黄豆脲酶诱导碳酸钙沉淀多变量试验研究

摘要

植物源脲酶诱导碳酸钙沉淀（enzyme induced carbonate precipitation，简称EICP）可以显著改善砂土的工程力学特性，但在具体操作时，参数取值无对应规范，固化效果有待提升。基于黄豆脲酶，研究了温度、脲酶浓度、尿素浓度、钙浓度、pH值、钙源种类等变量对脲酶活性与碳酸钙沉淀的影响，并进行了沉淀物（碳酸钙晶体）的扫描式电子显微镜（scanning electron microscope，简称SEM）与X射线衍射（X-ray diffraction，简称XRD）测试，在此基础上开展了黄豆脲酶固化砂的无侧限抗压强度与固化效果试验研究。结果表明：脲酶活性随脲酶浓度的增加而线性增长，但存在温度阈值，温度超过阈值后，脲酶将完全失活，且阈值随脲酶浓度的增大而降低；尿素浓度与p H值共同影响脲酶活性，二者存在一个最优组合，当尿素浓度在0.1～1.0mol/L时最优pH值为7，当尿素浓度在1.0～1.5mol/L时最优pH值为8。脲酶是沉淀反应的催化剂，脲酶浓度越高，反应越完全，碳酸钙沉淀率越高；尿素与钙溶液则主要通过掺入量影响碳酸钙沉淀量，掺量比例宜为1:1，且二者浓度与p H值可通过影响脲酶活性来影响碳酸钙的沉淀情况；不同钙源对碳酸钙沉淀量的影响幅度不大。不同钙源沉淀碳酸钙晶体的成分与密度基本相同，但晶体结构差异较大，氯化钙沉淀碳酸钙晶体以块状为主，表面分布球状、类球状晶体，胶结面大，可作为EICP技术中较为理想的钙源。基于黄豆脲酶和氯化钙钙源固化砂的无侧限抗压强度约为掺粉煤灰砂样的6倍，通过SEM图像可发现，沉淀碳酸钙晶体包裹并黏结砂粒成为整体，固化效果非常理想。