1.前言
随着世界范围内的人口增长和社会发展，对建设用地的需求不断增大，建筑用沙和土体加固材料在世界范围内大量使用。风积砂是一种在干旱、半干旱气候下形成的特殊土体，在我国西北沙漠地区广泛分布有大量的风积砂，在建筑材料相对匮乏的地区，就地取材有效利用风积砂作为工程建设材料可以大大减少成本。但因为风积砂具有天然级配不良，孔隙率大，粉粘粒含量少，结构松散，无黏聚力，非塑性显著，抗剪强度低，自稳能力差，不易压实，在外力作用下易松散并产生位移的特点[2]，在作为工程用土时必须先将其进行加固处理。而传统的化学灌浆材料和化学固化剂，大多含有有毒化学物质或在加固过程中会释放大量温室气体（详见表1-1），常常会对地下水造成不可逆的污染、加剧全球温室效应。例如传统无机固化剂多以水泥为基材，通过在土体中混入水泥基固化剂改善沙土的工程性能，提高其相对稳定性和承载力[1]。
但因为水泥基固化剂在固化过程中会释放大量温室气体，需要消耗大量能源，并且伴有大量粉尘。据统计，水泥行业能耗约占工业能源总消耗的12%~15%，CO2排放量约占全球碳排放总量的 7%~10%，是导致温室效应，造成全球气候变暖的重要因素之一。
表1-1 常见化学固化剂的种类及其有害成分[14]
因此，研究一种新型高效环保的土壤加固方法就变得十分迫切。而微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术正适应了这一要求，该技术利用微生物诱导形成的碳酸钙沉淀来进行松散颗粒的胶结，从而改善土体的物理力学性能，使其适用工程需要。与传统方法相比微生物加固土体技术具有较强的渗透性，较高的强度，反应过程可控制，环境友好等优势[4]，广泛运用这一技术加固土体将会带来巨大的环境效益和经济效益。
2．文献综述
2.1微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）机理
微生物矿化是以微生物及其代谢作用所产生的物质成分为研究对象，研究微生物及其产物在不同地质环境下的存在状态、演化过程以及微生物参与下的各种地质地球化学作用目前人类发现的生物矿物中，生物矿化生成的矿物大多以细胞外无机晶体的形式存在 ，还有少部分存在于细胞内，其成分一半以上为钙矿，其中很大一部分可以作为胶体材料。微生物诱导碳酸钙沉淀（microbial induced calcite precipitation，简称 MICP）是自然界中常见的微生物矿化现象，它是某些特定微生物在新陈代谢活动中与含氮有机物发生反应，并结合环境中的钙离子，生成具有黏结作用的碳酸钙结晶[5]。微生物诱导碳酸钙沉淀的方式主要有尿素的水解、硫酸盐还原、反硝化作用、三价铁还原等，其对应的化学反应过程主要有[3]：
（1）产脲酶细菌分解尿素等（富氧条件）：
CO(NH2) 2 2H2O Ca2 → CaCO3 2NH4 （1-1）
（2）脱氮细菌对硝酸盐的反硝化作用（缺氧条件）：
Ca(NO3) 2 3H2 C → CaCO3 3H2O N2 （1-2）
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