CN105865863A - 用于抗弯试验的生物固土条形梁成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于抗弯试验的生物固土条形梁成型方法，步骤如下：1)准备好模具需要的材料；2)组装切割好的带孔洞的有机玻璃板块；3)制作土工布裁剪需要的轻质模具，按照尺寸裁剪出土工布；4)拆卸下两根横向螺杆；5)将裁剪好的土工布放置在矩形模型腔内，往土工布围成的空腔中添砂土；6)通过两根横向螺杆使两片纵向侧板之间的距离固定；7)往试件中浇入配置好的细菌，再将整个模具放入化学溶液中；8)待反应后形成生物固土条形梁。本发明设置的孔洞方便营养液在模具中通过土工布渗透到泥沙土中，固土效果良好；成型的长方体试件棱角分明、表面平整度高、质地均匀、力学性能稳定，便于后期进行抗弯性能测试的科研试验。

Description

用于抗弯试验的生物固土条形梁成型方法

技术领域

本发明涉及一种生物固土条形梁成型方法，尤其涉及一种用于抗弯试验的生物固土条形梁成型方法。

背景技术

我国正处于经济高速发展时期，对建设用地的需求不断扩大，需要更多的基础设施建设来满足人们的生产和生活需求，而当今建设用地资源十分有限，这需要对不能满足工程需求的土地或沙地加以固化和改良。传统的土壤改良方法，往往需要添加一系列有污染性的化学成分，可能带来水质污染问题甚至影响人体健康。

项目组所在的科研团队正在研究新型环境友好的土壤和砂地加固技术，利用自然界广泛存在的生物矿化过程的一种，微生物诱导碳酸钙沉淀法，即根据尿素水解微生物诱导碳酸钙沉淀机理，从生物反应物(尿素、NH₄ ⁺、Ca²⁺钙离子浓度)、催化剂(细菌和脲酶浓度)和反应浓度(PH值和温度)对尿素进行水解，在土壤和砂地中产生碳酸钙沉淀，进而对土壤和砂地进行固化，此方法也称为生物固土法。

由于微生物诱导碳酸钙沉淀法机理简单，快速高效，容易控制，环境耐候性好，项目组所在的科研团队正设想将这一技术应用于建筑材料中，即通过这种方法来生产修建房屋需要的砖块或砌块。根据人类生产和科学研究的规律，在进行实际工程应用前需对新型产品进行大量的力学性能测试，如对新型材料梁的抗弯性能试验，为将这一技术进行实际应用提供基础数据和科学依据，以确保基础设施和房屋的安全可靠。

如何利用生物固土的原理快速将条形梁生产出来，一直是困扰科研工作者的一个难题，基于此，设计了一种生物固土的条形梁成型方法，为后期科研试验奠定基础。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种用于抗弯试验的生物固土条形梁成型方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

用于抗弯试验的生物固土条形梁成型方法，该方法包括如下步骤：

1)准备好模具需要的材料：在有机玻璃平板上钻孔或购买现成有孔洞的有机玻璃，有机玻璃上的孔洞错位排列；再用木工锯条将有机玻璃切割成板块，板块包括两片纵向侧板、一片底板、两片端板、两片纵向侧板定位板和两片端板定位板；再准备两根纵向螺杆、两根横向螺杆、八根短螺杆和多个螺母；

2)组装切割好的带孔洞的有机玻璃板块：

2.1)先将两片纵向侧板定位板和两片端板定位板平行放置在底板上并分别靠近底板的四侧，两片纵向侧板定位板和两片端板定位板分别通过短螺杆和螺母固定在底板上；

2.2)两片纵向侧板分别竖直放置在底板上，并分别靠在两片纵向侧板定位板的内侧；两片端板竖直放置在底板上，并分别靠在两片端板定位板的内侧，两片端板压着两片纵向侧板的端部；

