微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積灌漿方式：原理、方法與應(yīng)用探索一、引言1.1研究背景與意義隨著現(xiàn)代工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大與技術(shù)要求的日益提高，傳統(tǒng)的巖土加固與修復(fù)方法逐漸暴露出諸多局限性。例如，在地基處理中，水泥灌漿雖能提高土體強(qiáng)度，但存在高能耗、高碳排放的問(wèn)題，且對(duì)環(huán)境有一定污染，其生產(chǎn)過(guò)程中排放的大量二氧化碳對(duì)全球氣候變暖有顯著影響。在文物保護(hù)領(lǐng)域，傳統(tǒng)修復(fù)材料與工藝可能對(duì)文物本體造成不可逆的損傷，無(wú)法滿足文物保護(hù)“最小干預(yù)”的原則。在石油開(kāi)采中，常規(guī)的堵水調(diào)剖技術(shù)效果有限，難以適應(yīng)復(fù)雜的油藏地質(zhì)條件。微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積（Microbial-InducedCalciumCarbonatePrecipitation，MICP）灌漿技術(shù)作為一種新興的、環(huán)境友好的生物巖土工程技術(shù)，為上述問(wèn)題的解決提供了新的思路與方法。MICP灌漿技術(shù)利用微生物的代謝活動(dòng)，在特定條件下誘導(dǎo)碳酸鈣的沉淀和結(jié)晶，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)土體、巖石等材料的加固、修復(fù)和改良。其作用過(guò)程基于微生物的生理特性，通過(guò)微生物產(chǎn)生的脲酶分解尿素，產(chǎn)生碳酸根離子，與環(huán)境中的鈣離子結(jié)合形成碳酸鈣沉淀。這一過(guò)程不僅反應(yīng)條件溫和，而且所使用的微生物和原料大多來(lái)源于自然，對(duì)環(huán)境友好，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。在巖土工程領(lǐng)域，MICP灌漿技術(shù)展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。在地基加固方面，通過(guò)MICP灌漿處理，可有效提高地基土的強(qiáng)度和承載能力。如在某軟土地基處理項(xiàng)目中，采用MICP灌漿技術(shù)后，地基土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高了數(shù)倍，滿足了工程建設(shè)對(duì)地基承載力的要求，相比傳統(tǒng)的強(qiáng)夯法，減少了對(duì)周邊環(huán)境的振動(dòng)影響。在邊坡加固中，MICP灌漿能增強(qiáng)土體的抗剪強(qiáng)度，提高邊坡的穩(wěn)定性，防止滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。在砂土液化防治方面，MICP灌漿可以填充砂土孔隙，增加砂土的密實(shí)度，有效降低砂土在地震等動(dòng)力荷載作用下發(fā)生液化的可能性。在文物保護(hù)領(lǐng)域，MICP灌漿技術(shù)為石質(zhì)文物的修復(fù)與保護(hù)提供了新途徑。石質(zhì)文物長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，受到風(fēng)化、侵蝕等作用，表面出現(xiàn)裂隙、孔洞等損傷。傳統(tǒng)修復(fù)材料與石質(zhì)文物的兼容性較差，容易引起二次損傷。而MICP灌漿技術(shù)可以利用微生物誘導(dǎo)產(chǎn)生的碳酸鈣與石質(zhì)文物的成分相近，具有良好的兼容性，能夠在不破壞文物本體的前提下，有效修復(fù)文物表面的損傷，增強(qiáng)文物的耐久性。例如，在某古建筑石質(zhì)構(gòu)件的修復(fù)中，應(yīng)用MICP灌漿技術(shù)后，石質(zhì)構(gòu)件的強(qiáng)度得到恢復(fù)，表面的風(fēng)化層得到加固，且修復(fù)后的效果自然，保留了文物的原有風(fēng)貌。在石油開(kāi)采領(lǐng)域，MICP灌漿技術(shù)可用于油藏的堵水調(diào)剖。通過(guò)向油藏中注入微生物和相關(guān)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在高滲透層中誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀，降低高滲透層的滲透率，調(diào)整油藏的注水剖面，提高原油采收率。與傳統(tǒng)的化學(xué)堵劑相比，MICP灌漿技術(shù)具有成本低、環(huán)境友好、對(duì)油層傷害小等優(yōu)點(diǎn)。在某油田的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，采用MICP灌漿技術(shù)進(jìn)行堵水調(diào)剖后，原油產(chǎn)量得到顯著提高，含水率明顯降低。灌漿方式作為MICP技術(shù)實(shí)施過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)碳酸鈣的沉積效果和工程應(yīng)用成效起著決定性作用。不同的灌漿方式會(huì)導(dǎo)致微生物、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和反應(yīng)底物在介質(zhì)中的分布和傳輸情況不同，進(jìn)而影響碳酸鈣的沉淀位置、沉淀量和沉淀形態(tài)，最終影響MICP技術(shù)的加固、修復(fù)和改良效果。如在壓力灌漿方式下，較高的壓力可能會(huì)使微生物細(xì)胞受損，影響其代謝活性，導(dǎo)致碳酸鈣沉積量減少；而在重力灌漿方式下，灌漿速度較慢，可能會(huì)使碳酸鈣在局部區(qū)域沉積不均勻，影響加固效果的一致性。因此，深入研究MICP灌漿方式，對(duì)于優(yōu)化MICP技術(shù)的應(yīng)用效果、拓展其應(yīng)用范圍具有重要的理論和實(shí)際意義。通過(guò)對(duì)MICP灌漿方式的研究，可以揭示不同灌漿方式下微生物代謝活動(dòng)、物質(zhì)傳輸和碳酸鈣沉積的規(guī)律，為MICP技術(shù)的工程應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，研發(fā)新型、高效的MICP灌漿方式，能夠提高M(jìn)ICP技術(shù)的應(yīng)用效率和效果，降低工程成本，推動(dòng)MICP技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研究向?qū)嶋H工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。此外，對(duì)MICP灌漿方式的研究還有助于解決傳統(tǒng)巖土工程技術(shù)和其他領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)存在的問(wèn)題，促進(jìn)多學(xué)科的交叉融合，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積灌漿技術(shù)作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外都受到了廣泛關(guān)注，取得了一系列的研究成果，同時(shí)也存在一些有待解決的問(wèn)題和研究空白。國(guó)外對(duì)MICP灌漿技術(shù)的研究起步相對(duì)較早。早在20世紀(jì)80年代，一些學(xué)者就開(kāi)始關(guān)注微生物在礦物形成過(guò)程中的作用，為MICP技術(shù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。在灌漿方式的研究方面，美國(guó)、日本、荷蘭等國(guó)家的科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了大量的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用探索。美國(guó)的研究人員通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)比了壓力灌漿和重力灌漿兩種方式對(duì)砂土加固效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壓力灌漿能夠使微生物和反應(yīng)液更快速地滲透到砂土孔隙中，但過(guò)高的壓力可能導(dǎo)致微生物活性受損；而重力灌漿雖然速度較慢，但對(duì)微生物的損傷較小，能在一定程度上保證碳酸鈣沉積的均勻性。日本學(xué)者則針對(duì)不同的地質(zhì)條件，研發(fā)了多種MICP灌漿工藝，如針對(duì)滲透性較差的黏土，采用了分段低壓灌漿的方式，有效提高了微生物和反應(yīng)液的擴(kuò)散范圍。荷蘭的研究團(tuán)隊(duì)將MICP灌漿技術(shù)應(yīng)用于古建筑的修復(fù)中，通過(guò)精準(zhǔn)控制灌漿量和灌漿壓力，成功地加固了古建筑的基礎(chǔ)，同時(shí)保護(hù)了文物的原有風(fēng)貌。在國(guó)內(nèi)，隨著對(duì)綠色環(huán)保巖土工程技術(shù)需求的不斷增加，MICP灌漿技術(shù)的研究也逐漸成為熱點(diǎn)。許多高校和科研機(jī)構(gòu)，如浙江大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院等，在MICP灌漿技術(shù)的基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用方面取得了顯著進(jìn)展。浙江大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在島礁工程中，對(duì)MICP灌漿技術(shù)進(jìn)行了深入研究，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)，驗(yàn)證了該技術(shù)在島礁特殊環(huán)境下的適用性，并提出了適合島礁工程的灌漿參數(shù)和工藝。同濟(jì)大學(xué)的科研人員針對(duì)軟土地基加固，研究了不同灌漿方式下微生物的分布規(guī)律和碳酸鈣的沉積特性，發(fā)現(xiàn)采用循環(huán)灌漿的方式可以有效提高軟土地基的加固效果。中國(guó)科學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)則從微生物代謝機(jī)理出發(fā)，優(yōu)化了MICP灌漿的反應(yīng)體系，提高了碳酸鈣的沉積效率。然而，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于MICP灌漿方式的研究仍存在一些不足之處。在灌漿過(guò)程的多物理場(chǎng)耦合機(jī)制研究方面還不夠深入，對(duì)于微生物在復(fù)雜地質(zhì)條件下的生存和代謝環(huán)境，以及溫度、壓力、滲流等因素對(duì)灌漿效果的綜合影響，尚未形成系統(tǒng)的理論體系。不同灌漿方式下碳酸鈣沉積的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能演變規(guī)律研究還不夠完善，難以從微觀層面解釋灌漿效果與工程性能之間的關(guān)系。在實(shí)際工程應(yīng)用中，MICP灌漿技術(shù)的成本較高，灌漿設(shè)備和工藝還不夠成熟，缺乏統(tǒng)一的工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量控制體系，限制了該技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。當(dāng)前MICP灌漿方式的研究趨勢(shì)主要集中在以下幾個(gè)方面。一是多學(xué)科交叉融合，結(jié)合材料科學(xué)、生物工程、巖土力學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，深入研究MICP灌漿過(guò)程的機(jī)理和調(diào)控方法，提高碳酸鈣沉積的效率和可控性。二是開(kāi)發(fā)新型的灌漿設(shè)備和工藝，針對(duì)不同的工程需求和地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)個(gè)性化的灌漿方案，提高M(jìn)ICP灌漿技術(shù)的應(yīng)用范圍和效果。