Daldırma ile Mikrobiyal İndüklenen Kalsit Çökemi (MICP) ile Kumlu Toprak İyileşmesi
Summary
Burada mikrobiyal indüklenen kalsit çökeltisi (MICP) teknolojisi, toprak özelliklerini daldırma ile geliştirmek için sunulmaktadır.
Abstract
Bu makalenin amacı mikrobiyal kaynaklı kalsit çökeltme (MICP) tedavi örnekleri geliştirmek için bir daldırma yöntemi geliştirmektir. Toprak örneklerini çimentolama ortamına sokmak için bir toplu reaktör kuruldu. Çimentolama ortamı, enjekte edilen çimentolama ortamı yerine toplu reaktördeki toprak örneklerine serbestçe yayılabilir. Tam temas esnek kalıp, sert bir tam temas kalıp ve bir cored tuğla kalıp farklı toprak örnek tutucuları hazırlamak için kullanılmıştır. Sentetik lifler ve doğal lifler MICP ile işlenmiş toprak örneklerini güçlendirmek için seçilmiştir. MICP ile tedavi edilen numunelerin farklı alanlarında çökelmiş CaCO3 ölçüldü. CaCO3 dağılım sonuçları, çökelmiş CaCO3’ün daldırma yöntemi ile toprak numunesinde eşit olarak dağıtıldığını göstermiştir.
Introduction
Biyolojik bir zemin iyileştirme teknolojisi olarak, mikrobiyal indüklenen kalsit çökelti (MICP) toprağın mühendislik özelliklerini geliştirme yeteneğine sahiptir. Toprağın mukavemetini, sertliğini ve geçirgenliğini artırmak için kullanılmıştır. MICP tekniği dünya çapında toprak iyileştirme için çok dikkat kazanmıştır1,2,3,4. Karbonat çökeltisi doğal olarak gerçekleşir ve toprak ortamına özgü patojen olmayan organizmalar tarafından indüklenebilir5. MICP biyojeokimyasal reaksiyon üreolitik bakteri, üre ve kalsiyum açısından zengin bir çözelti varlığı ile tahrik edilir5,6. Sporosarcina pastöröri kalsit yağış doğru reaksiyon ağını katalizler son derece aktif üreaz enzimdir7,8. Üre hidroliz işlemi çözünmüş amonyum (NH4+) ve inorganik karbonat (CO32-)üretir. Karbonat iyonları kalsiyum karbonat kristalleri gibi çökeltmek için kalsiyum iyonları ile reaksiyona girerler. Üre hidroliz reaksiyonları burada gösterilmiştir:
Çökelmiş CaCO3, MICP ile işlenmiş toprağın mühendislik özelliklerini geliştirmek için kum parçacıklarını birbirine bağlayabilir. MICP tekniği, toprağın mukavemet ve sertliğinin iyileştirilmesi, beton onarımı ve çevresel iyileştirme9, 10,11,12gibi çeşitli uygulamalarda uygulanmıştır. 13.000 , 14.000 , 15. yıl.
Zhao ve ark.16 MICP ile tedavi edilen numuneleri hazırlamak için bir daldırma yöntemi geliştirdi. Bu yöntemde geotextile’den yapılmış tam kontak esnek kalıp kullanılmıştır. Çökelmiş CaCO3, MICP ile tedavi edilen numuneler boyunca eşit olarak dağıtılır. Bu ve ark.17, MICP ile işlenmiş ışın örneklerini daldırma yöntemiyle hazırlamak için sert bir tam kontak kalıbı geliştirdi. Bu yöntemle sert bir tam temas kalıbı kullanılarak hazırlanan MICP ile işlenmiş numune uygun ışın şeklini oluşturabilir. MICP ile tedavi edilen örnek dörde bölündü ve CaCO3 içeriği ölçüldü. CaCO3 içeriği ağırlık olarak %8,4 ± %1,5 ile %9,4 ± %1,2 arasında değişmekteydi ve bu da CaCO3’ün MICP ile tedavi edilen numunelerde daldırma yöntemiyle eşit olarak dağıtıldığını göstermiştir. Bu MICP ile işlenmiş numuneler de daha iyi mekanik özellikler elde etti. Bu MICP ile işlenmiş biyo-numuneler 950 kPa esneme mukavemetine ulaştı, bu da %20-25 çimento ile işlenmiş numunelere (600-1300 kPa) benzerdi. Li ve ark.10 kumlu toprağa rastgele dağıtılan ayrık lif ekledi ve MICP daldırma yöntemi ile toprak tedavi. Onlar kesme mukavemeti, süneklik ve MICP ile tedavi edilen toprağın başarısızlık zorlanma açıkça uygun lif ekleyerek geliştirilmiş bulundu.
MICP için daldırma yöntemi sürekligeliştirilmiştir 10,16,17. Bu yöntem, micp ile işlenmiş toprak numuneleri ve tuğla ve kirişler gibi MICP ile işlenmiş prefabrik yapı malzemelerinin hazırlanmasında kullanılabilir. Numune hazırlama kalıbının farklı geometri boyutları geliştirilmiştir. Lifler, özelliklerini geliştirmek için MICP ile tedavi edilen numunelere eklendi. Bu ayrıntılı protokol MICP tedavisi için daldırma yöntemlerini belgelemek amacıyla hazırlanmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Micp tekniği daldırma ile bu yazıda sunulmuştur. Toprak örnekleri, MICP işleminde çimentolama ortamı tarafından tamamen nüfuz etmek için toplu reaktöre daldırıldı. Bu yöntemde MICP ile tedavi edilen numunelerin hazırlanması için tam temas esnek kalıp, sert tam kontak kalıp ve korse tuğla kalıp uygulanmıştır.
Farklı kalıplar farklı geometri gereksinimleri için tasarlanabilir. Geotextile’in lifli yapısı kum ve çimentolama ortamı arasındaki temas alanını artı…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, 1531382 sayılı Ulusal Bilim Vakfı Hibesi ve MarTREC tarafından desteklenmiştir.
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).
