微生物矿化加固（如微生物诱导碳酸钙沉淀技术，MICP）的具体操作流程可分为‌菌种选择与培养、载体预埋与裂缝预处理、菌液注射与修复养护、效果评估‌四个核心阶段，结合混凝土裂缝修复场景，详细步骤如下：

‌一、菌种选择与培养‌

1. ‌菌种筛选‌
   选用‌高产脲酶菌‌（如巴氏芽孢杆菌）或‌兼性好氧菌‌（如BacteriaD），其代谢产物可加速CO₂水合反应，生成碳酸根离子（CO₃²⁻）。

• ‌优势‌：巴氏芽孢杆菌在低氧、高温、高污染环境下仍能高效生成碳酸钙，且反应条件易控制。

• ‌应用场景‌：古建筑文物修复、建筑地基加固、边坡防护等。

2. ‌菌液培养‌
   将菌种接种至含尿素、钙源（如CaCl₂）的营养液中，在30℃恒温摇床中培养24-48小时，使菌体浓度达到10⁸-10⁹ CFU/mL。

• ‌关键参数‌：pH值控制在7-9，避免酸性环境抑制菌体活性。

‌二、载体预埋与裂缝预处理‌

1. ‌载体材料选择‌
   采用‌多孔轻质骨料‌（如陶粒、炉渣）作为菌体载体，其表面微孔可阻碍高碱侵蚀性介质侵入，同时为菌体提供生存空间。

• ‌操作方法‌：在0.1MPa负压下真空抽滤吸附菌液，使载体充分吸附菌体，直至无明显气泡上升。

2. ‌裂缝制作与密封‌

• ‌裂缝制作‌：通过“劈裂法”或“嵌入法”制作目标宽度裂缝（如0.5-2mm），并用铁丝固定裂缝宽度。

• ‌裂缝密封‌：沿裂缝长度方向粘贴透明胶带，用玻璃胶密封裂缝底部，防止菌液流失。

‌三、菌液注射与修复养护‌

1. ‌菌液注射‌

• ‌初始阶段‌：注射高浓度菌液（10⁹ CFU/mL），激活休眠菌体。

• ‌后续阶段‌：每隔12小时注射低浓度营养液，维持菌体代谢活性。

• ‌注射方式‌：分阶段注射菌液和营养液（含尿素、CaCl₂）。

• ‌注射量‌：根据裂缝体积计算，确保菌液充分填充裂缝。

2. ‌修复养护‌

• ‌环境条件‌：将试件浸泡于水中，水温维持30℃，并用小型气泵鼓入空气，提供氧气。

• ‌养护时间‌：修复周期通常为5-40天，具体时间取决于裂缝宽度和环境条件。

• ‌修复过程‌：

1. 菌体分泌脲酶，分解尿素生成CO₃²⁻和NH₃。

2. NH₃提高环境pH值，促使HCO₃⁻转化为CO₃²⁻。

3. CO₃²⁻与Ca²⁺结合生成CaCO₃沉淀，填充裂缝。

‌四、效果评估‌

1. ‌裂缝修复形态观察‌
   通过图像记录裂缝形态变化，修复5天后裂缝中开始生成白色CaCO₃沉淀，40天后裂缝几乎完全填充，沉积物与裂缝黏结紧密。

2. ‌力学性能测试‌

• ‌抗渗性‌：修复后混凝土抗渗等级提高1-2级。

• ‌抗压强度‌：修复区域抗压强度恢复至原强度的80%-90%。

• ‌抗氯离子渗透性‌：氯离子扩散系数降低50%-70%。

3. ‌微观结构分析‌
   利用扫描电镜（SEM）观察裂缝中生成物质，CaCO₃晶体呈方解石型，与混凝土基体结合良好。

‌五、典型应用场景‌

1. ‌混凝土裂缝自修复‌
   将菌体和营养液预埋于混凝土中，当裂缝产生时，菌体被激活并生成CaCO₃，实现自修复。

• ‌案例‌：某桥梁工程中，0.5-1mm裂缝修复后，抗渗性提升60%，使用寿命延长10年以上。

2. ‌岩土体加固‌
   通过MICP技术生成CaCO₃胶结砂土颗粒，提升岩土体抗剪强度与抗渗性。

• ‌案例‌：某边坡工程中，处理后砂土抗剪强度提高30%，渗透系数降低2个数量级。

3. ‌污染治理‌
   利用硫酸盐还原菌固定重金属离子（如Pb²⁺、Cd²⁺），形成稳定矿物沉淀。

• ‌案例‌：某铀污染场地修复中，重金属固定效率达90%以上。

‌六、操作要点与注意事项‌

1. ‌环境控制‌

• 温度：5-40℃（最佳25-30℃）。

• pH值：5-9（最佳7-8）。

• 离子强度：0.1-1.0M（Ca²⁺浓度需≥0.1M）。

2. ‌菌体保护‌

• 避免紫外线直射，防止菌体失活。

• 防止重金属毒性抑制菌体代谢。

3. ‌载体优化‌

• 载体孔隙率需≥30%，以确保菌体吸附量。

• 载体强度需≥10MPa，避免修复过程中破碎。

微生物矿化加固通过生物诱导矿化反应，实现了对混凝土裂缝、岩土体及污染场地的绿色修复，具有施工扰动小、环境适应性强、成本低等优势，是未来土木工程领域的重要发展方向。