三是加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)研究，積累更多的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，完善MICP灌漿技術(shù)的工程設(shè)計(jì)和施工規(guī)范。雖然國(guó)內(nèi)外在MICP灌漿方式的研究上已取得一定成果，但仍存在諸多空白和挑戰(zhàn)。未來(lái)需要進(jìn)一步深入研究，以推動(dòng)MICP灌漿技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在深入探究微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積灌漿方式，揭示不同灌漿方式的特點(diǎn)、影響因素及在各類(lèi)工程中的應(yīng)用效果，為該技術(shù)的優(yōu)化與推廣提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。具體研究?jī)?nèi)容和需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題如下：MICP灌漿方式的分類(lèi)與特點(diǎn)分析：系統(tǒng)梳理目前常見(jiàn)的MICP灌漿方式，如壓力灌漿、重力灌漿、循環(huán)灌漿、滲透灌漿等，詳細(xì)分析每種灌漿方式的工作原理、操作流程和適用條件。通過(guò)理論分析和對(duì)比研究，明確不同灌漿方式在微生物和反應(yīng)液傳輸、碳酸鈣沉積位置與形態(tài)等方面的差異，總結(jié)各類(lèi)灌漿方式的優(yōu)勢(shì)與局限性。例如，對(duì)于壓力灌漿，研究其在不同壓力條件下微生物和反應(yīng)液在土體孔隙中的滲透規(guī)律，以及壓力對(duì)微生物活性和碳酸鈣沉積速率的影響；對(duì)于重力灌漿，分析其在不同土體類(lèi)型和滲透系數(shù)條件下的灌漿速度和均勻性，以及如何通過(guò)調(diào)整灌漿參數(shù)來(lái)提高其加固效果。灌漿過(guò)程中微生物代謝與碳酸鈣沉積機(jī)制研究：從微觀層面深入研究在不同灌漿方式下，微生物在土體中的生存、繁殖和代謝過(guò)程，以及碳酸鈣的成核、生長(zhǎng)和沉積機(jī)制。結(jié)合微生物學(xué)、材料科學(xué)和巖土力學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，利用掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）、能譜分析（EDS）等先進(jìn)測(cè)試技術(shù)，觀察碳酸鈣沉積物的微觀結(jié)構(gòu)和晶體形態(tài)，分析微生物代謝產(chǎn)物、環(huán)境因素（如溫度、pH值、離子濃度等）對(duì)碳酸鈣沉積的影響規(guī)律。例如，研究微生物表面電荷和官能團(tuán)與鈣離子的相互作用機(jī)制，以及在不同灌漿方式下這種相互作用如何影響碳酸鈣的沉積位置和結(jié)晶形態(tài)。影響MICP灌漿效果的關(guān)鍵因素研究：全面分析影響MICP灌漿效果的各種因素，包括微生物菌種特性、灌漿材料組成（如鈣源、尿素濃度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等）、灌漿參數(shù)（如灌漿壓力、灌漿速度、灌漿量、灌漿次數(shù)等）、土體性質(zhì)（如土體類(lèi)型、孔隙結(jié)構(gòu)、滲透率等）以及環(huán)境條件（如溫度、濕度、地下水化學(xué)組成等）。通過(guò)設(shè)計(jì)一系列室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)，采用單因素變量法和正交試驗(yàn)法，系統(tǒng)研究各因素對(duì)碳酸鈣沉積量、沉積均勻性、土體強(qiáng)度增長(zhǎng)和滲透性變化等灌漿效果指標(biāo)的影響程度和相互關(guān)系，確定影響MICP灌漿效果的關(guān)鍵因素和敏感參數(shù)。MICP灌漿方式的數(shù)值模擬與優(yōu)化：基于多物理場(chǎng)耦合理論，建立考慮微生物生長(zhǎng)代謝、物質(zhì)傳輸、化學(xué)反應(yīng)和力學(xué)響應(yīng)的MICP灌漿過(guò)程數(shù)值模型。利用數(shù)值模擬方法，研究不同灌漿方式下微生物、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和反應(yīng)底物在土體中的傳輸和擴(kuò)散規(guī)律，預(yù)測(cè)碳酸鈣的沉積分布和土體力學(xué)性能的演變過(guò)程。通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證，不斷優(yōu)化數(shù)值模型的參數(shù)和算法，提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性。在此基礎(chǔ)上，利用優(yōu)化后的數(shù)值模型，對(duì)不同灌漿方案進(jìn)行模擬分析，評(píng)估其灌漿效果，篩選出最優(yōu)的灌漿方式和參數(shù)組合，為實(shí)際工程應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。MICP灌漿技術(shù)在典型工程中的應(yīng)用效果評(píng)估：選擇具有代表性的工程案例，如地基加固、邊坡防護(hù)、文物保護(hù)、石油開(kāi)采等，開(kāi)展MICP灌漿技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究。在工程實(shí)施過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的灌漿方案進(jìn)行施工，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌漿過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)（如灌漿壓力、流量、微生物濃度等）和土體的物理力學(xué)性質(zhì)變化（如強(qiáng)度、變形、滲透性等）。工程完成后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，評(píng)估MICP灌漿技術(shù)在不同工程條件下的應(yīng)用效果，分析實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施和解決方案，為MICP灌漿技術(shù)的工程應(yīng)用積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。二、微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的基本原理2.1微生物的選擇與特性在微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積（MICP）技術(shù)中，微生物的選擇至關(guān)重要，不同種類(lèi)的微生物因其獨(dú)特的代謝特性和作用機(jī)制，對(duì)碳酸鈣沉積的效率、質(zhì)量和效果產(chǎn)生顯著影響。目前，常見(jiàn)用于誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的微生物種類(lèi)主要包括芽孢桿菌屬、假單胞菌屬、節(jié)桿菌屬等，其中巴氏芽孢桿菌（Bacilluspasteurii）因其高效的脲酶活性和良好的碳酸鈣誘導(dǎo)能力，成為研究和應(yīng)用最為廣泛的微生物之一。巴氏芽孢桿菌是一種革蘭氏陽(yáng)性菌，具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，能夠在多種環(huán)境條件下生存和繁殖。其細(xì)胞形態(tài)呈桿狀，可形成芽孢，芽孢的存在使其對(duì)高溫、干旱、高鹽等惡劣環(huán)境具有較強(qiáng)的耐受性。在適宜的環(huán)境中，巴氏芽孢桿菌通過(guò)攝取周?chē)h(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長(zhǎng)和代謝，其代謝特性與碳酸鈣沉積過(guò)程密切相關(guān)。巴氏芽孢桿菌具有較高的脲酶活性，這是其誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的關(guān)鍵特性。脲酶是一種能夠催化尿素分解的酶，巴氏芽孢桿菌在生長(zhǎng)過(guò)程中合成并分泌脲酶，將環(huán)境中的尿素分解為氨（NH_3）和二氧化碳（CO_2），化學(xué)反應(yīng)式如下：CO(NH_2)_2+H_2O\stackrel{脲酶}{\longrightarrow}2NH_3+CO_2。分解產(chǎn)生的氨在水中發(fā)生水解反應(yīng)，使環(huán)境中的OH^-濃度增加，導(dǎo)致體系pH值升高，反應(yīng)式為：NH_3+H_2O\rightleftharpoonsNH_4^++OH^-。隨著pH值的升高，環(huán)境中的CO_2與OH^-反應(yīng)生成碳酸根離子（CO_3^{2-}），CO_2+2OH^-\rightleftharpoonsCO_3^{2-}+H_2O。當(dāng)環(huán)境中存在足夠濃度的鈣離子（Ca^{2+}）時(shí)，Ca^{2+}與CO_3^{2-}結(jié)合，形成碳酸鈣（CaCO_3）沉淀，Ca^{2+}+CO_3^{2-}\rightleftharpoonsCaCO_3\downarrow。這一系列的代謝反應(yīng)構(gòu)成了巴氏芽孢桿菌誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的基本作用機(jī)制。除了脲酶活性外，巴氏芽孢桿菌的表面特性也對(duì)碳酸鈣沉積產(chǎn)生重要影響。巴氏芽孢桿菌的細(xì)胞表面帶有負(fù)電荷，能夠吸引環(huán)境中的陽(yáng)離子，尤其是鈣離子。這種靜電吸引作用使得鈣離子在細(xì)胞表面富集，為碳酸鈣的成核提供了有利條件。巴氏芽孢桿菌表面還存在多種官能團(tuán)，如羧基（-COOH）、磷酸基（-PO_4^{3-}）等，這些官能團(tuán)能夠與鈣離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)鈣離子在細(xì)胞表面的吸附和固定，從而加速碳酸鈣的成核和生長(zhǎng)。研究表明，通過(guò)改變巴氏芽孢桿菌表面的官能團(tuán)性質(zhì)或數(shù)量，可以調(diào)控其對(duì)鈣離子的吸附能力和碳酸鈣的沉積效率。在不同的環(huán)境條件下，巴氏芽孢桿菌的代謝活性和碳酸鈣沉積能力會(huì)發(fā)生變化。溫度對(duì)巴氏芽孢桿菌的生長(zhǎng)和代謝具有顯著影響。一般來(lái)說(shuō)，巴氏芽孢桿菌在25-35℃的溫度范圍內(nèi)生長(zhǎng)較為適宜，在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，其脲酶活性較高，能夠有效地分解尿素，促進(jìn)碳酸鈣的沉積。當(dāng)溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，巴氏芽孢桿菌的生長(zhǎng)和代謝會(huì)受到抑制，脲酶活性降低，從而影響碳酸鈣的沉積效率。環(huán)境中的pH值也對(duì)巴氏芽孢桿菌的代謝和碳酸鈣沉積有重要影響。巴氏芽孢桿菌適宜在中性至堿性的環(huán)境中生長(zhǎng)，當(dāng)環(huán)境pH值在7-9之間時(shí)，其代謝活性較高，能夠順利地進(jìn)行尿素分解和碳酸鈣沉積反應(yīng)。若pH值超出這個(gè)范圍，巴氏芽孢桿菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和酶活性可能會(huì)受到破壞，導(dǎo)致代謝活動(dòng)受阻，碳酸鈣沉積量減少。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的種類(lèi)和濃度也是影響巴氏芽孢桿菌生長(zhǎng)和碳酸鈣沉積的重要因素。巴氏芽孢桿菌生長(zhǎng)需要碳源、氮源、磷源等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。