2.3)两根纵向螺杆分别位于两片纵向侧板的外侧，两根纵向螺杆的两端分别穿过两片端板，两根纵向螺杆的两端上分别拧紧螺母，通过拧紧螺母使两片端板压紧两片纵向侧板；

2.4)两片纵向侧板的顶部分别设置两个凹槽，两根横向螺杆分别横向放置在两片纵向侧板顶部的凹槽内，两根横向螺杆的两端、且位于纵向侧板的内侧和外侧分别旋套上螺母，横向螺杆端部的两个螺母卡在对应的纵向侧板上，通过调节两根横向螺杆上的螺母进而调节两片纵向侧板之间的距离，使两片纵向侧板、两片端板和一片底板组成立体的矩形模型腔；

3)制作土工布裁剪需要的轻质模具：用轻质材料制作轻质模型，轻质模型的长度和宽度与矩形模型腔的长度和宽度相等，轻质模型的高度低于矩形模型腔的高度，然后按照轻质材料的尺寸裁剪出土工布；

4)旋松两根横向螺杆两端上的螺母，拆卸下两根横向螺杆；

5)将裁剪好的土工布缝制好除顶盖以外的接缝，并将其放置在矩形模型腔内，往土工布围成的空腔中添砂土，最后缝制土工布顶盖；

6)将两根横向螺杆分别横向放置在两片纵向侧板顶部的凹槽内，再通过两根横向螺杆两端上的螺母使两片纵向侧板之间的距离固定，此时试件制作完成；

7)往试件中浇入配置好的细菌，等细菌将整个砂土全部浇透润湿后，再将整个模具放入化学溶液中，并导入空气以增加氧气成份，能达到提高催化剂和营养液的反应速度的目的；

8)待反应7天后，土工布内形成条形梁，条形梁在砂土内部形成大量的碳酸钙，将试件从反应液中取出，松开两根纵向螺杆和两根横向螺杆上的螺母，松动后将两片纵向侧板和两片端板取出，拆开土工布便可获得成型后表面平整，内部质地均匀，强度高的生物固土条形梁。

作为本发明的一种优选方案，两根纵向螺杆、两根横向螺杆、八根短螺杆和螺母均缠绕防水的塑料纸或水胶带。

作为本发明的另一种优选方案，底板下部的螺母高度大于短螺杆伸出底板下部的长度，底板下部的螺母作为模具的支座。

作为本发明的又一种优选方案，化学溶液由尿素、NH₄ ⁺和Ca²⁺钙离子混合后添加至水中形式的营养液。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、在有机玻璃中设置了很多孔洞，方便营养液在模具中通过土工布渗透到泥沙土中，产生大量CaCO₃，固土效果良好。

2、通过螺杆和螺母将有机玻璃片连接，可实现灵活安装、成型可靠，在反应容器的试件成型后，能快速方便拆卸模具，对新成型的试件没有影响。

3、在有机玻璃中设置小孔，可根据试验需要灵活修改模型的尺寸。

4、利用有机玻璃表面的平整度和孔洞的良好的透水性，化学反应后成型的长方体试件棱角分明、表面平整度高、质地均匀、力学性能稳定，便于后期进行抗弯性能测试的科研试验。

5、可根据模型的实际大小，调整模型周边的有机玻璃片的大小和螺栓的位置，有效限制四周侧板的位移；通过纵向螺杆的螺栓调节，方便提高模具的整体稳定性。

6、通过纵向侧板上方的螺杆和螺母位置的调节，可精准控制模具的形状，保证模具的几何尺寸，当模具中的模型反应完后，只需从上方取出带螺母的螺杆，迅速拆卸模具。

7、利用轻质材料制作的模具来缝制土工布，能达到尺寸精确、易于成型、提高效率的目的。

附图说明

图1为模具的结构示意图；

图2为轻质模具的结构示意图；

图3为试件浸泡在化学溶液中的结构示意图；

图4为生物固土条形梁的结构示意图。

图中：1—纵向侧板；2—底板；3—端板；4—纵向侧板定位板；5—纵向螺杆；6—横向螺杆；7—短螺杆；8—纸壳；9—土工布；10—化学溶液；11—生物固土条形梁。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

