通过浸入法利用微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）改良砂土

本方案中演示的浸入法可帮助研究人员通过不同模具取出完整的经微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）处理的土样，用于力学测试。该技术有助于经MICP处理的土样生成更均匀的碳酸钙沉淀，从而提升土样的力学性能。

该技术最重要的方面是确保细菌的活性足够高，以避免微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）过程耗时过长和材料浪费。对于首次选择该技术的研究人员而言，设计适合不同应用的适当模具也被认为是另一个重要方面。首先，将0.1毫升的细菌悬液转移至装有10毫升新鲜培养基的离心管中。

轻轻倒置混匀，然后松开管盖以保持好氧条件。准备六管含有培养基的细菌悬液，另设一管对照管，其中加入10毫升新鲜培养基。将所有试管置于摇床中，在200 RPM、30°C条件下培养48至72小时。

如果培养基在48小时后变得浑浊，则停止培养。将含有细菌和培养基的试管在4,000 × g条件下离心20分钟。弃去上清液，加入25毫升新鲜培养基，并使用涡旋振荡器充分混匀。

然后，为了促进细菌培养，将0.25毫升悬浮液从原试管转移至含有25毫升培养基的新试管中进行接种。将所有试管置于摇床中，在200 rpm、30 °C条件下培养48小时。将含有细菌和培养基的试管在4,000 × g条件下离心20分钟。

去除上清液，加入新鲜培养基，并使用涡旋仪充分混匀。使用分光光度计在600纳米处测定菌液的光密度。用新鲜培养基调节细菌浓度，使OD600达到0.6。

采用气相雨落法将约140克含99.7%绳状物的干燥渥太华砂加入模具中，使砂样达到中等密实状态，相对密度范围为42%至55%，干密度范围为1.58至1.64克每立方厘米。在试样顶部覆盖一层透水性土工织物盖，并通过缝合固定。将细菌溶液通过透水性土工织物盖注入试样中。

当在土壤样品底部观察到有流动的细菌溶液时，即认为样品已达到饱和状态。接着，将样品放置在支架上，并将整个支架浸入装有矿化介质的批量反应器中。

打开气源，调节空气输出以维持100%的空气饱和度。等待七天的微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）反应。从反应器中取出样品。

使用刀具切割全接触式柔性模具。然后用清水清洗样品，以去除孔隙中的残留溶液。将样品置于105摄氏度的烘箱中干燥48小时，直至其质量保持恒定。

对于合成纤维，将2.7克纤维与900克干砂分小份手工混合，得到含纤维量为0.3%的均匀混合物。对于天然棕榈纤维，准备四份砂，每份190克。准备三层纤维，每层约1.8克。

在刚性全接触模具中，交替加入四部分沙子和三层纤维。接着，重复之前的MICP处理。在本方案中，观察到碳酸钙沉淀遍布整个MICP处理的样品。

经MICP处理的样品被分为三个不同区域。通过浸没法测得的MICP处理样品中碳酸钙含量介于9.0%至9.5%之间，表明沉淀的碳酸钙在整个土样中分布均匀。含三层棕榈纤维增强的生物砖与未增强生物砖的应力-应变曲线显示，未增强生物砖的抗折强度为1,150千帕，而增强型生物砖的抗折强度为980千帕。

通过添加棕榈纤维，弯曲应变性能显著提高。在进行微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）过程之前，确保细菌溶液的活性非常重要。否则，实验能否成功将无法确定。

一旦实验失败，将会浪费时间和材料。通过MICP技术，按照本方案可针对不同的实验目的设计出不同的模具。这些模具可用于模拟MICP对不同类型结构或不同材料的影响。