常見(jiàn)的碳源如葡萄糖、蔗糖等，能夠?yàn)榘褪涎挎邨U菌的生長(zhǎng)提供能量和碳骨架；氮源如尿素、銨鹽等，不僅是巴氏芽孢桿菌合成蛋白質(zhì)和核酸的重要原料，也是誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的關(guān)鍵物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)培養(yǎng)基中碳源和氮源的比例適當(dāng)時(shí)，巴氏芽孢桿菌的生長(zhǎng)和代謝活性最佳，碳酸鈣沉積量也最高。若營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足或比例失衡，巴氏芽孢桿菌的生長(zhǎng)會(huì)受到限制，進(jìn)而影響碳酸鈣的沉積效果。除巴氏芽孢桿菌外，其他微生物如枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）、地衣芽孢桿菌（Bacilluslicheniformis）等也具有誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的能力，但它們的代謝特性和作用機(jī)制與巴氏芽孢桿菌存在一定差異。枯草芽孢桿菌雖然也能產(chǎn)生脲酶，但相較于巴氏芽孢桿菌，其脲酶活性相對(duì)較低，在相同條件下，誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的速率和量可能會(huì)有所不同。枯草芽孢桿菌還能夠產(chǎn)生多種其他代謝產(chǎn)物，如有機(jī)酸、多糖等，這些代謝產(chǎn)物可能會(huì)對(duì)碳酸鈣的沉積過(guò)程產(chǎn)生影響，如有機(jī)酸可能會(huì)降低環(huán)境pH值，抑制碳酸鈣的沉積。地衣芽孢桿菌則具有較強(qiáng)的耐鹽性和耐高溫性，在一些特殊的環(huán)境條件下，如高鹽或高溫環(huán)境中，地衣芽孢桿菌可能比巴氏芽孢桿菌更具優(yōu)勢(shì)，能夠有效地誘導(dǎo)碳酸鈣沉積。但在常規(guī)環(huán)境中，其碳酸鈣誘導(dǎo)能力可能不如巴氏芽孢桿菌。2.2化學(xué)反應(yīng)過(guò)程微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程主要基于微生物對(duì)尿素的分解作用以及后續(xù)碳酸根離子與鈣離子的結(jié)合反應(yīng)，其中以巴氏芽孢桿菌為代表的微生物在這一過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。當(dāng)巴氏芽孢桿菌參與反應(yīng)時(shí)，首先，其分泌的脲酶對(duì)尿素進(jìn)行分解。尿素（CO(NH_2)_2）是一種含氮有機(jī)化合物，在脲酶的催化作用下，發(fā)生水解反應(yīng)，一個(gè)尿素分子與一個(gè)水分子反應(yīng)，生成兩個(gè)氨分子（NH_3）和一個(gè)二氧化碳分子（CO_2），化學(xué)方程式為CO(NH_2)_2+H_2O\stackrel{脲酶}{\longrightarrow}2NH_3+CO_2。這一反應(yīng)是整個(gè)微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積過(guò)程的起始步驟，脲酶的高效催化使得尿素能夠快速分解，為后續(xù)反應(yīng)提供必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。分解產(chǎn)生的氨（NH_3）在水溶液中具有一定的溶解性，并且會(huì)與水發(fā)生進(jìn)一步的反應(yīng)。氨分子與水分子結(jié)合，發(fā)生水解反應(yīng)，形成銨根離子（NH_4^+）和氫氧根離子（OH^-），反應(yīng)式為NH_3+H_2O\rightleftharpoonsNH_4^++OH^-。這一水解反應(yīng)導(dǎo)致反應(yīng)體系中的氫氧根離子濃度增加，從而使溶液的pH值升高，使體系呈現(xiàn)堿性環(huán)境。堿性環(huán)境對(duì)于后續(xù)碳酸根離子的生成以及碳酸鈣的沉淀反應(yīng)至關(guān)重要，它為這些反應(yīng)提供了適宜的化學(xué)條件。隨著反應(yīng)體系pH值的升高，二氧化碳（CO_2）在堿性環(huán)境中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。二氧化碳與氫氧根離子（OH^-）反應(yīng)，生成碳酸根離子（CO_3^{2-}）和水分子，CO_2+2OH^-\rightleftharpoonsCO_3^{2-}+H_2O。這一反應(yīng)使得體系中碳酸根離子的濃度逐漸增加，為碳酸鈣的沉淀提供了碳酸根來(lái)源。當(dāng)體系中存在足夠濃度的鈣離子（Ca^{2+}）時(shí)，鈣離子與碳酸根離子發(fā)生結(jié)合反應(yīng)。鈣離子（Ca^{2+}）與碳酸根離子（CO_3^{2-}）通過(guò)離子鍵結(jié)合，形成碳酸鈣（CaCO_3）沉淀，Ca^{2+}+CO_3^{2-}\rightleftharpoonsCaCO_3\downarrow。碳酸鈣沉淀的生成是微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積過(guò)程的最終目標(biāo)，沉淀的碳酸鈣會(huì)在微生物周?chē)?、土體孔隙或其他反應(yīng)界面上逐漸積累，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的加固、修復(fù)或改良等效果。在實(shí)際反應(yīng)過(guò)程中，這些化學(xué)反應(yīng)并非孤立進(jìn)行，而是相互關(guān)聯(lián)、相互影響。反應(yīng)條件如溫度、pH值、反應(yīng)物濃度等因素會(huì)對(duì)反應(yīng)速率和碳酸鈣的沉淀效果產(chǎn)生顯著影響。溫度升高一般會(huì)加快化學(xué)反應(yīng)速率，包括脲酶對(duì)尿素的分解速率以及碳酸鈣的沉淀速率，但過(guò)高的溫度可能會(huì)導(dǎo)致脲酶失活，反而抑制整個(gè)反應(yīng)過(guò)程。反應(yīng)體系的pH值不僅影響氨的水解平衡和二氧化碳與氫氧根離子的反應(yīng)，還會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)和代謝活性，進(jìn)而間接影響碳酸鈣的沉積。反應(yīng)物濃度，如尿素、鈣離子的濃度，也會(huì)影響反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)尿素濃度過(guò)低時(shí)，分解產(chǎn)生的氨和二氧化碳量不足，導(dǎo)致碳酸根離子生成量少，碳酸鈣沉淀量也相應(yīng)減少；而當(dāng)鈣離子濃度不足時(shí)，即使有足夠的碳酸根離子，也無(wú)法充分形成碳酸鈣沉淀。微生物的表面特性也會(huì)對(duì)這些化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生影響。微生物表面的電荷分布和官能團(tuán)種類(lèi)會(huì)影響鈣離子在其表面的吸附和富集程度。巴氏芽孢桿菌表面帶有負(fù)電荷，能夠通過(guò)靜電吸引作用富集溶液中的鈣離子，使得在微生物表面附近的鈣離子濃度相對(duì)較高。其表面存在的羧基、磷酸基等官能團(tuán)能夠與鈣離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，進(jìn)一步增強(qiáng)鈣離子在微生物表面的固定，為碳酸鈣的成核提供更多的位點(diǎn)，促進(jìn)碳酸鈣沉淀在微生物表面的優(yōu)先形成。2.3影響碳酸鈣沉積的因素碳酸鈣沉積作為微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積（MICP）技術(shù)的核心環(huán)節(jié)，受到多種因素的綜合影響，這些因素涵蓋環(huán)境條件、微生物自身特性以及反應(yīng)底物等多個(gè)方面。深入研究這些影響因素，對(duì)于優(yōu)化MICP技術(shù)、提高碳酸鈣沉積效率和質(zhì)量具有重要意義。環(huán)境因素對(duì)碳酸鈣沉積有著顯著的影響。溫度作為重要的環(huán)境因素之一，對(duì)微生物的代謝活動(dòng)和碳酸鈣的沉積速率起著關(guān)鍵作用。一般而言，微生物在適宜的溫度范圍內(nèi)，其酶活性較高，代謝活動(dòng)旺盛，能夠高效地催化尿素分解，促進(jìn)碳酸鈣的沉積。研究表明，巴氏芽孢桿菌在25-35℃的溫度區(qū)間內(nèi)生長(zhǎng)和代謝較為適宜，在此溫度條件下，其脲酶活性能夠得到充分發(fā)揮，尿素分解產(chǎn)生的氨和二氧化碳較多，進(jìn)而為碳酸鈣的形成提供充足的原料。當(dāng)溫度超出這個(gè)范圍時(shí)，微生物的酶活性會(huì)受到抑制，代謝活動(dòng)減緩，導(dǎo)致尿素分解速率降低，碳酸鈣的沉積量也隨之減少。在低溫環(huán)境下，微生物的生長(zhǎng)速度減慢，脲酶的合成和分泌量減少，使得尿素分解不充分，碳酸根離子和鈣離子的結(jié)合機(jī)會(huì)減少，從而影響碳酸鈣的沉淀。而在高溫環(huán)境下，脲酶可能會(huì)發(fā)生變性失活，完全喪失催化尿素分解的能力，使得碳酸鈣的沉積過(guò)程無(wú)法正常進(jìn)行。pH值是另一個(gè)對(duì)碳酸鈣沉積有重要影響的環(huán)境因素。微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與體系的pH值密切相關(guān)。在MICP過(guò)程中，尿素分解產(chǎn)生的氨會(huì)使體系的pH值升高，形成堿性環(huán)境，有利于碳酸根離子的生成和碳酸鈣的沉淀。適宜的pH值范圍能夠保證微生物的正常生長(zhǎng)和代謝，同時(shí)促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)反應(yīng)體系的pH值在7-9之間時(shí)，巴氏芽孢桿菌等微生物的代謝活性較高，能夠順利地進(jìn)行尿素分解和碳酸鈣沉積反應(yīng)。若pH值過(guò)低，酸性環(huán)境會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)和脲酶活性，同時(shí)會(huì)使碳酸根離子與氫離子結(jié)合，減少碳酸根離子的濃度，不利于碳酸鈣的沉淀。當(dāng)pH值過(guò)高時(shí)，過(guò)高的堿性環(huán)境可能會(huì)對(duì)微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能造成損害，同樣影響碳酸鈣的沉積效果。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的種類(lèi)和濃度也是影響碳酸鈣沉積的重要環(huán)境因素。微生物生長(zhǎng)和代謝需要碳源、氮源、磷源等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的支持。碳源為微生物提供能量和碳骨架，常見(jiàn)的碳源如葡萄糖、蔗糖等，不同的碳源對(duì)微生物的生長(zhǎng)和碳酸鈣沉積的影響有所差異。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以葡萄糖作為碳源時(shí)，微生物的生長(zhǎng)速度較快，能夠產(chǎn)生更多的脲酶，從而促進(jìn)尿素分解和碳酸鈣的沉積。氮源不僅是微生物合成蛋白質(zhì)和核酸的重要原料，也是誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的關(guān)鍵物質(zhì)。尿素作為常用的氮源，其濃度直接影響尿素分解產(chǎn)生的氨和二氧化碳的量，進(jìn)而影響碳酸鈣的沉積量。當(dāng)尿素濃度過(guò)低時(shí)，分解產(chǎn)生的氨和二氧化碳不足，導(dǎo)致碳酸根離子生成量少，碳酸鈣沉淀量也相應(yīng)減少。而當(dāng)尿素濃度過(guò)高時(shí)，可能會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生毒性，抑制其生長(zhǎng)和代謝，同樣不利于碳酸鈣的沉積。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的比例關(guān)系也會(huì)影響碳酸鈣的沉積。當(dāng)培養(yǎng)基中碳源和氮源的比例適當(dāng)時(shí)，微生物的生長(zhǎng)和代謝活性最佳，碳酸鈣沉積量也最高。若營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比例失衡，會(huì)導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)受限，影響碳酸鈣的沉積效果。微生物種類(lèi)和濃度對(duì)碳酸鈣沉積也有著重要影響。