李忠恕　李霖

摘 要：MICP微生物誘導碳酸鈣沉積技術是一種在土木工程領域具有潛在的、廣泛的應用前景和顯著工程技術價值的新技術，可應用在液化砂土加固、軟弱路基加固、隧道定向加固、磚石古建裂縫和表面修復以及土壤重金屬固定等方面中。本文將從環(huán)境溫度，PH值，膠結液濃度，砂土顆粒粒徑等多種無機因素出發(fā)，結合相關實驗依次綜述。

關鍵詞：MICP；巴氏芽孢桿菌；外界無機影響因素

MICP微生物誘導碳酸鈣沉積技術是一種在土木工程領域具有潛在的、廣泛的應用前景和顯著工程技術價值的新技術，可應用在液化砂土加固、軟弱路基加固、隧道定向加固、磚石古建裂縫和表面修復以及土壤重金屬固定等方面中。當前在國內(nèi)外MICP領域應用較廣泛，文獻記錄較豐富的菌種為巴氏芽孢桿菌，巴氏芽孢桿菌（Sporosarcina pasteurii）在新陳代謝過程中會產(chǎn)生一種脲酶，該酶可以將尿素分解，形成銨根離子和碳酸根離子。碳酸根離子與溶液中游離的鈣離子結合產(chǎn)生碳酸鈣沉淀，以晶體的形態(tài)逐漸累積，填充砂土的縫隙并起到膠結作用，提升土體強度。

MICP固化砂土技術相較于傳統(tǒng)的化學固化技術在注漿過程中對周圍環(huán)境影響極小，這在當今注重環(huán)境保護，主張綠色工業(yè)的大趨勢下，擁有很大的利用價值。但與此同時，我們也應該注意到，MICP固化砂土技術的主角：巴氏芽孢桿菌雖然對生存環(huán)境的要求較寬泛，但作為生物，其在MICP固化砂土的過程中仍易受到多種復雜環(huán)境因素的影響，導致其作用效率的降低。本文的目的就是綜述不同環(huán)境因素對MICP實驗結果的影響，由于MICP作為一個新的概念，國內(nèi)尚缺少相關的工程實例可以借鑒，所以本文主要是圍繞實驗室中對MICP的相關實驗結果所作出的綜述。

可以對MICP過程造成影響的因素眾多，AL QABANY A等和OKWADHA G D O等發(fā)現(xiàn)不同的細菌濃度，膠結液濃度，環(huán)境PH、都會對直接參與碳酸鈣生成過程的脲酶的活性產(chǎn)生影響，進而影響沉積碳酸鈣的質(zhì)量. 沈吉云和趙茜通過實驗研究發(fā)現(xiàn)細菌脲酶活性。尿素濃度，鈣離子濃度和環(huán)境PH對MICP過程有明顯影響。本文將從環(huán)境溫度，PH值，膠結液濃度，砂土顆粒粒徑等多種無機因素出發(fā)，結合相關實驗依次綜述。

一、環(huán)境溫度

溫度是影響微生物生長繁殖的重要因素之一。在適宜的溫度范圍內(nèi)，溫度升高有利于微生物的新陳代謝作用，進而促進其生長繁殖；超出了這個范圍，較高或者較低的溫度都會對微生物產(chǎn)生不利影響。而整個MICP過程依賴碳酸鈣結構的生成，而直接參與碳酸鈣生成過程的脲酶數(shù)量是與巴氏芽孢桿菌是否能健康地生長繁殖是密切相關的，山東建筑大學的趙茜等研究了保存時間對細菌脲酶活性的影響，在細菌溶液擴大培養(yǎng)好之后，通過 2 次離心和補充新培養(yǎng)液后，放入 4℃冰箱保存，每隔一段時間取出進行脲酶活性的測定。得出結論培養(yǎng)好的菌液可以暫時保存在 4℃冰箱內(nèi)，至少在30 天內(nèi)其脲酶活性不會受到明顯影響。

而孔繁浩和趙志峰研究發(fā)現(xiàn)高溫（超過 30°C）對脲酶活性有明顯促進作用。從 20 到 30℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度增加，細菌數(shù)量逐漸增加，到 30℃時達到最大，接著隨著溫度升高，又開始逐漸下降。菌液脲酶活性的變化情況跟細菌數(shù)量的變化基本一致。這說明在MICP過程中以30℃為最佳環(huán)境溫度。相比之下，較高的溫度溶液會使碳酸鈣呈游離狀態(tài)，從而影響碳酸鈣晶體的大小和形態(tài)。因此，對于微生物加固土體技術而言，溫度并不是越高越有利；適宜的環(huán)境溫度不僅利于碳酸鈣量的生成，更有利于有效碳酸鈣晶體的形成，令實驗效果更加令人滿意 。

