La inmovilización por ingeniería de procesos de los biocatalizadores ureolíticos en la diatomita para la...

Área de la Ciencia:

• Ingeniería Geotécnica Ingeniería Geotécnica.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Microbiología Microbiología.

Sus antecedentes:

• Las arcillas problemáticas requieren estabilización para la construcción, comúnmente utilizando cal.
• La estabilización de la cal se enfrenta a limitaciones como el lento aumento de la fuerza, la fragilidad y la mala densificación, especialmente en condiciones alcalinas.
• Los métodos existentes carecen de un enfoque integral para abordar estas limitaciones simultáneamente.

Objetivo del estudio:

• Investigar los efectos sinérgicos de la integración de la precipitación de carbonato de calcio inducida microbialmente (MICP) ureolítico inmovilizado por diatomita con la estabilización de cal para arcillas problemáticas.
• Para mejorar las propiedades mecánicas, incluyendo la resistencia, ductilidad y durabilidad, de las arcillas estabilizadas con cal.
• Para dilucidar los mecanismos microestructurales responsables de las mejoras de rendimiento observadas.

Principales métodos:

• Se prepararon mezclas de arcilla problemática con cal hidratada y diferentes porcentajes de diatomita o un agente microbiano a base de diatomita.
• El MICP ureolítico fue inducido utilizando una solución de cloruro de urea y calcio para facilitar la precipitación de carbonato de calcio.
• Las propiedades mecánicas se evaluaron utilizando fuerza de compresión no confinada, pruebas triaxiales y velocidad de pulso ultrasónico.
• Se llevaron a cabo análisis microstruturales y de fase utilizando microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X y análisis termogravimétrico.

Principales resultados:

• Se observaron mejoras dependientes de la dosis en la resistencia a la compresión no confinada, con tratamientos microbianos que superaron significativamente a los grupos de solo diatomita.
• Las pruebas triaxiales revelaron aumentos sustanciales en la cohesión y el ángulo de fricción interna, lo que indica una mayor resistencia a la cizalla.
• La velocidad del pulso ultrasónico aumentó con la edad de curado, lo que significa una mejor integridad y densificación de la matriz.
• El análisis microestructural mostró la formación de una red de cementación a escala múltiple que comprende silicato de calcio hidrato (C-S-H) y carbonato de calcio (CaCO3), encapsulando la diatomita y densificando la matriz de arcilla.
• Los modos de falla cambiaron de fragilidad a través de grietas a grietas difusas más dúctiles con abultamiento.

Conclusiones:

• La integración del MICP ureolítico con la estabilización de la cal crea un efecto sinérgico, mejorando significativamente las propiedades mecánicas de las arcillas problemáticas.
• La red de cementación a escala múltiple desarrollada, formada por reacciones pozzolánicas y mineralización microbiana, mejora la resistencia, la ductilidad y la integridad estructural.
• Este enfoque ofrece una estrategia prometedora para optimizar las técnicas de estabilización de la cal y desarrollar sistemas avanzados de arcilla mejorada por cementación para diversas aplicaciones de ingeniería.