基于MICP改良黄河泥沙颗粒级配的试验研究

摘要

黄河中下游河床内大量沉积黄河泥沙,黄河泥沙存在细度模数小、颗粒级配不良、含泥量高等缺陷,限制了黄河泥沙应用。为改善黄河泥沙的质量和降低应用黄河泥沙带来的工程缺陷,基于泥沙特性和微生物诱导碳酸盐沉积(microbially induced carbonate precipitation,MICP)技术对黄河泥沙进行定量固化处理,通过筛分试验、扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、极差分析等方式,研究MICP技术改良黄河泥沙颗粒级配的效果。结果表明:经MICP技术处理后的沙样级配,在1至5 mm粒径区间的颗粒比重较第一次固化后的试样提高了45%,比初始沙样在同区间的颗粒比重提高70%,单位体积内的颗粒接触数变多,呈多颗粒簇拥形态;通过浸泡试验,试样中的粗颗粒及团聚体的分散程度仅为5%~10%;最优改良方案为1∶1的菌胶比、1.5 mol/L的胶结液浓度、2∶1的尿素和钙源比、钙源为CaCl_(2),其中胶结液浓度是改良颗粒级配的主要因素;矿化生成的CaCO_(3)结晶多呈方解石晶相,大量CaCO_(3)晶体叠合形成层理结构,沙粒间形成CaCO_(3)桥架并通过胶结作用吸附细小颗粒,进而增大泥沙的直径,达到改良黄河泥沙的目的。因此,MICP技术可以有效改良黄河泥沙粒度组分及结构,研究结果为改良黄河泥沙提供了新思路。