Skip to Main Content

Projekty badawcze w sieci VIA CARPATIA

Szczegóły projektu badawczego

Numer umowy
2021/05/X/ST10/01561
Wykonawcy badań/ podległość
Wydział Budownictwa i Nauk o Środowisku
Tytuł
Biocementacja jako nowatorska metoda wzmocnienia gruntów mineralnych i antropogenicznych
Streszczenie
Celem planowanego działania naukowego jest określenie możliwości wzmacniania gruntów przy pomocy procesu biocementacji. Dotychczasowe badania dotyczyły właściwości geotechnicznych gruntów antropogenicznych z dodatkiem ulepszającym, jakim był bentonit (Wasil, 2017 i 2020). Wzmocnienie gruntu zarówno mineralnego, jak i antropogenicznego polega na polepszeniu jego właściwości fizycznych oraz mechanicznych, takich jak: wytrzymałość na ścinanie, moduł ściśliwości oraz właściwości filtracyjne. Niekorzystane warunki gruntowe lub gruntowo-wodne są coraz częściej spotykane w praktyce inżynierskiej. Obejmują one obszary, gdzie zalegają grunty rodzime (grunty niespoiste w stanie luźnym, miękkoplastyczne grunty spoiste, grunty organiczne) oraz tereny po starych wyrobiskach, na których występują nasypy niekontrolowane, czy też wysypiska. Wzmacnianie słabonośnego podłoża gruntowego ma na celu zapobieganie nadmiernemu osiadaniu, nadmiernej przewodności hydraulicznej i występowaniu osuwisk. Wśród metod wzmacniania wymienić można: kolumny piaskowe, wgłębne mieszanie gruntu, stabilizację gruntu dodatkami ulepszającymi, takimi jak wapno, cement i popiół lotny oraz metody mikrobiologiczne (Ivanov i Chu, 2008; Ma i in., 2020). Biocementacja gruntu odbywa się poprzez biomineralizację węglanu wapnia (CaCO3). Węglan wapnia może wytrącać się przy pomocy organizmów żywych poprzez mikrobiologicznie indukowane wytrącanie węglanu wapnia (Microbially Induced Calcite Precipitation – MICP). Do zastosowań inżynieryjnych i technicznych najczęściej stosowany jest proces, który wykorzystuje bakterie ureolityczne (najczęściej Sporosarcina pasteurii) do hydrolizy mocznika w obecności enzymu ureazy wydzielanego przez te bakterie (Whiffin i in., 2007). Pozwala to na wytrącanie CaCO3 bez użycia chemii budowlanej i może być stosowane w warunkach polowych. Planowane działanie naukowe obejmuje wstępne badania parametrów gruntów mineralnych i antropogenicznych ulepszonych poprzez technologię MICP. W tym celu zostaną wykorzystane bakterie, które produkują duże ilości enzymu ureazy oraz roztwory mocznika i jonów Ca2+, niezbędne do przeprowadzenia procesu biomineralizacji gruntu (Krajewska i Raczak, 2019). Wstępne badania obejmą laboratoryjne badania parametrów gruntów bez dodatków ulepszających oraz po zainicjowaniu procesu indukowanego wytrącenia węglanu wapnia – biocementacji gruntu. Zostaną przeprowadzone badania ściśliwości gruntu, wytrzymałości na ścinanie oraz przewodności hydraulicznej przy użyciu aparatury laboratoryjnej, jaką dysponuje Wydział Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej. Planowane jest sprawdzenie aktywności ureazy, aby stwierdzić, że bakterie dodane do gruntu są aktywne. Za pomocą mikrotomografii komputerowej zostaną wykonane zdjęcia w celu poznania i porównania mikrostruktury próbek gruntów przed i po wzmocnieniu. Jest to metoda nieniszcząca i pozwala na obrazowanie dużego obszaru badawczego – uformowanej próbki lub jej wycinka. Rezultaty wykonanych badań pozwolą na przeprowadzenie analizy, w jaki sposób zmieniły się parametry gruntów poddanych procesowi biocementacji oraz jak ilość dodatku bakterii wpływa na właściwości gruntu. 1. Ivanov V., Chu J. (2008). Applications of microorganisms to geotechnical engineering for bioclogging and biocementation of soil in situ. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, Vol. 7, 139–153. 2. Krajewska B., Raczak K. (2019). Podstawy i możliwości wykorzystania procesu biomineralizacji węglanu wapnia. Ochrona Środowiska, Vol. 41, Nr 1, 31–37. 3. Ma G., He X., Jiang X., Liu H., Chu J., Xiao Y. (2020). Strength and permeability of bentonite-assisted biocemented coarse sand. Canadian Geotechnical Journal, Vol. 58, Nr 7, 969–981. 4. Wasil M. (2017). The tensile strength of soils built-in landfill mineral sealing layers. W: Proceedings of the 6th International Young Geotechnical Engineer's Conference: iYGEC6, 2017, Seul, 1–2. 5. Wasil M. (2020). Effect of bentonite addition on the properties of fly ash as a material for landfill sealing layers. Applied Sciences-Basel, Vol. 10, Nr 4, 1–13. 6. Whiffin V.S., van Paassen L.A., Harkes M.P. (2007). Microbial carbonate precipitation as a soil improvement technique. Geomicrobiology Journal, Vol. 24, 417–423.
Program
MINIATURA
Uczelnia
Politechnika Białostocka
Slowa Kluczowe
MICP; biocementacja; biomineralizacja; grunt antropogeniczny; grunt mineralny; wzmacnianie gruntu

Informacje o projekcie

Stopka
Minister Nauki

Zadanie finansowane w ramach zlecenia
Ministra Nauki pod nazwą "Politechniczna Sieć VIA CARPATIA im. Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego" w latach 2022-2025

MNiSW
Wersja: 0.1b Właścicielem i administratorem danych zawartych w bazie danych są uczelnie: Politechnika Rzeszowska, Politechnika Lubelska oraz Politechnika Białostocka. Zaprojektowanie witryny: Paweł Kuraś, Krzysztof Demidowski, Veronika Vanivska
Built with using Oracle APEX