基于植物源酶诱导碳酸盐沉淀（EICP）技术的红黏土绿色固化性能及微物理机理研究

《Scientific Reports》：Study on the mechanical properties and resistance to wetting–drying cycles of red clay stabilized by enzyme-induced carbonate precipitation (EICP)

　　

摘要

针对红黏土水敏性强、易受干湿交替作用损害的问题，本研究提出采用植物源酶诱导碳酸盐沉淀（EICP）技术对其进行绿色固化。通过配比优化、三轴剪切及干湿循环等一系列试验，定量评价了固化红黏土的力学性能与耐久性，并结合SEM和EDS试验揭示了其微物理固化机理。结果表明，大豆脲酶在pH 8.0、培养温度55 °C时催化活性最高。当采用最优配比，即脲酶浓度为60 g/L、结固溶液浓度为1.0 mol/L时，所生成的碳酸钙含量最高，无侧限抗压强度（UCS）的提升最为显著。这两个参数之间呈现强正相关关系。力学性能试验结果表明，EICP处理显著提高了固化土的压缩模量。处理土样在剪切破坏过程中表现出典型的应变硬化特征，有效黏聚力由未处理土的18.12 kPa提高至固化土的43.14 kPa。干湿循环耐久性评价显示，经历20次循环后，固化试样的表面裂缝率仅为5.2%，总质量损失小于5%，表现出优异的体积稳定性和抗崩解能力。SEM和EDS分析表明，生物化学反应诱导生成的微米级碳酸钙晶体有效填充了土体内部的毛细渗流通道，并在分散的黏土颗粒间构建了牢固的胶结网络。基于详细的室内试验数据，本研究从根本上阐明了EICP技术有效提升红黏土力学性能与耐久性的内在机理。