不同種類(lèi)的微生物因其代謝特性和生理結(jié)構(gòu)的差異，在誘導(dǎo)碳酸鈣沉積方面表現(xiàn)出不同的能力。如前文所述，巴氏芽孢桿菌具有較高的脲酶活性，能夠高效地分解尿素，誘導(dǎo)碳酸鈣沉積，是研究和應(yīng)用最為廣泛的微生物之一?？莶菅挎邨U菌雖然也能產(chǎn)生脲酶，但其脲酶活性相對(duì)較低，在相同條件下，誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的速率和量可能會(huì)低于巴氏芽孢桿菌。地衣芽孢桿菌具有較強(qiáng)的耐鹽性和耐高溫性，在一些特殊環(huán)境條件下，如高鹽或高溫環(huán)境中，可能比巴氏芽孢桿菌更具優(yōu)勢(shì)，能夠有效地誘導(dǎo)碳酸鈣沉積。但在常規(guī)環(huán)境中，其碳酸鈣誘導(dǎo)能力可能不如巴氏芽孢桿菌。微生物的濃度對(duì)碳酸鈣沉積也有顯著影響。在一定范圍內(nèi)，微生物濃度的增加能夠提高碳酸鈣的沉積量。當(dāng)微生物濃度較高時(shí)，單位體積內(nèi)參與反應(yīng)的微生物數(shù)量增多，能夠產(chǎn)生更多的脲酶，加速尿素分解，從而促進(jìn)碳酸根離子和鈣離子的結(jié)合，增加碳酸鈣的沉淀量。微生物濃度過(guò)高也可能會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響。過(guò)高的微生物濃度會(huì)導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)加劇，使部分微生物因營(yíng)養(yǎng)不足而生長(zhǎng)受限，代謝活性降低。微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些代謝產(chǎn)物，當(dāng)微生物濃度過(guò)高時(shí)，這些代謝產(chǎn)物的積累可能會(huì)對(duì)微生物自身和碳酸鈣沉積過(guò)程產(chǎn)生抑制作用。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況，優(yōu)化微生物的濃度，以達(dá)到最佳的碳酸鈣沉積效果。三、常見(jiàn)的微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積灌漿方式3.1傳統(tǒng)兩相法3.1.1灌漿過(guò)程與操作要點(diǎn)傳統(tǒng)兩相法是微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積灌漿技術(shù)中較為基礎(chǔ)且應(yīng)用較早的一種方式。其核心操作流程是將菌液和膠結(jié)液分開(kāi)灌注，以實(shí)現(xiàn)微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的過(guò)程。在實(shí)際操作中，首先需要制備滿足要求的菌液和膠結(jié)液。菌液的制備通常選用具有高效誘導(dǎo)碳酸鈣沉積能力的微生物，如巴氏芽孢桿菌。將其接種到適宜的培養(yǎng)基中，在特定的溫度、pH值等條件下進(jìn)行培養(yǎng)，使其大量繁殖，達(dá)到一定的濃度，一般要求菌液中微生物的濃度量級(jí)為～107cells/mL。膠結(jié)液則主要由尿素溶液和氯化鈣溶液組成，二者按一定比例混合，常見(jiàn)的濃度均為0.5mol/L，體積比為1：1。灌漿時(shí)，先將菌液通過(guò)特定的灌漿設(shè)備注入到待處理的介質(zhì)中，如土體、巖石孔隙等。在注入菌液過(guò)程中，要嚴(yán)格控制灌漿壓力、灌漿速度和灌漿量等參數(shù)。灌漿壓力一般不宜過(guò)高，以免對(duì)微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)造成破壞，影響其代謝活性。通常根據(jù)介質(zhì)的滲透性和孔隙結(jié)構(gòu)等因素，將灌漿壓力控制在0.1-0.3MPa范圍內(nèi)。灌漿速度也需適中，過(guò)快可能導(dǎo)致菌液在介質(zhì)中分布不均勻，過(guò)慢則會(huì)延長(zhǎng)施工周期。一般可將灌漿速度控制在5-10L/min。在注入菌液后，需等待一段時(shí)間，使微生物在介質(zhì)中充分吸附和定殖，這個(gè)等待時(shí)間一般為6-12小時(shí)。待微生物定殖完成后，再注入膠結(jié)液。膠結(jié)液的注入同樣要控制好壓力、速度和量等參數(shù)。由于膠結(jié)液中含有尿素和氯化鈣，與菌液中的微生物接觸后，會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，微生物分泌的脲酶分解尿素，產(chǎn)生碳酸根離子，與氯化鈣中的鈣離子結(jié)合，形成碳酸鈣沉淀。在注入膠結(jié)液時(shí)，要注意避免膠結(jié)液與菌液在管道中提前混合，防止堵塞管道。同時(shí)，要確保膠結(jié)液能夠均勻地滲透到含有微生物的區(qū)域，以保證碳酸鈣沉淀在整個(gè)待處理介質(zhì)中均勻分布。在整個(gè)灌漿過(guò)程中，還需注意一些其他要點(diǎn)。要保證灌漿設(shè)備的密封性和清潔度，防止外界雜質(zhì)污染菌液和膠結(jié)液，影響微生物的生長(zhǎng)和化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。要對(duì)灌漿過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括灌漿壓力、流量、微生物濃度等參數(shù)的監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)調(diào)整灌漿參數(shù)，確保灌漿效果。在灌漿結(jié)束后，要對(duì)灌漿設(shè)備進(jìn)行清洗和維護(hù)，為下一次灌漿做好準(zhǔn)備。3.1.2應(yīng)用案例分析某工程場(chǎng)地為砂土質(zhì)地基，由于砂土的顆粒間黏聚力較小，地基承載力較低，無(wú)法滿足后續(xù)工程建設(shè)的要求，故采用傳統(tǒng)兩相法微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積灌漿技術(shù)進(jìn)行加固處理。在該工程中，選用巴氏芽孢桿菌制備菌液，菌液濃度控制在107cells/mL左右。膠結(jié)液由濃度均為0.5mol/L的尿素溶液和氯化鈣溶液按1：1體積比混合而成。在灌漿施工時(shí)，首先利用鉆孔將菌液注入到砂土中，鉆孔間距設(shè)置為1m，梅花形布置，以保證菌液在砂土中分布的均勻性。菌液注入壓力控制在0.15MPa，注入速度為6L/min。注入菌液后，等待8小時(shí)，使巴氏芽孢桿菌在砂土孔隙中充分吸附和定殖。隨后，通過(guò)同樣的鉆孔注入膠結(jié)液，膠結(jié)液注入壓力為0.2MPa，注入速度為7L/min。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的反應(yīng)，對(duì)加固后的砂土進(jìn)行檢測(cè)分析。通過(guò)取芯觀察發(fā)現(xiàn)，在靠近灌漿孔的區(qū)域，碳酸鈣沉積量較多，砂土顆粒間形成了明顯的膠結(jié)結(jié)構(gòu)，使得砂土的密實(shí)度和強(qiáng)度有了顯著提高。在距離灌漿孔較遠(yuǎn)的區(qū)域，碳酸鈣沉積量相對(duì)較少，加固效果有所減弱。通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)檢測(cè)，結(jié)果表明，加固后砂土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度相比加固前提高了約150%，從原來(lái)的30kPa提高到了75kPa左右，滿足了工程建設(shè)對(duì)地基承載力的基本要求。該工程應(yīng)用傳統(tǒng)兩相法也暴露出一些問(wèn)題。由于菌液和膠結(jié)液是分開(kāi)灌注，在灌注過(guò)程中，部分微生物可能會(huì)隨著后續(xù)灌注的膠結(jié)液被沖走，導(dǎo)致微生物在砂土中的有效濃度降低，影響了碳酸鈣的沉積效率和均勻性。在靠近灌漿孔的位置，由于菌液和膠結(jié)液首先接觸，反應(yīng)較為劇烈，碳酸鈣快速沉淀，容易造成灌漿孔附近局部堵塞，使得后續(xù)的菌液和膠結(jié)液難以繼續(xù)向遠(yuǎn)處滲透，導(dǎo)致加固效果在空間上存在較大差異。此外，傳統(tǒng)兩相法的施工過(guò)程相對(duì)繁瑣，需要分別進(jìn)行菌液和膠結(jié)液的灌注，增加了施工時(shí)間和成本。從這個(gè)案例可以看出，傳統(tǒng)兩相法在砂土加固等工程中能夠在一定程度上提高土體的強(qiáng)度和性能，但也存在微生物流失、沉淀不均勻、易堵塞以及施工成本高等問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體工程條件進(jìn)行合理優(yōu)化和改進(jìn)。3.2pH法3.2.1基于pH調(diào)控的灌漿原理pH法是一種基于微生物生理特性與化學(xué)反應(yīng)平衡原理，通過(guò)精確調(diào)控反應(yīng)體系pH值來(lái)實(shí)現(xiàn)微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積灌漿的方法。其核心原理在于利用微生物對(duì)環(huán)境pH值的敏感性，以及pH值對(duì)碳酸鈣沉淀反應(yīng)的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌漿過(guò)程中碳酸鈣沉淀時(shí)機(jī)和位置的有效控制。在微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積過(guò)程中，微生物（如巴氏芽孢桿菌）通過(guò)分泌脲酶分解尿素，產(chǎn)生氨和二氧化碳，這一過(guò)程會(huì)使反應(yīng)體系的pH值升高。當(dāng)pH值升高到一定程度時(shí)，環(huán)境中的鈣離子與碳酸根離子結(jié)合，形成碳酸鈣沉淀。傳統(tǒng)的灌漿方式由于難以精確控制pH值的變化過(guò)程，容易導(dǎo)致碳酸鈣在局部區(qū)域快速沉淀，造成灌漿不均勻、管道堵塞等問(wèn)題。pH法通過(guò)在灌漿前對(duì)菌液和膠結(jié)液的pH值進(jìn)行特殊調(diào)節(jié)，有效解決了上述問(wèn)題。在菌液制備階段，向菌液中添加適量的酸性緩沖劑，如檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖對(duì)，將菌液的pH值調(diào)節(jié)至較低水平，一般為5-6。在低pH值環(huán)境下，微生物的活性受到抑制，脲酶的分泌和活性降低，從而減緩尿素的分解速度。同時(shí)，在膠結(jié)液中也添加相應(yīng)的緩沖劑，使其pH值與菌液相近。當(dāng)菌液和膠結(jié)液混合時(shí)，由于pH值較低，尿素分解緩慢，不會(huì)立即產(chǎn)生大量的碳酸根離子，從而避免了碳酸鈣的快速沉淀。隨著灌漿過(guò)程的進(jìn)行，微生物逐漸適應(yīng)新的環(huán)境，其代謝活動(dòng)開(kāi)始恢復(fù)，脲酶活性逐漸增強(qiáng)。同時(shí)，反應(yīng)體系中的緩沖劑逐漸消耗，pH值緩慢升高。當(dāng)pH值升高到適宜的范圍（一般為7-9）時(shí)，尿素分解加速，產(chǎn)生足夠的碳酸根離子與鈣離子結(jié)合，在微生物周?chē)屯馏w孔隙中逐漸形成碳酸鈣沉淀。通過(guò)這種方式，pH法實(shí)現(xiàn)了對(duì)碳酸鈣沉淀時(shí)機(jī)的精確控制，使碳酸鈣能夠在整個(gè)灌漿區(qū)域內(nèi)均勻沉積。pH值對(duì)碳酸鈣的溶解平衡也有重要影響。根據(jù)碳酸鈣的溶解平衡方程式CaCO_3(s)\rightleftharpoonsCa^{2+}(aq)+CO_3^{2-}(aq)，當(dāng)pH值較低時(shí)，溶液中的氫離子濃度較高，氫離子會(huì)與碳酸根離子結(jié)合，生成碳酸氫根離子（HCO_3^-），甚至進(jìn)一步生成二氧化碳和水，從而使碳酸鈣的溶解平衡向右移動(dòng)，碳酸鈣溶解度增大，不易沉淀。當(dāng)pH值升高時(shí)，氫離子濃度降低，碳酸根離子濃度相對(duì)增加，碳酸鈣的溶解平衡向左移動(dòng)，有利于碳酸鈣的沉淀。pH法正是利用這一原理，通過(guò)調(diào)控pH值，在灌漿前期抑制碳酸鈣沉淀，在合適的時(shí)機(jī)促進(jìn)碳酸鈣沉淀，提高灌漿效果。3.2.2實(shí)際應(yīng)用效果與優(yōu)勢(shì)在某文物保護(hù)工程中，pH法得到了成功應(yīng)用。