用于抗弯试验的生物固土条形梁成型方法，该方法包括如下步骤：

1)准备好模具需要的材料：在有机玻璃平板上钻孔或购买现成有孔洞的有机玻璃，有机玻璃上的孔洞错位排列(钻孔定位是，孔洞直径为6mm，孔洞间净距为3mm，相邻列孔洞错位排列，形成梅花形状孔洞，此外，孔洞直径和孔洞间净距也可随实际需要修改调整)；再用木工锯条将有机玻璃切割成板块，如图1所示，板块包括两片纵向侧板1(355.6mm×63.5mm)、一片底板2(431.8mm×170.2mm)、两片端板3(154.9mm×63.5mm)、两片纵向侧板定位板4(172.7mm×25.4mm)和两片端板定位板(76.2mm×25.4mm)；再准备两根纵向螺杆5

(400mm)、两根横向螺杆6(110mm)、八根短螺杆7(30mm)和多个螺母。为防止其受化学物质的腐蚀，两根纵向螺杆5、两根横向螺杆6、八根短螺杆7和螺母均缠绕防水的塑料纸或水胶带。

2)组装切割好的带孔洞的有机玻璃板块：

2.1)先将两片纵向侧板定位板4和两片端板定位板平行放置在底板2上并分别靠近底板2的四侧，两片纵向侧板定位板4和两片端板定位板分别通过短螺杆7和螺母固定在底板2上。底板2下部的螺母高度大于短螺杆7伸出底板2下部的长度，底板2下部的螺母作为模具的支座。

2.2)两片纵向侧板1分别竖直放置在底板2上，并分别靠在两片纵向侧板定位板4的内侧；两片端板3竖直放置在底板2上，并分别靠在两片端板定位板的内侧，两片端板3压着两片纵向侧板1的端部。

2.3)两根纵向螺杆5分别位于两片纵向侧板1的外侧，两根纵向螺杆5的两端分别穿过两片端板2，两根纵向螺杆5的两端上分别拧紧螺母，通过拧紧螺母使两片端板3压紧两片纵向侧板1。

2.4)两片纵向侧板1的顶部分别设置两个凹槽，两根横向螺杆6分别横向放置在两片纵向侧板1顶部的凹槽内，两根横向螺杆6的两端、且位于纵向侧板1的内侧和外侧分别旋套上螺母，横向螺杆6端部的两个螺母卡在对应的纵向侧板1上，通过调节两根横向螺杆6上的螺母进而调节两片纵向侧板1之间的距离，以达到防止纵向侧板1倾斜的目的，保证了成型后的模型平整和方正，使两片纵向侧板1、两片端板3和一片底板2组成立体的矩形模型腔，成型后的模具内部尺寸长×宽×高为355.6mm×101.6mm×63.5mm，如图1所示。

3)制作土工布裁剪需要的轻质模具：用轻质材料(如纸壳8)制作轻质模型，轻质模型的长度和宽度与矩形模型腔的长度和宽度相等，轻质模型的高度低于矩形模型腔的高度，为355.6mm×101.6mm×38.1mm，如图2所示；然后按照轻质材料的尺寸裁剪出土工布9。

4)旋松两根横向螺杆6两端上的螺母，拆卸下两根横向螺杆6。

5)将裁剪好的土工布9缝制好除顶盖以外的接缝，并将其放置在矩形模型腔内，往土工布9围成的空腔中添砂土，最后缝制土工布顶盖。

6)为防止两片纵向侧板1的变形，再将两根横向螺杆6分别横向放置在两片纵向侧板顶部的凹槽内，再通过两根横向螺杆6两端上的螺母使两片纵向侧板1之间的距离固定，此时试件制作完成。

7)往试件中浇入配置好的细菌，等细菌将整个砂土全部浇透润湿后，再将整个模具放入化学溶液10中(化学溶液由尿素、NH₄ ⁺和Ca²⁺钙离子混合后添加至水中形式的营养液)，如图3所示，并导入空气以增加氧气成份，能达到提高催化剂和营养液的反应速度的目的。

