Le but de cet article est de développer une méthode d’immersion pour améliorer les précipitations de calcite induites par la microbienne (MICP) échantillons traités. Un réacteur par lots a été assemblé pour immerger des échantillons de sol dans des supports de cimentation. Le support de cimentation peut librement se diffuser dans les échantillons de sol dans le réacteur de lot au lieu du support de cimentation étant injecté. Un moule flexible de contact complet, un moule rigide de contact complet, et un moule de brique noyaulé ont été employés pour préparer différents supports d’échantillon de sol. Des fibres synthétiques et des fibres naturelles ont été sélectionnées pour renforcer les échantillons de sol traités par le MICP. Le CaCO3 précipité dans différentes zones des échantillons traités par le MICP a été mesuré. Les résultats de distribution de CaCO3 ont démontré que le CaCO3 précipité était distribué uniformément dans l’échantillon de sol par la méthode d’immersion.
Introduction
En tant que technologie biologique d’amélioration du sol, les précipitations de calcite induites par les microbiens (MICP) sont capables d’améliorer les propriétés techniques du sol. Il a été utilisé pour améliorer la force, la rigidité et la perméabilité du sol. La technique MICP a gagné beaucoup d’attention pour l’amélioration du sol dans le monde entier1,2,3,4. Les précipitations de carbonate se produisent naturellement et peuvent être induites par des organismes non pathogènes qui sont indigènes à l’environnement du sol5. La réaction biogéochimique MICP est entraînée par l’existence de bactéries uréolytiques, l’urée et une solution riche en calcium5,6. Sporosarcina pasteurii est une enzyme urease très active qui catalyse le réseau de réaction vers la précipitation de la calcite7,8. Le processus d’hydrolyse de l’urée produit de l’ammonium dissous (NH4)et du carbonate inorganique (CO32-). Les ions carbonateux réagissent avec les ions de calcium pour précipiter les cristaux de carbonate de calcium. Les réactions d’hydrolyse d’urée sont montrées ici :
Le CaCO3 précipité peut lier les particules de sable ensemble pour améliorer les propriétés d’ingénierie du sol traité par le MICP. La technique MICP a été appliquée dans diverses applications, telles que l’amélioration de la résistance et la rigidité du sol, la réparation du béton, et l’assainissement de l’environnement9,10,11,12, 13 (en) , 14 (en) , 15.
Zhao et coll.16 ont mis au point une méthode d’immersion pour préparer des échantillons traités par le MICP. Un moule flexible de contact complet fait de géotextile a été employé dans cette méthode. Le CaCO3 précipité a distribué uniformément dans leurs échantillons traités par le MICP. Bu et coll.17 ont mis au point un moule rigide à contact complet pour préparer des échantillons de faisceautraités par MICP par une méthode d’immersion. L’échantillon traité par LE MICP préparé par cette méthode à l’aide d’un moule rigide de contact complet peut former la forme de faisceau appropriée. L’échantillon traité par le MICP a été divisé en quatre et le contenu de CaCO3 a été mesuré. La teneur en CaCO3 variait de 8,4 à 1,5 % à 9,4 % et 1,2 % en poids, ce qui indique que le CaCO3 a été distribué uniformément dans les échantillons traités par le MICP selon la méthode d’immersion. Ces échantillons traités par le MICP ont également obtenu de meilleures propriétés mécaniques. Ces biospécimens traités par le MICP ont atteint une résistance de flexion de 950 kPa, qui était semblable à celle des échantillons traités au ciment de 20 à 25 % (600- 1300 kPa). Li et coll.10 ont ajouté des fibres discrètes distribuées au hasard dans le sol sablonneux et ont traité le sol par la méthode d’immersion du MICP. Ils ont constaté que la force de cisaillement, la ductilité, et la contrainte de défaillance du sol MICP-traité ont été augmentées évidemment par l’ajout de fibre appropriée.
La méthode d’immersion pour MICP a été continuellement améliorée10,16,17. Cette méthode peut être utilisée pour préparer des échantillons de sol traités par le MICP et des matériaux de construction préfabriqués traités par le MICP, comme des briques et des poutres. Différentes dimensions géométriques du moule de préparation d’échantillon ont été développées. Des fibres ont été ajoutées dans les échantillons traités par le MICP pour améliorer leurs propriétés. Ce protocole détaillé était destiné à documenter les méthodes d’immersion pour le traitement MICP.
Protocol
Representative Results
Discussion
La technique MICP par immersion a été présentée dans cet article. Des échantillons de sol ont été immergés dans le réacteur de lot pour être entièrement pénétrés par les supports de cimentation dans le processus MICP. Dans cette méthode, un moule flexible de contact complet, un moule rigide de contact complet, et un moule de brique noyauté ont été appliqués pour préparer des échantillons MICP-traités.
