海水环境下微生物诱导磷酸盐沉淀加固钙质砂效果评价

董博文，刘士雨,b，高歆雨，王闰铠

(华侨大学 a.福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心；b.福建省智慧基础设施与监测重点实验室，福建 厦门 361021)

图1 不同试验组的沉淀产量

在N、P、Mg的最佳比例下，进行模拟海水环境下钙质砂加固试验。南海海水的平均盐度为3.5%，因此，在处理溶液中添加0.6 mol/L的NaCl模拟海水盐度，并与不添加NaCl的试验组对比分析。采用蠕动泵在钙质砂砂柱中先注入55 mL(1.5 PV)的A液(巴氏芽孢杆菌菌液和NaCl、K2HPO4溶液)，再注入55 mL B液(MgCl2和NaCl、尿素溶液)，注浆速率为1 mL/min，静置24 h，为一个轮次。每个试验组设置3个平行试样，分别进行3、4、5、6轮次的矿化处理。矿化完成后，经过冲洗、烘干、拆模，得到胶结完好的砂柱(图3(a))。砂柱表面几乎全部覆盖白色的MAP，颗粒之间的孔隙也都被MAP填补；对砂柱进行UCS测试，测试过程中砂柱内出现上下贯通的裂缝，最终发生整体剪切破坏(图3(b))。

图2 试验组2-C矿化产物的XRD分析

图3 砂柱UCS测试

模拟海水和去离子水环境下钙质砂柱的XRD分析结果表明，二者钙质砂砂柱中主要成分均为文石和矿化处理后新产生的MAP，没有其他磷镁沉淀副产物生成，处理后MAP的纯度良好。

模拟海水环境下钙质砂柱的SEM(图5)图像显示，大部分MAP为柱状长斜方晶型，与先前的研究结果吻合，但也出现了部分不规则的MAP晶体，说明盐度可能会改变MAP的晶体形状。不同形状的MAP填充了粒间孔隙，将钙质砂颗粒胶结成一个整体，这是钙质砂力学强度提高的直接原因。

图5 模拟海水环境钙质砂砂柱的SEM图像

模拟海水环境下MAP加固钙质砂效果良好，加固后钙质砂平均UCS值可达1.2 MPa，证明可以用微生物诱导鸟粪石矿化对南海钙质砂进行加固处理。事实上，南海鸟粪石资源非常丰富，用鸟粪石加固钙质砂具有良好的环境相容性，未来在南海岛礁建设中可以使用环保型鸟粪石作为生物矿化产物进行钙质砂地基的加固处理。