該工程的對(duì)象是一座具有數(shù)百年歷史的古建筑石質(zhì)墻體，由于長(zhǎng)期受到自然風(fēng)化和侵蝕作用，墻體表面出現(xiàn)了大量的裂隙和孔洞，嚴(yán)重影響了建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和美觀性。為了保護(hù)這一珍貴的歷史文化遺產(chǎn)，采用了pH法進(jìn)行微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積灌漿修復(fù)。在施工過(guò)程中，首先制備了低pH值的菌液和膠結(jié)液。菌液選用了具有良好適應(yīng)性和碳酸鈣誘導(dǎo)能力的巴氏芽孢桿菌，通過(guò)添加檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖對(duì)，將菌液pH值調(diào)節(jié)至5.5。膠結(jié)液由尿素溶液和氯化鈣溶液組成，并添加相同的緩沖對(duì)，使其pH值也為5.5。然后，利用特制的小型灌漿設(shè)備，將菌液和膠結(jié)液按一定比例混合后，緩慢注入到石質(zhì)墻體的裂隙和孔洞中。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的反應(yīng)后，對(duì)修復(fù)后的墻體進(jìn)行了全面檢測(cè)。結(jié)果顯示，pH法在該工程中取得了顯著的應(yīng)用效果。通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，在石質(zhì)墻體的裂隙和孔洞中，碳酸鈣均勻地沉積在巖石顆粒表面和孔隙中，形成了緊密的膠結(jié)結(jié)構(gòu)，有效地填充了裂隙和孔洞，增強(qiáng)了石質(zhì)墻體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。與傳統(tǒng)灌漿方法相比，pH法避免了碳酸鈣在局部區(qū)域的過(guò)度沉淀和堵塞現(xiàn)象，使得灌漿材料能夠更深入地滲透到石質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)了更均勻的加固效果。從宏觀上看，修復(fù)后的石質(zhì)墻體外觀得到了明顯改善，表面的裂隙和孔洞幾乎不可見(jiàn)，墻體的穩(wěn)定性得到了顯著提高。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的抗壓強(qiáng)度測(cè)試，修復(fù)后墻體的抗壓強(qiáng)度相比修復(fù)前提高了約30%，達(dá)到了預(yù)期的加固目標(biāo)。此外，由于pH法采用的是微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積技術(shù)，所使用的材料對(duì)環(huán)境友好，不會(huì)對(duì)古建筑和周邊環(huán)境造成污染，符合文物保護(hù)的“最小干預(yù)”原則。pH法在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出多方面的優(yōu)勢(shì)。相比傳統(tǒng)的灌漿方式，pH法能夠?qū)崿F(xiàn)碳酸鈣的均勻沉積，有效提高加固的均勻性和整體性。在巖土工程加固中，傳統(tǒng)灌漿方法容易導(dǎo)致局部強(qiáng)度過(guò)高或過(guò)低，影響工程的穩(wěn)定性和耐久性。而pH法通過(guò)精確控制碳酸鈣的沉淀時(shí)機(jī)和位置，使得加固后的土體或巖體在力學(xué)性能上更加均勻一致，減少了因不均勻沉降或應(yīng)力集中導(dǎo)致的工程病害。pH法可以減少灌漿過(guò)程中的堵塞問(wèn)題。在傳統(tǒng)的灌漿過(guò)程中，碳酸鈣的快速沉淀容易造成灌漿管道和土體孔隙的堵塞，影響灌漿的順利進(jìn)行和灌漿效果。pH法通過(guò)抑制前期的碳酸鈣沉淀，保證了灌漿材料在整個(gè)灌漿區(qū)域內(nèi)的順暢流動(dòng)，提高了灌漿的效率和質(zhì)量。pH法還具有較好的靈活性和適應(yīng)性，可以根據(jù)不同的工程需求和地質(zhì)條件，通過(guò)調(diào)整緩沖劑的種類(lèi)和用量，精確控制pH值的變化過(guò)程和碳酸鈣的沉淀速度，滿足各種復(fù)雜工程環(huán)境下的灌漿要求。3.3溫控法3.3.1溫度對(duì)脲酶活性及灌漿的影響溫度作為微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積（MICP）灌漿過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)境因素，對(duì)脲酶活性及整個(gè)灌漿過(guò)程有著極為顯著的影響。脲酶是微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積反應(yīng)中的關(guān)鍵酶，其活性直接決定了尿素分解的速率，進(jìn)而影響碳酸根離子的生成量和碳酸鈣的沉積速率。不同微生物所產(chǎn)脲酶的最適溫度有所差異，以常用于MICP技術(shù)的巴氏芽孢桿菌為例，其脲酶活性在一定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而增強(qiáng)。研究表明，巴氏芽孢桿菌脲酶的最適溫度通常在30-35℃之間。在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，脲酶的分子結(jié)構(gòu)處于較為穩(wěn)定且活性中心易于與尿素分子結(jié)合的狀態(tài)，能夠高效地催化尿素分解反應(yīng)。當(dāng)溫度低于最適溫度時(shí)，脲酶的活性會(huì)逐漸降低。在10℃以下，脲酶活性基本為零，尿素幾乎不發(fā)生分解。這是因?yàn)榈蜏貢?huì)使脲酶分子的活性中心構(gòu)象發(fā)生變化，降低其與尿素分子的親和力，同時(shí)也會(huì)減緩分子的熱運(yùn)動(dòng)，使酶與底物的碰撞頻率減少，從而抑制了尿素的分解反應(yīng)。當(dāng)溫度高于最適溫度時(shí)，脲酶活性同樣會(huì)下降。在45℃以上，脲酶的活性會(huì)急劇降低。這是由于高溫會(huì)破壞脲酶的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，使酶分子發(fā)生變性，導(dǎo)致活性中心失去催化能力。過(guò)高的溫度還可能對(duì)微生物細(xì)胞造成損傷，影響微生物的正常代謝活動(dòng)，進(jìn)一步間接影響脲酶的合成和分泌。在MICP灌漿過(guò)程中，溫度對(duì)脲酶活性的影響直接關(guān)系到碳酸鈣的沉積過(guò)程。在較低溫度下，由于脲酶活性低，尿素分解緩慢，產(chǎn)生的碳酸根離子量少，碳酸鈣的沉積速率也隨之降低。這可能導(dǎo)致灌漿時(shí)間延長(zhǎng)，加固效果不明顯。在低溫環(huán)境下進(jìn)行MICP灌漿處理砂土?xí)r，經(jīng)過(guò)相同的處理時(shí)間，砂土中碳酸鈣的沉積量明顯少于在適宜溫度下處理的砂土，砂土的強(qiáng)度提升幅度也較小。而在過(guò)高溫度下，雖然尿素分解速度可能在初期較快，但隨著脲酶的迅速失活，尿素分解反應(yīng)很快停止，同樣無(wú)法持續(xù)提供足夠的碳酸根離子用于碳酸鈣的沉淀。過(guò)高溫度下微生物的受損也會(huì)影響整個(gè)反應(yīng)體系的穩(wěn)定性，導(dǎo)致碳酸鈣沉積不均勻，影響灌漿效果。在高溫環(huán)境下進(jìn)行MICP灌漿時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)局部區(qū)域碳酸鈣大量沉淀，而其他區(qū)域沉淀量極少的情況，使加固后的材料力學(xué)性能不均勻，降低了工程應(yīng)用的可靠性。溫度還會(huì)影響微生物在土體中的生長(zhǎng)和分布。適宜的溫度有利于微生物的生長(zhǎng)和繁殖，使其能夠在土體中更好地定殖和代謝。當(dāng)溫度不適宜時(shí)，微生物的生長(zhǎng)受到抑制，甚至?xí)?dǎo)致微生物死亡，從而影響MICP灌漿的效果。在低溫環(huán)境下，微生物的生長(zhǎng)速度減慢，繁殖周期延長(zhǎng)，這意味著在相同時(shí)間內(nèi)，參與反應(yīng)的微生物數(shù)量相對(duì)較少，無(wú)法充分發(fā)揮其誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的作用。在高溫環(huán)境下，微生物的細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)的各種生理過(guò)程可能會(huì)受到破壞，導(dǎo)致微生物無(wú)法正常生存和代謝。3.3.2溫控法的實(shí)施與效果評(píng)估溫控法是一種基于溫度對(duì)微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積（MICP）過(guò)程影響規(guī)律而發(fā)展起來(lái)的灌漿方法，通過(guò)精確控制反應(yīng)體系的溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)碳酸鈣沉積時(shí)機(jī)和速率的有效調(diào)控，以提高灌漿效果。在實(shí)施溫控法時(shí)，首先需要根據(jù)所選用的微生物種類(lèi)及其脲酶的最適溫度，確定合適的溫度控制范圍。對(duì)于巴氏芽孢桿菌參與的MICP灌漿過(guò)程，一般將溫度控制在30-35℃較為適宜。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確控制，通常會(huì)采用專(zhuān)門(mén)的溫控設(shè)備。在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，常使用恒溫培養(yǎng)箱來(lái)控制反應(yīng)體系的溫度。將裝有菌液、膠結(jié)液和待處理介質(zhì)（如砂土、巖石等）的容器放置在恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，通過(guò)設(shè)置培養(yǎng)箱的溫度參數(shù)，使其保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，對(duì)于小型的灌漿項(xiàng)目，可以采用便攜式的恒溫裝置，如小型恒溫水箱，通過(guò)循環(huán)水的方式對(duì)灌漿管道和灌漿區(qū)域進(jìn)行溫度控制。對(duì)于大型工程，可能需要安裝復(fù)雜的溫控系統(tǒng)，如地源熱泵系統(tǒng)結(jié)合循環(huán)管道，將適宜溫度的熱介質(zhì)輸送到灌漿區(qū)域，以維持反應(yīng)所需的溫度條件。在灌漿過(guò)程中，還需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化。可以使用高精度的溫度傳感器，將其安裝在灌漿管道、反應(yīng)容器或待處理介質(zhì)內(nèi)部，實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)。這些溫度數(shù)據(jù)會(huì)傳輸?shù)綔囟瓤刂葡到y(tǒng)中，當(dāng)檢測(cè)到溫度偏離設(shè)定范圍時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整溫控設(shè)備的工作狀態(tài)，如調(diào)節(jié)恒溫培養(yǎng)箱的加熱功率、改變循環(huán)水的流量或溫度等，使溫度迅速恢復(fù)到設(shè)定值。為了評(píng)估溫控法的效果，以某地基加固工程為例進(jìn)行分析。該工程場(chǎng)地為松散的砂土，地基承載力較低，無(wú)法滿足后續(xù)建筑施工的要求，采用溫控法進(jìn)行MICP灌漿加固。在施工過(guò)程中，利用地源熱泵系統(tǒng)和循環(huán)管道組成的溫控系統(tǒng)，將灌漿區(qū)域的溫度穩(wěn)定控制在32℃左右。同時(shí)，通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化，確保溫度波動(dòng)范圍在±1℃以內(nèi)。在灌漿結(jié)束后，對(duì)加固后的地基進(jìn)行了全面檢測(cè)。通過(guò)取芯分析發(fā)現(xiàn)，在溫控法作用下，砂土中碳酸鈣的沉積均勻性得到了顯著提高。與未采用溫控法的傳統(tǒng)灌漿方式相比，溫控法加固后的砂土中碳酸鈣在整個(gè)深度范圍內(nèi)分布更加均勻，避免了局部區(qū)域碳酸鈣過(guò)度沉積或沉積不足的問(wèn)題。