传统岩土加固材料（如水泥、石灰）的应用往往伴随着高能耗、高碳排放及生态环境破坏等问题。为响应“双碳”目标与生态文明建设需求，低碳可持续的新型加固技术迫在眉睫。酶诱导碳酸钙沉淀（EICP）技术利用脲酶催化尿素水解，促使碳酸钙（CaCO3）在土颗粒间沉淀胶结，是绿色岩土工程领域备受瞩目的前沿方向。然而，由于游离酶在土体孔隙中缺乏固定的异质成核位点，CaCO₃的生成往往呈现无序状态且分布极不均匀，严重制约了该技术的宏观加固效能与工程化应用。

近日，东南大学丁建文教授团队在ENGINEERING Structure and Civil Engineering期刊上发表了一篇题为“Mechanistic insights into the strength and slaking resistance enhancement of biocemented sand through xanthan gum-assisted CaCO₃ nucleation”的研究论文。该研究创新性地引入黄原胶（XG）辅助EICP过程，揭示了其通过“增强酶滞留”与“诱导成核”的双重机制，显著提升了生物胶结砂的无侧限抗压强度（UCS）与抗崩解性能，为绿色岩土工程提供了新的理论依据与技术路径。

图1.砂土的基本物理性质

引入黄原胶：从“简单混合”到“双重赋能”

为攻克EICP成核难、效率低的瓶颈，研究团队创造性地引入了天然生物聚合物——XG。XG是一种由野油菜黄单胞菌分泌的阴离子多糖，具有良好的增粘性和丰富的负电官能团。研究的核心思路并非简单混合，而是利用XG实现对EICP过程的“双重赋能”。首先，利用XG的高粘度，将脲酶溶液更有效地滞留在砂颗粒的接触点和表面凹陷等低能位点，防止其在后续胶结液注入时被置换冲走。更重要的是，XG分子链上带负电的羧酸根基团能像“触手”一样主动吸附溶液中的钙离子（Ca²⁺），为CaCO₃的结晶提供了大量、均匀的异质成核位点。通过一系列不同XG浓度的对比试验，包括UCS测试、超声振荡抗崩解测试以及微观表征，团队系统验证了这一巧妙策略的有效性。

图2.不同加固方法下砂土的胶结机理

图3.XG的主要分子结构

宏观性能跃升与微观胶结机制

宏观力学测试验证了该策略的有效性。测试显示，随着XG浓度从0增至2g/L，生物胶结砂的UCS从121.10kPa飙升至231.05kPa，增幅高达90.8%，同时材料的抗崩解性也显著增强，平均崩解指数（SI）从2.588降至1.323。微观分析揭示了性能飞跃的根源：扫描电镜-能谱分析（SEM-EDS）结果显示，加入XG后，原本稀疏的Ca元素分布变得高度富集，尤其在颗粒接触点形成了更大、更厚的CaCO₃团聚体，构建起牢固的“微桥”。X射线衍射（XRD）分析进一步确认，尽管XG轻微抑制了亚稳态球霰石向稳态方解石的转化，但总体CaCO₃生成量的增加占据了主导地位。研究还发现，UCS与CaCO₃含量呈指数正相关，而SI则呈指数负相关，定量化地证明了提高有效CaCO₃生成量是性能改善的关键。

图4.不同XG浓度下生物胶结砂的微观结构：(a) XG0 100×；(b) XG0 400×；(c) XG0 1000×；(d) XG5 100×；(e) XG5 400×；(f) XG5 1000×；(g) XG10 100×；(h) XG10 400×；(i) XG10 1000×；(j) XG15 100×；(k) XG15 400×；(l) XG15 1000×；(m) XG20 100×；(n) XG20 400×；(o) XG20 1000×

图5.生物胶结砂在超声振荡作用下的崩解过程

响应“双碳”战略，直击工程耐久性痛点

这项研究的突破不仅在于理论层面的创新，更在于其与工程实际和国家战略的深度契合。在“双碳”目标指引下，利用可再生的XG辅助EICP技术替代高碳排的传统水泥基材料，为边坡防护、防风固沙等工程提供了一条真正的绿色低碳路径。更为关键的是，该研究直击水利、交通基础设施长期面临的“水致侵蚀与崩解破坏”痛点。这种兼顾强度提升与抗崩解增强的“双重赋能”策略，赋予了材料在复杂水环境下长期服役的卓越耐久性。加之该工艺相对简单、材料来源广泛，具备极高的经济性与推广潜力。可以说，该研究不仅为EICP技术的工程化落地夯实了基础，更为未来绿色岩土工程的发展开辟了广阔的创新空间。（来源：EngineeringJournals微信公众号）

相关论文信息：https://journal.hep.com.cn/fsce/EN/10.1007/s11709-026-1293-9