Différents moules peuvent être conçus pour différentes exigences de…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par la Subvention no 1531382 de la National Science Foundation et MarTREC.
Materials
| Ammonium Chloride, >99% | Bio-world | 40100196-3 (705033) | |
| Ammonium Sulfate | Bio-world | 30635330-3 | |
| Calcium Chloride Dihydrate, >99% | Bio-world | 40300016-3 (705111) | |
| Nutrient Broth | Bio-world | 30620056-3 | |
| Sodium Bicarbonate, >99% | Bio-world | 41900068-3 (705727) | |
| Sporosarcina pasteurii | American Type Culture Collection | ATCC 11859 | |
| Synthetic fiber | FIBERMESH | Fibermesh 150e3 | |
| Tris-Base, Biotechnology Grade, >99.7% | Bio-world | 42020309-2 (730205) | |
| Urea, USP Grade, >99% | Bio-world | 42100008-2 (705986) | |
| Yeast Extract | Bio-world | 30620096-3 (760095) |
References
- Cheng, L., Shahin, M. A., Mujah, D. Influence of key environmental conditions on microbially induced cementation for soil stabilization. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 143 (1), 04016083-04016091 (2016).
- Whiffin, V. S., van Paassen, L. A., Harkes, M. P. Microbial carbonate precipitation as a soil improvement technique. Geomicrobiology Journal. 24 (5), 417-423 (2007).
- van Paassen, L. A., Ghose, R., van der Linden, T. J., van der Star, W. R., van Loosdrecht, M. C. Quantifying biomediated ground improvement by ureolysis: large-scale biogrout experiment. Journal of Geotechnical And Geoenvironmental Engineering. 136 (12), 1721-1728 (2010).
- Montoya, B. M., DeJong, J. T. Stress-strain behavior of sands cemented by microbially induced calcite precipitation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 141 (6), 04015019 (2015).
- DeJong, J. T., Fritzges, M. B., Nüsslein, K. Microbially induced cementation to control sand response to undrained shear. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 132 (11), 1381-1392 (2006).
- Zhao, Q., et al. Factors affecting improvement of engineering properties of MICP-treated soil catalyzed by bacteria and urease. Journal of Materials in Civil Engineering. 26 (12), 04014094 (2014).
- Castanier, S., Le Métayer-Levrel, G., Perthuisot, J. P. Ca-carbonates precipitation and limestone genesis—the microbiogeologist point of view. Sedimentary Geology. 126 (1-4), 9-23 (1999).
- Burne, R. A., Chen, Y. Y. M. Bacterial ureases in infectious diseases. Microbes and Infection. 2 (5), 533-542 (2000).
- Bernardi, D., DeJong, J. T., Montoya, B. M., Martinez, B. C. Bio-bricks: biologically cemented sandstone bricks. Construction and Building Materials. 55, 462-469 (2014).
- Li, M., et al. Influence of fiber addition on mechanical properties of MICP-treated sand. Journal of Materials in Civil Engineering. 28 (4), 04015166 (2015).
- Achal, V., Kawasaki, S. Biogrout: a novel binding material for soil improvement and concrete repair. Frontiers in Microbiology. 7, 314 (2016).
- Al Qabany, A., Soga, K., Santamarina, C. Factors affecting efficiency of microbially induced calcite precipitation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 138 (8), 992-1001 (2011).
- Lin, H., Suleiman, M. T., Brown, D. G., Kavazanjian, E. Mechanical behavior of sands treated by microbially induced carbonate precipitation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 142 (2), 04015066 (2015).
- Lauchnor, E. G., Topp, D. M., Parker, A. E., Gerlach, R. Whole cell kinetics of ureolysis by sporosarcina pasteurii. Journal of Applied Microbiology. 118 (6), 1321-1332 (2015).
- Nafisi, A., Montoya, B. M. A new framework for identifying cementation level of MICP-treated sands. IFCEE. , (2018).
- Zhao, Q., Li, L., Li, C., Zhang, H., Amini, F. A full contact flexible mold for preparing samples based on microbial-induced calcite precipitation technology. Geotechnical Testing Journal. 37 (5), 917-921 (2014).
- Bu, C., et al. Development of a Rigid Full-Contact Mold for Preparing Biobeams through Microbial-Induced Calcite Precipitation. Geotechnical Testing Journal. 42 (3), 656-669 (2018).
- Li, M., Wen, K., Li, Y., Zhu, L. Impact of oxygen availability on microbially induced calcite precipitation (MICP) treatment. Geomicrobiology Journal. 35 (1), 15-22 (2018).
- Martinez, B. C., et al. Experimental optimization of microbial-induced carbonate precipitation for soil improvement. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 139 (4), 587-598 (2013).
