核磁原位在線表征-細菌誘導碳酸鈣沉淀裂隙修復

分類：#應用案例 #低場核磁 #注漿 #碳酸鈣沉淀 #細菌

隨著城市規模的快速擴張，地面建設空間日益緊張，各類地下工程的開發規模不斷擴大。在復雜地質環境中，特別是軟弱巖層區域，隧道等地下結構的施工往往會對圍巖產生顯著擾動，這種擾動主要表現為應力重分布和原生裂隙的擴展，進而影響巖體的滲流特性和承載能力，嚴重時可能引發巖體失穩等工程災害。

微生物誘導礦化技術（MICP）作為一種新興的巖體加固方法，通過利用特定微生物代謝產生的脲酶催化尿素分解，生成碳酸根離子與鈣離子結合形成碳酸鈣沉淀，從而改善巖土介質的工程特性。與傳統注漿工藝相比，該技術雖然能有效降低巖體滲透性，但在實際應用中存在礦物沉積不均勻和注漿孔附近易發生堵塞等技術瓶頸。為解決這些問題，需要開發有效的沉積過程監測手段。

在眾多監測技術中，核磁共振技術因其不損傷樣品、無需侵入等優勢，特別適用于追蹤微生物礦化過程中孔隙-裂隙系統的演化規律。該技術能夠精確反映細菌在裂隙網絡中的遷移附著特性及其對碳酸鈣空間分布的控制作用。研究表明，城市地下空間開發面臨的主要難題在于不良地質條件下巖體結構的穩定性控制，而微生物礦化技術為解決這一難題提供了新的思路。

核磁共振表征微生物誘導碳酸鈣沉淀實例：

實驗材料：

巖心：一英寸頁巖。

微生物：巴氏芽孢桿菌

儀器：中尺寸低場核磁共振成像分析儀。

實驗方案：

1.       使用去離子水溶解巴氏芽孢桿菌，注入并飽和巖心，靜置1小時。

2.       使用去離子水對巖心進行清洗，清洗去掉細菌。

3.       重新使用去離子水溶解巴氏芽孢桿菌，注入并飽和巖心，靜置1小時。重復以上過程，共計進行五次循環

4.       對每次循環，注入細菌飽和后的巖心進行核磁共振弛豫測試，記錄數據。

圖：巖心在巴氏芽孢桿菌循環處理中的T2分布

圖中展示了巖心在巴氏芽孢桿菌循環處理中的T2分布。隨著處理循環的增加，T2分布的峰頂點數值逐漸降低，這表明由于微生物誘導發生碳酸鈣沉淀，總孔隙的數量發生減少。實驗證明NMR技術可以用于原位監測MICP過程，對實際工程有指導意義。