通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)檢測(cè)，結(jié)果顯示，采用溫控法加固后的砂土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度相比加固前提高了約200%，從原來(lái)的25kPa提高到了75kPa以上，滿足了工程對(duì)地基承載力的要求。從微觀結(jié)構(gòu)上看，利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，溫控法作用下生成的碳酸鈣晶體形態(tài)規(guī)則，結(jié)晶度高，在砂土顆粒間形成了緊密的膠結(jié)結(jié)構(gòu)，有效增強(qiáng)了砂土顆粒之間的相互作用力。在耐久性方面，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)采用溫控法加固后的地基在經(jīng)歷了多次雨水沖刷和一定程度的荷載作用后，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性依然保持良好，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的劣化現(xiàn)象。溫控法在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出了多方面的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)精確控制溫度，提高了碳酸鈣沉積的均勻性和穩(wěn)定性，從而增強(qiáng)了加固效果的可靠性。在一些對(duì)加固均勻性要求較高的工程中，如古建筑地基加固、精密儀器設(shè)備基礎(chǔ)加固等，溫控法能夠更好地滿足工程需求。溫控法可以根據(jù)工程的具體進(jìn)度和要求，靈活調(diào)整溫度控制方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌漿過(guò)程的精準(zhǔn)調(diào)控。在工期緊張的工程中，可以適當(dāng)提高溫度，加快碳酸鈣的沉積速率，縮短施工周期；而在對(duì)加固質(zhì)量要求極高的工程中，可以更加嚴(yán)格地控制溫度波動(dòng)，確保碳酸鈣沉積的質(zhì)量。3.4其他創(chuàng)新灌漿方式3.4.1抽真空灌漿法抽真空灌漿法是一種利用真空原理，提高微生物灌漿效率和效果的創(chuàng)新方法。其裝置主要由真空泵、真空壓力表、灌漿泵、儲(chǔ)液罐、連接管道以及密封裝置等組成。真空泵用于抽取灌漿區(qū)域內(nèi)的空氣，形成負(fù)壓環(huán)境，一般要求真空泵能夠產(chǎn)生-0.06至-0.1MPa的真空度。真空壓力表用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌漿區(qū)域內(nèi)的真空度，確保真空度維持在設(shè)定范圍內(nèi)。灌漿泵負(fù)責(zé)將菌液和膠結(jié)液注入到灌漿區(qū)域，其壓力和流量可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。儲(chǔ)液罐用于儲(chǔ)存菌液和膠結(jié)液，保證灌漿過(guò)程的連續(xù)性。連接管道采用密封性良好的材料，如耐壓橡膠管，確保在真空和壓力條件下不會(huì)出現(xiàn)泄漏。密封裝置則用于對(duì)灌漿區(qū)域進(jìn)行密封，防止空氣進(jìn)入，如采用橡膠塞、密封膠等對(duì)鉆孔或灌漿口進(jìn)行密封。在工作時(shí)，先將待處理的土體或結(jié)構(gòu)物進(jìn)行密封處理，確保其與外界空氣隔絕。通過(guò)連接管道將真空泵與灌漿區(qū)域相連，啟動(dòng)真空泵，抽取灌漿區(qū)域內(nèi)的空氣，使內(nèi)部形成負(fù)壓環(huán)境。當(dāng)真空度達(dá)到設(shè)定值（如-0.08MPa）并穩(wěn)定后，通過(guò)灌漿泵將預(yù)先混合好的菌液和膠結(jié)液從儲(chǔ)液罐中抽出，注入到灌漿區(qū)域。在負(fù)壓作用下，菌液和膠結(jié)液能夠更快速、均勻地滲透到土體孔隙或結(jié)構(gòu)物的縫隙中，與其中的微生物和土體顆粒充分接觸。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀逐漸在孔隙和縫隙中形成，實(shí)現(xiàn)對(duì)土體或結(jié)構(gòu)物的加固。當(dāng)灌漿完成后，繼續(xù)保持一段時(shí)間的真空狀態(tài)，使多余的液體被抽出，提高碳酸鈣沉淀的密實(shí)度。抽真空灌漿法在微生物灌漿中具有較大的應(yīng)用潛力。該方法能夠有效提高灌漿材料的滲透能力。在負(fù)壓環(huán)境下，菌液和膠結(jié)液受到的阻力減小，能夠更容易地進(jìn)入到土體的微小孔隙和復(fù)雜的縫隙中，相比傳統(tǒng)灌漿方式，能夠更深入、更均勻地分布在待處理介質(zhì)中，從而提高碳酸鈣沉積的均勻性和加固效果。抽真空灌漿法可以減少灌漿過(guò)程中氣泡的存在。在常規(guī)灌漿中，氣泡容易混入灌漿材料中，形成孔隙，降低加固后的強(qiáng)度和耐久性。而在抽真空過(guò)程中，空氣被抽出，大大減少了氣泡的產(chǎn)生，使碳酸鈣沉淀更加密實(shí)，提高了加固材料的力學(xué)性能。抽真空灌漿法還可以加快灌漿速度，縮短施工周期。負(fù)壓的作用使得灌漿材料的流動(dòng)速度加快，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成灌漿操作，提高施工效率。在某古建筑磚石結(jié)構(gòu)加固工程中，嘗試采用抽真空灌漿法進(jìn)行微生物灌漿加固。該古建筑的磚石結(jié)構(gòu)由于長(zhǎng)期受到自然風(fēng)化和雨水侵蝕，出現(xiàn)了大量的裂縫和松動(dòng)現(xiàn)象。傳統(tǒng)的灌漿方法難以使灌漿材料充分滲透到裂縫深處，加固效果不理想。采用抽真空灌漿法后，在對(duì)磚石結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封處理并抽取真空至-0.07MPa后，注入微生物灌漿材料。結(jié)果顯示，灌漿材料能夠快速且均勻地滲透到裂縫中，填充效果良好。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的反應(yīng)，磚石結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度得到顯著提高，裂縫得到有效修復(fù)，加固效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)灌漿方法。3.4.2注漿管法注漿管法是一種通過(guò)向土體中插入帶孔注漿管，利用自然滲透作用使菌液和膠結(jié)液進(jìn)入土體孔隙，實(shí)現(xiàn)微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的灌漿方法。在實(shí)施注漿管法時(shí)，首先根據(jù)工程需求和土體特性選擇合適的注漿管。注漿管一般采用耐腐蝕、高強(qiáng)度的材料制成，如塑料或金屬材質(zhì)，其管徑和管壁厚度根據(jù)實(shí)際情況確定。在注漿管上按照一定間距開(kāi)設(shè)小孔，小孔的直徑和分布密度影響著菌液和膠結(jié)液的滲透效果，一般小孔直徑為2-5mm，間距為10-20cm。將注漿管插入到待處理的土體中，插入深度和間距根據(jù)土體的加固范圍和要求確定。在插入過(guò)程中，要確保注漿管的垂直度和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)傾斜或晃動(dòng)。為了防止土體堵塞注漿管小孔，在插入前可在注漿管外壁包裹一層濾網(wǎng)，如尼龍濾網(wǎng)。將菌液和膠結(jié)液通過(guò)注漿管注入到土體中。由于土體存在一定的孔隙和滲透性，菌液和膠結(jié)液在重力和土體孔隙壓力的作用下，會(huì)自然地滲透到土體孔隙中。在滲透過(guò)程中，菌液中的微生物與膠結(jié)液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀在土體顆粒表面和孔隙中，逐漸形成膠結(jié)結(jié)構(gòu)，從而提高土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。注漿管法在一些工程中取得了較好的加固效果。在某小型地基加固工程中，采用注漿管法進(jìn)行微生物灌漿。該地基為粉質(zhì)黏土，存在一定的沉降隱患。通過(guò)將帶孔注漿管按1m的間距插入地基中，插入深度為2m。然后向注漿管內(nèi)注入菌液和膠結(jié)液，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的反應(yīng)后，對(duì)加固后的地基進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，地基土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度得到了明顯提高，從原來(lái)的50kPa提高到了80kPa左右。通過(guò)取芯觀察發(fā)現(xiàn)，土體顆粒間形成了明顯的碳酸鈣膠結(jié)物，土體的密實(shí)度和整體性增強(qiáng)。在一些對(duì)環(huán)境擾動(dòng)要求較低的工程中，如文物保護(hù)工程中的地基加固，注漿管法能夠在不破壞原有結(jié)構(gòu)和環(huán)境的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)土體的有效加固。由于注漿管法主要依靠自然滲透，不會(huì)對(duì)土體造成過(guò)大的擾動(dòng)，能夠較好地保護(hù)文物的原有風(fēng)貌和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。四、灌漿方式的對(duì)比與優(yōu)化4.1不同灌漿方式的對(duì)比分析不同的微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積灌漿方式在碳酸鈣分布均勻性、反應(yīng)液利用率、加固強(qiáng)度等方面存在顯著差異，這些差異直接影響著灌漿效果和工程應(yīng)用的可靠性。在碳酸鈣分布均勻性方面，傳統(tǒng)兩相法由于菌液和膠結(jié)液分開(kāi)灌注，在灌注過(guò)程中部分微生物可能會(huì)隨著膠結(jié)液的注入而被沖走，導(dǎo)致微生物在土體中的有效濃度降低，進(jìn)而影響碳酸鈣的沉積均勻性。在某砂土加固工程中，采用傳統(tǒng)兩相法灌漿后，通過(guò)取芯檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，靠近灌漿孔區(qū)域的碳酸鈣沉積量較多，而遠(yuǎn)離灌漿孔區(qū)域的碳酸鈣沉積量明顯減少，呈現(xiàn)出從灌漿孔向四周逐漸遞減的分布趨勢(shì)，使得加固后的砂土在不同區(qū)域的性能存在較大差異。pH法通過(guò)在灌漿前對(duì)菌液和膠結(jié)液的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，抑制了前期碳酸鈣的沉淀，使菌液和膠結(jié)液能夠更均勻地在土體中擴(kuò)散。在某文物保護(hù)工程中，采用pH法對(duì)古建筑石質(zhì)墻體進(jìn)行灌漿修復(fù)后，通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，碳酸鈣在石質(zhì)墻體的孔隙和裂隙中分布較為均勻，形成了連續(xù)且緊密的膠結(jié)結(jié)構(gòu)，有效增強(qiáng)了石質(zhì)墻體的整體性和穩(wěn)定性。溫控法利用溫度對(duì)脲酶活性的影響，精確控制碳酸鈣的沉積時(shí)機(jī)。在適宜的溫度條件下，微生物的代謝活動(dòng)穩(wěn)定，脲酶活性保持在較高水平，從而使碳酸鈣能夠在整個(gè)灌漿區(qū)域內(nèi)均勻沉積。在某地基加固工程中，采用溫控法將灌漿區(qū)域的溫度控制在30-35℃，灌漿結(jié)束后，通過(guò)取芯分析發(fā)現(xiàn)，砂土中碳酸鈣的分布均勻性得到了顯著提高，不同深度和位置的碳酸鈣含量差異較小，加固后的地基力學(xué)性能更加均勻一致。反應(yīng)液利用率也是衡量灌漿方式優(yōu)劣的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)兩相法中，由于菌液和膠結(jié)液的灌注過(guò)程相對(duì)獨(dú)立，部分反應(yīng)液可能無(wú)法充分參與反應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)液利用率較低。