二、環(huán)境中pH值

p H 值同樣是影響微生物生命活動重要影響之一。其影響主要體現(xiàn)在兩個方面，首先是通過改變生物體內(nèi)大分子物質(zhì)（比如蛋白質(zhì)和核酸）的電荷，進而影響其生物活性；其次通過改變細胞膜電荷，降低微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用。在實驗中控制好環(huán)境PH值不但可以避免細菌死亡造成的損失而且可以促進碳酸鈣晶體的形成。

CHENG L等對比了酸堿度對膠結物含量與強度的影響，結果表明，在堿性條件下，微生物誘導產(chǎn)生的碳酸鈣質(zhì)量最多，中性條件下次之，酸性條件下最少。孔繁浩等的實驗結果同樣印證了這一結論，他發(fā)現(xiàn)碳酸鈣生成量最多的pH為9，巴氏芽孢桿菌在堿性環(huán)境下能夠生成相對多的碳酸鈣。但尚不清楚酸性條件對碳酸鈣生成質(zhì)量的主要負面影響究竟是因為巴氏芽孢桿菌對酸性環(huán)境的不耐受還是生成產(chǎn)物碳酸鈣在酸性環(huán)境下的分解所致。

三、膠結液濃度

MICP實驗中的膠結液主要由氯化鈣溶液和尿素溶液配制而成，也是MICP實驗重要生成產(chǎn)物碳酸鈣中鈣離子和反應原料的來源。

Qabany研究發(fā)現(xiàn)，膠結液濃度對微生物誘導產(chǎn)生的碳酸鈣晶體尺寸的影響較大。有研究表明，當溶液中加入不同濃度的氯化鹽時，會抑制碳酸鈣的生成；氯化鹽濃度越高，對碳酸鈣生成量的影響越顯著。氯離子對碳酸鈣的生成也有著一定的抑制作用。同時，當菌液和膠結液等比例反應時，碳酸鈣生成量隨膠結液的濃度上升而增多，但利用率不斷降低?？追焙频鹊难芯拷Y果則提供了具有參考意義的膠結液濃度數(shù)值，當尿素濃度小1.6 M 時，增加其濃度，可以提高細菌脲酶活性，而高濃度 Ca Cl2對脲酶有明顯的抑制作用。提高 Ca Cl2和尿素濃度（小于1.5 M）可以提高 Ca CO3生成量。

四、沙土顆粒粒徑

MICP實驗中承載巴氏芽孢桿菌，吸收膠結液并作為MICP反應的載體的基礎物質(zhì)是砂土，市面上的砂土，顆粒粒徑多有不同。崔明娟等研究發(fā)現(xiàn)砂土顆粒粒徑對微生物固化試樣的無側(cè)限抗壓強度有顯著影響，對碳酸鈣含量和孔隙率的影響則相對較小沈吉云從他的實驗結果中提出：隨著砂粒粒徑的增加，生物量和酶活性流失率也隨之增加，細砂的固定效果明顯好于粗砂，他認為原因可能有兩點：1、相比粗砂，細砂的比表面積更大，可以吸附更多的微生物；2、粗砂的孔徑大于細砂，粗砂中的微生物更容易被膠結液沖走。

未來MICP技術在未來的應用不會只局限于實驗室中，而是應用在環(huán)境更復雜的室外環(huán)境中。目前，國內(nèi)的相關研究主要集中在實驗室，缺乏對MICP技術的具體的實踐成果。在室外條件下，MICP技術將面對更加復雜的環(huán)境因素的影響，這是當下研究人員需要集中精力考慮并解決的問題。

參考文獻：

（1）趙茜.微生物誘導碳酸鈣沉淀（MICP）固化土壤實驗研究 [D].北京：中國地質(zhì)大學（北京），2014.

（2）孔繁浩，趙志峰。溶液環(huán)境下微生物誘導碳酸鈣沉積影響因素研究。南京林業(yè)大學土木學院。林業(yè)工程學報，2017，2（4）

（3）崔明娟，鄭俊杰，賴漢江。顆粒粒徑對微生物固化砂土強度影響的試驗研究。華中科技大學 巖土與地下工程研究所。巖土力學第37卷增刊。2016.09.

作者簡介：

李忠?。?997年5月-），男，朝鮮族，黑龍江省大慶市，身份證號：230603199705114012，本科學生，土木工程

李霖（2000年11月-），男，漢，山西省大同市南郊區(qū)，身份證號：140203200011083217，本科學生，土木工程