我所唐朝生团队在海岸带微生物防护研究方面取得新进展

近海岸、岛礁中的砂石多是由珊瑚、贝壳及藻类等海洋生物的残骸经过物理和生化作用后形成的钙质砂组成。相较于主要含石英、长石等矿物的河砂，钙质砂的强度、矿物硬度等物理力学指标均较低，并且其内部保留了较多含有大尺寸内孔隙的生物残肢碎屑，造成了钙质砂颗粒间凝聚力较弱，结构松散，在荷载作用下易发生破碎。因此，在海浪洋流以及风荷载等的长期作用下，天然的钙质砂岸坡会逐渐被冲刷侵蚀，从而导致海岸带和岛屿面积的退化。为了进一步保护和合理开发海洋资源，迫切需要一种高效、环保、可持续的方法海岸带钙质砂进行固化。然而，鉴于对海洋生态系统的保护以及钙质砂自身物理力学特性的考虑，传统的物理夯实和化学注浆等方法均具有一定的局限性。

 为此，我所唐朝生教授课题组基于大量室内试验研究了联合微生物矿化(MICP)和纤维加筋技术固化海岸带钙质砂的可行性。试验发现存在于钙质砂内部的大孔隙为MICP过程中化学溶液的流动提供了便捷通道，有利于胶结物(碳酸钙)的生成，使松散的砂颗粒胶联成具有良好力学性质的整体。纤维的掺入一方面为化学物质在砂内部的附着提供更多的区域，促进MICP过程生成碳酸钙的产量；另一方面，可在砂体内部形成更为致密的“砂-碳酸钙-纤维-碳酸钙-砂”的骨架，其中“碳酸钙-纤维”界面上的化学胶结作用能进一步提高钙质砂的整体力学强度。通过引入抗拉强度评价指标，定量分析了MICP-纤维加筋耦合作用改性钙质砂的力学性能，并建立了相应的理论模型。

图1 MICP-纤维加筋固化海洋钙质砂机理示意图

本研究论证了联合MICP和纤维加筋技术固化海岸带钙质砂的可行性，揭示了两种技术在固化过程中的优势互补和相互作用机制，有望为未来海岸带、岛礁防护提供新的技术思路(图1)。相关研究成果近期以“Tensile behavior of bio-cemented, fiber-reinforced calcareous sand from coastal zone”为题，发表于工程地质学领域顶级期刊Engineering Geology (https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2021.106390) 上，论文第一作者为我所硕士研究生曾浩，唐朝生教授为通讯作者。论文研究工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金的资助。

论文下载链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013795221004014