在一些工程實(shí)踐中，傳統(tǒng)兩相法的反應(yīng)液利用率通常在50%-60%左右。pH法通過(guò)控制pH值，使反應(yīng)液在灌漿過(guò)程中能夠更充分地與微生物接觸并發(fā)生反應(yīng)，提高了反應(yīng)液的利用率。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，pH法的反應(yīng)液利用率可達(dá)到70%-80%。這是因?yàn)樵诘蚿H值環(huán)境下，微生物活性受到抑制，反應(yīng)液中的成分能夠在土體中更均勻地?cái)U(kuò)散，減少了因快速反應(yīng)而導(dǎo)致的局部沉淀和浪費(fèi)現(xiàn)象。溫控法通過(guò)維持適宜的溫度，保證了微生物的代謝活性，使反應(yīng)液中的底物能夠被充分利用，從而提高了反應(yīng)液利用率。研究表明，溫控法的反應(yīng)液利用率可達(dá)到80%以上。在適宜溫度下，微生物能夠持續(xù)高效地分解尿素，產(chǎn)生足夠的碳酸根離子與鈣離子結(jié)合，減少了反應(yīng)液中底物的殘留，提高了反應(yīng)液的利用效率。加固強(qiáng)度是評(píng)估灌漿效果的關(guān)鍵指標(biāo)之一。傳統(tǒng)兩相法在加固強(qiáng)度方面表現(xiàn)相對(duì)較弱，由于碳酸鈣分布不均勻，導(dǎo)致加固后的土體在不同部位的強(qiáng)度差異較大，整體加固效果有限。在某砂土加固實(shí)驗(yàn)中，采用傳統(tǒng)兩相法處理后的砂土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高幅度較小，僅從原來(lái)的30kPa提高到了50kPa左右。pH法能夠使碳酸鈣均勻沉積，形成較為致密的膠結(jié)結(jié)構(gòu)，從而有效提高加固強(qiáng)度。在相同的砂土加固實(shí)驗(yàn)中，采用pH法處理后的砂土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高到了70kPa左右。均勻分布的碳酸鈣在砂土顆粒間起到了良好的膠結(jié)作用，增強(qiáng)了砂土顆粒之間的相互作用力，提高了土體的抗壓能力。溫控法通過(guò)精確控制溫度，促進(jìn)了碳酸鈣的結(jié)晶和生長(zhǎng)，使生成的碳酸鈣晶體結(jié)構(gòu)更加規(guī)則、致密，進(jìn)一步提高了加固強(qiáng)度。采用溫控法處理后的砂土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可提高到80kPa以上。適宜溫度下形成的高質(zhì)量碳酸鈣膠結(jié)物，使砂土的力學(xué)性能得到顯著改善，能夠承受更大的荷載。抽真空灌漿法在碳酸鈣分布均勻性方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在負(fù)壓環(huán)境下，菌液和膠結(jié)液能夠更快速、均勻地滲透到土體孔隙中，與其中的微生物和土體顆粒充分接觸，從而使碳酸鈣在整個(gè)土體中均勻沉積。在某古建筑磚石結(jié)構(gòu)加固工程中，采用抽真空灌漿法后，通過(guò)對(duì)磚石結(jié)構(gòu)的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，灌漿材料能夠均勻地滲透到裂縫中，碳酸鈣在裂縫內(nèi)均勻分布，有效修復(fù)了裂縫，提高了磚石結(jié)構(gòu)的整體性和強(qiáng)度。注漿管法主要依靠自然滲透作用使菌液和膠結(jié)液進(jìn)入土體孔隙，其碳酸鈣分布均勻性相對(duì)較好，但受土體滲透性和注漿管布置等因素影響較大。在土體滲透性較好的區(qū)域，菌液和膠結(jié)液能夠順利滲透，碳酸鈣分布相對(duì)均勻；而在土體滲透性較差的區(qū)域，可能會(huì)出現(xiàn)滲透不均勻的情況，導(dǎo)致碳酸鈣分布不均。在某小型地基加固工程中，采用注漿管法對(duì)粉質(zhì)黏土地基進(jìn)行加固，在靠近注漿管且土體滲透性較好的部位，碳酸鈣沉積較多，土體強(qiáng)度提高明顯；而在遠(yuǎn)離注漿管或土體滲透性較差的部位，碳酸鈣沉積較少，土體強(qiáng)度提高幅度較小。4.2影響灌漿效果的關(guān)鍵因素探討微生物初始分布對(duì)灌漿效果有著顯著影響。微生物作為誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的關(guān)鍵參與者，其在土體中的初始分布狀態(tài)直接決定了碳酸鈣沉淀的起始位置和分布趨勢(shì)。在傳統(tǒng)兩相法灌漿中，菌液的注入方式和土體的初始條件會(huì)導(dǎo)致微生物分布不均勻。如果在注入菌液時(shí)，土體的孔隙結(jié)構(gòu)存在較大差異，在大孔隙區(qū)域，菌液可能快速通過(guò)，微生物難以有效附著和定殖，導(dǎo)致微生物濃度較低；而在小孔隙區(qū)域，菌液流動(dòng)受阻，微生物容易聚集，但可能因營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)不足而生長(zhǎng)受限。這種微生物分布的不均勻性會(huì)使得碳酸鈣沉淀在土體中呈現(xiàn)出局部集中和局部稀疏的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響灌漿的均勻性和加固效果。在某地基加固工程中，由于菌液注入時(shí)土體孔隙結(jié)構(gòu)的不均勻，導(dǎo)致部分區(qū)域微生物濃度過(guò)高，碳酸鈣大量沉淀，土體強(qiáng)度過(guò)高，而相鄰區(qū)域微生物濃度過(guò)低，碳酸鈣沉淀不足，土體強(qiáng)度提升不明顯，最終造成地基加固效果的不均勻，影響了工程的穩(wěn)定性。灌漿速度也是影響灌漿效果的重要因素。灌漿速度過(guò)快，菌液和膠結(jié)液在土體中流動(dòng)速度過(guò)快，可能導(dǎo)致微生物與土體顆粒接觸時(shí)間過(guò)短，無(wú)法充分吸附和定殖。在高速流動(dòng)的情況下，微生物可能會(huì)被直接帶出土體，降低了微生物在土體中的有效濃度，從而減少了碳酸鈣的沉淀量。同時(shí)，快速流動(dòng)的反應(yīng)液可能會(huì)使化學(xué)反應(yīng)無(wú)法充分進(jìn)行，部分反應(yīng)底物未參與反應(yīng)就被帶出，降低了反應(yīng)液的利用率。在某砂土灌漿實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)灌漿速度過(guò)快時(shí)，通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，土體中微生物的殘留量較少，碳酸鈣的沉積量明顯低于正常灌漿速度下的沉積量，砂土的加固效果不佳。灌漿速度過(guò)慢則會(huì)延長(zhǎng)施工周期，增加工程成本。在灌漿速度過(guò)慢的情況下，反應(yīng)液在土體中的擴(kuò)散范圍有限，可能導(dǎo)致碳酸鈣沉淀主要集中在灌漿孔附近，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)待處理區(qū)域的有效加固。在某文物保護(hù)工程的石質(zhì)墻體灌漿修復(fù)中，由于灌漿速度過(guò)慢，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間灌漿后，僅在灌漿孔周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)形成了碳酸鈣沉淀，而遠(yuǎn)離灌漿孔的裂隙和孔洞未得到有效填充，墻體的加固效果不理想。膠結(jié)液濃度對(duì)灌漿效果也有重要影響。膠結(jié)液中尿素和氯化鈣的濃度直接關(guān)系到化學(xué)反應(yīng)的速率和碳酸鈣的沉淀量。當(dāng)膠結(jié)液濃度過(guò)低時(shí)，分解產(chǎn)生的氨和二氧化碳量不足，導(dǎo)致碳酸根離子生成量少，碳酸鈣沉淀量也相應(yīng)減少。在某微生物灌漿實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)膠結(jié)液中尿素和氯化鈣的濃度降低一半時(shí)，碳酸鈣的沉積量減少了約30%，土體的強(qiáng)度提升幅度明顯減小。膠結(jié)液濃度過(guò)高也可能帶來(lái)負(fù)面影響。過(guò)高濃度的膠結(jié)液可能會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生毒性，抑制微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)。高濃度的氯化鈣可能會(huì)改變土體的離子強(qiáng)度，影響微生物表面的電荷分布和生理功能，導(dǎo)致微生物活性降低。過(guò)高濃度的膠結(jié)液還可能導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)過(guò)于劇烈，碳酸鈣快速沉淀，容易造成灌漿管道和土體孔隙的堵塞，影響灌漿的順利進(jìn)行。在實(shí)際工程中，曾出現(xiàn)因膠結(jié)液濃度過(guò)高，導(dǎo)致灌漿過(guò)程中管道頻繁堵塞，不得不中斷灌漿進(jìn)行清理，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度和灌漿效果。4.3灌漿方式的優(yōu)化策略基于上述對(duì)不同灌漿方式的對(duì)比分析以及影響灌漿效果關(guān)鍵因素的探討，為進(jìn)一步提高微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積灌漿效果，提出以下優(yōu)化策略。在微生物分布方面，可采用預(yù)固定技術(shù)，在菌液中添加適量的微生物固定劑，如殼聚糖、海藻酸鈉等。這些固定劑能夠與微生物細(xì)胞表面結(jié)合，形成穩(wěn)定的固定結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)微生物在土體中的附著能力。在將菌液注入土體前，先利用固定劑對(duì)微生物進(jìn)行預(yù)處理，然后再進(jìn)行灌漿操作，這樣可以有效減少微生物在灌漿過(guò)程中的流失，使微生物在土體中更均勻地分布。在某砂土加固工程中，采用添加殼聚糖作為固定劑的菌液進(jìn)行灌漿，與未添加固定劑的情況相比，微生物在砂土中的分布均勻性提高了約30%，碳酸鈣沉積的均勻性和加固效果也得到了顯著改善。針對(duì)灌漿速度的優(yōu)化，可采用變流量灌漿控制策略。在灌漿初期，采用較低的灌漿速度，使菌液和膠結(jié)液能夠緩慢地滲透到土體中，讓微生物有足夠的時(shí)間與土體顆粒接觸并吸附定殖。隨著灌漿的進(jìn)行，根據(jù)土體中微生物的分布情況和反應(yīng)進(jìn)行的程度，逐漸提高灌漿速度，加快反應(yīng)液的注入，提高灌漿效率。在某地基加固工程中，采用變流量灌漿控制，在灌漿前2小時(shí)，將灌漿速度控制在5L/min，2小時(shí)后，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，將灌漿速度逐漸提高到8L/min，最終的灌漿效果表明，這種變流量灌漿方式使土體的加固強(qiáng)度提高了約20%，同時(shí)保證了加固的均勻性。在膠結(jié)液濃度的優(yōu)化上，應(yīng)根據(jù)土體的性質(zhì)和灌漿要求，通過(guò)前期的室內(nèi)試驗(yàn)，確定最佳的膠結(jié)液濃度范圍。對(duì)于滲透性較好的砂土，膠結(jié)液濃度可適當(dāng)提高，以保證在快速滲透過(guò)程中仍有足夠的反應(yīng)底物進(jìn)行反應(yīng)；而對(duì)于滲透性較差的黏土，膠結(jié)液濃度則應(yīng)適當(dāng)降低，以避免因反應(yīng)過(guò)于劇烈而導(dǎo)致堵塞。在某砂土和黏土混合地基的加固工程中，對(duì)砂土區(qū)域采用濃度為0.6mol/L的膠結(jié)液，對(duì)黏土區(qū)域采用濃度為0.4mol/L的膠結(jié)液，經(jīng)過(guò)灌漿處理后，砂土和黏土區(qū)域的加固效果均達(dá)到了預(yù)期要求，有效提高了整個(gè)地基的穩(wěn)定性。對(duì)于不同的灌漿方式，也可進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化。對(duì)于傳統(tǒng)兩相法，可在菌液灌注后，增加一道沖洗工序，利用清水沖洗土體，將未吸附的微生物沖洗到合適的位置，提高微生物的分布均勻性。在某工程中采用這一優(yōu)化措施后，碳酸鈣沉積的均勻性得到了明顯改善，加固效果更加穩(wěn)定。