8)待反应7天后，土工布内形成条形梁，条形梁在砂土内部形成大量的碳酸钙，将试件从反应液中取出，松开两根纵向螺杆和两根横向螺杆上的螺母，松动后将两片纵向侧板和两片端板取出，拆开土工布便可获得成型后表面平整，内部质地均匀，强度高的生物固土条形梁11，如图4所示。该生物固土条形梁11可很好地用于抗弯试验，为后期该技术的推广应用提供基础理论依据。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.用于抗弯试验的生物固土条形梁成型方法，该方法包括如下步骤：

1)准备好模具需要的材料：在有机玻璃平板上钻孔或购买现成有孔洞的有机玻璃，有机玻璃上的孔洞错位排列；再用木工锯条将有机玻璃切割成板块，板块包括两片纵向侧板、一片底板、两片端板、两片纵向侧板定位板和两片端板定位板；再准备两根纵向螺杆、两根横向螺杆、八根短螺杆和多个螺母；

2)组装切割好的带孔洞的有机玻璃板块：

2.1)先将两片纵向侧板定位板和两片端板定位板平行放置在底板上并分别靠近底板的四侧，两片纵向侧板定位板和两片端板定位板分别通过短螺杆和螺母固定在底板上；

2.2)两片纵向侧板分别竖直放置在底板上，并分别靠在两片纵向侧板定位板的内侧；两片端板竖直放置在底板上，并分别靠在两片端板定位板的内侧，两片端板压着两片纵向侧板的端部；

2.3)两根纵向螺杆分别位于两片纵向侧板的外侧，两根纵向螺杆的两端分别穿过两片端板，两根纵向螺杆的两端上分别拧紧螺母，通过拧紧螺母使两片端板压紧两片纵向侧板；

2.4)两片纵向侧板的顶部分别设置两个凹槽，两根横向螺杆分别横向放置在两片纵向侧板顶部的凹槽内，两根横向螺杆的两端、且位于纵向侧板的内侧和外侧分别旋套上螺母，横向螺杆端部的两个螺母卡在对应的纵向侧板上，通过调节两根横向螺杆上的螺母进而调节两片纵向侧板之间的距离，使两片纵向侧板、两片端板和一片底板组成立体的矩形模型腔；

3)制作土工布裁剪需要的轻质模具：用轻质材料制作轻质模型，轻质模型的长度和宽度与矩形模型腔的长度和宽度相等，轻质模型的高度低于矩形模型腔的高度，然后按照轻质材料的尺寸裁剪出土工布；

4)旋松两根横向螺杆两端上的螺母，拆卸下两根横向螺杆；

5)将裁剪好的土工布缝制好除顶盖以外的接缝，并将其放置在矩形模型腔内，往土工布围成的空腔中添砂土，最后缝制土工布顶盖；

6)将两根横向螺杆分别横向放置在两片纵向侧板顶部的凹槽内，再通过两根横向螺杆两端上的螺母使两片纵向侧板之间的距离固定，此时试件制作完成；

7)往试件中浇入配置好的细菌，等细菌将整个砂土全部浇透润湿后，再将整个模具放入化学溶液中，并导入空气以增加氧气成份，能达到提高催化剂和营养液的反应速度的目的；

8)待反应7天后，土工布内形成条形梁，条形梁在砂土内部形成大量的碳酸钙，将试件从反应液中取出，松开两根纵向螺杆和两根横向螺杆上的螺母，松动后将两片纵向侧板和两片端板取出，拆开土工布便可获得成型后表面平整，内部质地均匀，强度高的生物固土条形梁。

2.根据权利要求1所述的用于抗弯试验的生物固土条形梁成型方法，其特征在于：两根纵向螺杆、两根横向螺杆、八根短螺杆和螺母均缠绕防水的塑料纸或水胶带。

3.根据权利要求2所述的用于抗弯试验的生物固土条形梁成型方法，其特征在于：底板下部的螺母高度大于短螺杆伸出底板下部的长度，底板下部的螺母作为模具的支座。

4.根据权利要求1所述的用于抗弯试验的生物固土条形梁成型方法，其特征在于：化学溶液由尿素、NH₄ ⁺和Ca²⁺钙离子混合后添加至水中形式的营养液。