微生物诱导碳酸钙沉淀固化砂的工程特性和导热性能研究

论文摘要

地源热泵技术作为一种绿色供冷供暖技术,它的一个关键技术参数是土的导热系数。本文使用微生物诱导碳酸钙技术（Microbially induced calcium carbonate precipitation,简称MICP）对细砂进行灌注加固处理以提高土体的导热性能,针对本研究展开了一系列理论与试验研究,得出以下结论:（1）对巴氏芽孢杆菌的影响因素进行研究。微生物诱导碳酸钙沉淀反应中,一定浓度的胶结液对碳酸钙生成量有促进作用,但浓度超过1.25mol/L时,高浓离子溶液会导致碳酸钙生成量逐渐降低。MICP反应体系的pH值在6-9之间时,MICP反应的效果差别不大。反应体系的温度在10-40℃时,碳酸钙生成量随温度升高而增多。MICP反应体系的盐度会抑制巴氏芽孢杆菌的活性,对于海洋平均盐度35‰,碳酸钙生成量比盐度为0时低9.2%。（2）对MICP技术对细砂的改善效果进行研究。对微生物灌注处理1-3次的砂柱进行一系列测试,发现灌注次数越多,通过砂柱的超声波波速越大,无侧限抗压强度也越高,碳酸钙含量越高,孔隙率越小。灌注处理3次的砂柱的无侧限抗压强度达到3.65MPa,碳酸钙含量达10.41%。通过低场核磁共振试验发现MICP对砂柱的孔隙率有降低作用,灌注次数越多,孔隙率越小、主要孔隙半径越小。（3）使用瞬态法测试微生物处理后的砂土的导热系数,并分析导热系数与细砂性质的关系。MICP技术对砂的导热系数有改善提高作用,MICP处理1-3次的干燥砂的导热系数相对未处理砂分别提高了63.1%、93.24%和119.52%。研究了饱和度对MICP固化砂的导热系数的影响规律,未处理的饱和砂的导热系数相对干砂提高了382.57%,MICP处理1-3次的饱和砂的导热系数相对干砂提高了228.49%、212.39%、203%。对砂的导热系数和干密度、孔隙率、碳酸钙含量等的关系进行总结,并通过扫描电镜（SEM）图像分析发现:碳酸钙充当砂颗粒间的“热桥”,增加了土颗粒之间的接触面,导致砂颗粒之间热量传递的效率提高,从而砂的导热系数提高。本研究不仅发掘了MICP在工程应用方面具有很大的发展潜力,更为地源热泵的实际应用提供了一种方法参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 选题的背景及意义
•   1.2 土体导热测试研究现状
•     1.2.1 导热系数的定义
•     1.2.2 导热系数测试方法概述
•     1.2.3 导热测试研究现状
•   1.3 微生物诱导碳酸钙沉淀的研究现状
•     1.3.1 微生物诱导碳酸钙沉淀原理
•     1.3.2 微生物诱导碳酸钙沉淀影响因素的研究
•     1.3.3 微生物诱导碳酸钙沉淀固化土性质的研究
•   1.4 本文研究目的、内容、方法和技术路线
•     1.4.1 研究目的
•     1.4.2 研究内容
•     1.4.3 研究方法
•     1.4.4 技术路线
• 第2章 微生物的培养试验研究
•   2.1 引言
•   2.2 培养液的制备
•   2.3 微生物的接种与培养
•   2.4 微生物的浓度与活性检测
•   2.5 微生物的留种保存
•   2.6 本章小结
• 第3章 微生物诱导碳酸钙沉淀的影响因素试验研究
•   3.1 引言
•   3.2 胶结液浓度的影响
•   3.3 体系pH的影响
•   3.4 体系温度的影响
•   3.5 体系盐度的影响
•   3.6 本章小结
• 第4章 微生物灌注法加固砂柱试验研究
•   4.1 引言
•   4.2 试验材料及装置
•   4.3 试验内容
•   4.4 超声波检测研究
•   4.5 无侧限抗压试验研究
•   4.6 碳酸钙含量测定试验
•   4.7 低场核磁共振试验
•   4.8 本章小结
• 第5章 瞬态热针法测试MICP固化砂的导热系数试验研究
•   5.1 引言
•   5.2 双探针制作
•   5.3 原理与计算方法
•     5.3.1 双探针瞬态热针法原理
•     5.3.2 双探针瞬态热针法计算方法
•   5.4 双探针标定试验
•   5.5 试验内容
•     5.5.1 试验材料
•     5.5.2 试验装置
•     5.5.3 双探针导热测试试验
•   5.6 试验结果与讨论
•     5.6.1 饱和度与导热系数的关系
•     5.6.2 导热系数提高率与饱和度的关系
•     5.6.3 MICP 灌注次数与导热系数的关系
•     5.6.4 干密度与导热系数的关系
•     5.6.5 孔隙率与导热系数的关系
•     5.6.6 碳酸钙含量与导热系数的关系
•   5.7 SEM微观机理分析
•   5.8 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文和授权的发明专利
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 丁金画

导师: 姜朋明,王照宇

关键词: 微生物,地缘热泵技术,瞬态热针法,导热系数

来源: 江苏科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 江苏科技大学

分类号: Q939.9

DOI: 10.27171/d.cnki.ghdcc.2019.000332

总页数: 89

文件大小: 2773K

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