對(duì)于pH法，可進(jìn)一步優(yōu)化緩沖劑的種類(lèi)和用量，根據(jù)不同的工程需求，精確調(diào)控pH值的變化曲線，以更好地控制碳酸鈣的沉淀時(shí)機(jī)和速度。在某文物保護(hù)工程中，通過(guò)優(yōu)化緩沖劑，使碳酸鈣的沉淀更加均勻，對(duì)文物的加固效果更好，且對(duì)文物的損傷更小。對(duì)于溫控法，可采用智能溫控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌漿區(qū)域的溫度變化，并根據(jù)溫度反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)整溫控設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，確保溫度始終穩(wěn)定在最佳范圍內(nèi)。在某大型地基加固工程中，應(yīng)用智能溫控系統(tǒng)后，溫度波動(dòng)范圍控制在±0.5℃以內(nèi)，碳酸鈣的沉積質(zhì)量和加固效果得到了顯著提升。五、微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積灌漿的應(yīng)用案例分析5.1土體加固工程案例5.1.1某地基加固項(xiàng)目中的應(yīng)用某新建工業(yè)廠房位于河流沖積平原地區(qū)，場(chǎng)地地基土主要為松散的粉細(xì)砂，其孔隙比大、強(qiáng)度低，無(wú)法滿足廠房建設(shè)對(duì)地基承載力和穩(wěn)定性的要求。為解決這一問(wèn)題，工程團(tuán)隊(duì)采用了微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積灌漿技術(shù)進(jìn)行地基加固，選用傳統(tǒng)兩相法進(jìn)行灌漿施工。在施工前，首先進(jìn)行了詳細(xì)的場(chǎng)地勘察和試驗(yàn)研究，確定了灌漿施工方案。選用具有高效脲酶活性的巴氏芽孢桿菌作為微生物菌種，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)，制備出濃度為108cells/mL的菌液。膠結(jié)液由濃度均為0.5mol/L的尿素溶液和氯化鈣溶液按體積比1：1混合而成。根據(jù)場(chǎng)地的地質(zhì)條件和工程要求，確定了灌漿孔的布置方式為梅花形，孔間距為1.5m，孔深為8m，以確保菌液和膠結(jié)液能夠均勻地滲透到地基土中。在灌漿施工過(guò)程中，先利用鉆孔設(shè)備在地基中鉆出灌漿孔，然后通過(guò)灌漿泵將菌液緩慢注入灌漿孔中。在注入菌液時(shí)，嚴(yán)格控制灌漿壓力在0.1-0.2MPa之間，以避免對(duì)微生物細(xì)胞造成損傷，同時(shí)確保菌液能夠順利地滲透到地基土孔隙中。灌漿速度控制在8L/min左右，使菌液能夠均勻地分布在地基土中。菌液注入完成后，等待10小時(shí)，讓微生物在地基土中充分吸附和定殖。隨后，通過(guò)相同的灌漿孔注入膠結(jié)液。膠結(jié)液的注入壓力控制在0.2-0.3MPa，以保證其能夠克服土體的阻力，與菌液充分接觸。灌漿速度為10L/min，使膠結(jié)液能夠快速地與菌液混合，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在注入膠結(jié)液的過(guò)程中，密切觀察灌漿壓力和流量的變化，確保灌漿過(guò)程的順利進(jìn)行。為了確保灌漿質(zhì)量，在施工過(guò)程中還采取了一系列質(zhì)量控制措施。對(duì)菌液和膠結(jié)液的濃度、pH值等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保其符合設(shè)計(jì)要求。在灌漿過(guò)程中，定期對(duì)灌漿孔進(jìn)行清洗，防止孔壁堵塞影響灌漿效果。對(duì)灌漿過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，包括灌漿壓力、流量、時(shí)間等，以便后續(xù)分析和評(píng)估。5.1.2加固效果評(píng)估與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)在灌漿施工完成后，對(duì)地基加固效果進(jìn)行了全面評(píng)估。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，對(duì)比加固前后地基土的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)，發(fā)現(xiàn)加固后地基土的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)明顯增加，從加固前的平均8擊提高到了平均15擊，表明地基土的密實(shí)度和強(qiáng)度得到了顯著提高。通過(guò)靜力觸探試驗(yàn)，檢測(cè)地基土的比貫入阻力。結(jié)果顯示，加固后地基土的比貫入阻力從原來(lái)的1.2MPa增加到了2.5MPa以上，進(jìn)一步證明了地基土的強(qiáng)度得到了有效提升。在微觀層面，通過(guò)取芯觀察和掃描電子顯微鏡（SEM）分析，發(fā)現(xiàn)加固后的地基土中，碳酸鈣在砂土顆粒間均勻沉積，形成了緊密的膠結(jié)結(jié)構(gòu)，將砂土顆粒牢固地粘結(jié)在一起，從而提高了地基土的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。通過(guò)該案例的實(shí)踐，總結(jié)出以下經(jīng)驗(yàn)。在選擇灌漿方式時(shí)，應(yīng)充分考慮場(chǎng)地的地質(zhì)條件、工程要求以及成本等因素。對(duì)于該場(chǎng)地的松散粉細(xì)砂地基，傳統(tǒng)兩相法雖然能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)地基加固，但在施工過(guò)程中需要嚴(yán)格控制各項(xiàng)參數(shù)，以確保灌漿效果。在施工前，必須進(jìn)行充分的前期試驗(yàn)和勘察，準(zhǔn)確掌握?qǐng)龅氐牡刭|(zhì)條件和土體特性，為制定合理的灌漿方案提供依據(jù)。在該項(xiàng)目中，通過(guò)前期試驗(yàn)確定了合適的微生物菌種、菌液和膠結(jié)液濃度以及灌漿孔布置等參數(shù)，為工程的順利實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。施工過(guò)程中的質(zhì)量控制至關(guān)重要。嚴(yán)格控制菌液和膠結(jié)液的質(zhì)量、灌漿壓力、流量等參數(shù)，以及加強(qiáng)對(duì)灌漿過(guò)程的監(jiān)測(cè)和記錄，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，保證灌漿質(zhì)量。在該項(xiàng)目中，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整灌漿參數(shù)，有效避免了因參數(shù)不當(dāng)導(dǎo)致的灌漿不均勻和效果不佳等問(wèn)題。微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積灌漿技術(shù)在土體加固工程中具有顯著的效果和應(yīng)用潛力，但在實(shí)際應(yīng)用中需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化施工方案和參數(shù)，以提高灌漿效果和工程質(zhì)量。5.2混凝土裂縫修復(fù)案例5.2.1某地下室滲漏治理項(xiàng)目某商業(yè)綜合體地下室建成投入使用后，發(fā)現(xiàn)多處混凝土墻體出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致地下室出現(xiàn)嚴(yán)重的滲漏問(wèn)題。這些裂縫寬度在0.2-1.0mm之間，長(zhǎng)度從幾十厘米到數(shù)米不等，不僅影響了地下室的正常使用，還對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)安全造成了潛在威脅。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)勘察和分析，決定采用微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積灌漿技術(shù)進(jìn)行裂縫修復(fù)，選用傳統(tǒng)兩相法作為灌漿方式。在施工前，對(duì)裂縫進(jìn)行了預(yù)處理。首先，用鋼絲刷和高壓水槍對(duì)裂縫表面進(jìn)行清理，去除裂縫內(nèi)的灰塵、雜物和松散混凝土顆粒，確保裂縫表面干凈、無(wú)油污。對(duì)于寬度大于0.5mm的裂縫，采用人工鑿槽的方法，將裂縫開(kāi)鑿成“V”形槽，槽深約10-15mm，槽口寬度約15-20mm，以便更好地容納灌漿材料。在裂縫兩側(cè)粘貼寬度為50-100mm的透明膠帶，防止灌漿材料污染混凝土表面。選用具有高效碳酸鈣誘導(dǎo)能力的巴氏芽孢桿菌制備菌液。將巴氏芽孢桿菌接種到特定的培養(yǎng)基中，在溫度為30℃、pH值為7.5的條件下，培養(yǎng)72小時(shí)，使菌液濃度達(dá)到108cells/mL。膠結(jié)液由濃度均為1mol/L的尿素溶液和氯化鈣溶液按體積比1：1混合而成。在裂縫外側(cè)用水泥砂漿制作倒三角形灌漿槽，灌漿槽的底邊寬度為100-150mm，高度為50-80mm，以防止菌液和膠結(jié)液滲入周?chē)馏w中。將菌液通過(guò)灌漿槽緩慢注入裂縫中，灌注壓力控制在0.05-0.1MPa，以保證菌液能夠順利地滲透到裂縫深處，同時(shí)避免壓力過(guò)大對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞。灌注過(guò)程中，密切觀察菌液的滲透情況，當(dāng)菌液在裂縫另一端出現(xiàn)時(shí)，停止灌注。等待8-12小時(shí)，讓微生物在裂縫中充分吸附和定殖。隨后，向灌漿槽中注入膠結(jié)液。膠結(jié)液的灌注壓力略高于菌液灌注壓力，控制在0.1-0.15MPa，以確保膠結(jié)液能夠與菌液充分混合，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。灌注量根據(jù)裂縫的長(zhǎng)度和寬度進(jìn)行調(diào)整，確保膠結(jié)液能夠填充整個(gè)裂縫。在灌注過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)裂縫內(nèi)有液體流出，說(shuō)明灌漿效果良好，隨著灌注次數(shù)的增加，流出的液體量會(huì)逐漸減少。對(duì)于寬度大于0.5mm的裂縫，為防止菌液和膠結(jié)液大量流出，在裂縫內(nèi)側(cè)用脫脂棉和紗布進(jìn)行封堵后再進(jìn)行灌漿。在菌液和膠結(jié)液灌注完成后，對(duì)裂縫進(jìn)行為期7天的養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)期間，保持裂縫周?chē)h(huán)境的濕度在80%以上，溫度在25-30℃之間，為微生物的生長(zhǎng)和碳酸鈣的沉積提供適宜的環(huán)境條件。每天對(duì)裂縫進(jìn)行觀察，記錄裂縫表面的變化情況。5.2.2修復(fù)效果監(jiān)測(cè)與技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在灌漿修復(fù)完成后的第14天，對(duì)修復(fù)效果進(jìn)行了全面監(jiān)測(cè)。采用了多種檢測(cè)手段，包括肉眼觀察、滲漏水檢測(cè)、超聲探傷檢測(cè)以及微觀結(jié)構(gòu)分析等。通過(guò)肉眼觀察發(fā)現(xiàn)，裂縫表面的灌漿材料與混凝土基體緊密結(jié)合，沒(méi)有出現(xiàn)裂縫再次開(kāi)裂或灌漿材料脫落的現(xiàn)象。裂縫處的顏色與周?chē)炷粱疽恢?，修?fù)后的外觀效果良好。在滲漏水檢測(cè)方面，對(duì)地下室進(jìn)行了24小時(shí)的閉水試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)修復(fù)后的裂縫有滲漏水現(xiàn)象，表明微生物灌漿有效地封堵了裂縫，解決了地下室的滲漏問(wèn)題。利用超聲探傷儀對(duì)修復(fù)后的混凝土墻體進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示，裂縫處的超聲波傳播速度與周?chē)炷粱?/p>