CN108867611B - 一种利用改性蛋白质夯实蒙脱土加固砂质粘土的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用改性蛋白质夯实蒙脱土加固砂质粘土的方法，属于地基加固技术领域。本发明首先以豆浆作为原料，提取得到蛋白质薄膜，通过碱液改性蛋白质，将极性的紧密蛋白质分子分散，暴露出更多的蛋白质亚基，得到蛋白质分散液，再将蛋白质分散液和铁盐以及铜盐混合反应得到改性蛋白质，接着将蒙脱土和六偏磷酸钠以及腐植酸混合后在高温高压下反应，得到改性蒙脱土，最后将改性蛋白质和改性蒙脱土混合后对待加固地基进行注浆、夯实即完成加固，利用本发明对砂质粘土加固方法加固砂质粘土后，土体pH不变，并且土体持水能力增强，土体力学强度变高，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用改性蛋白质夯实蒙脱土加固砂质粘土的方法，属于地基加固技术领域。
背景技术
砂质黏土是介于粘土和砂土之间的一种地基土，其质地松软，容易破裂，不能直接用于工程建设，因此需要对其进行加固处理，常用的传统加固材料主要有水泥、石灰、粉煤灰、矿渣和沥青材料等，这些添加剂在改变土体矿物成分、提高加固土体强度和耐久性的同时也对环境造成一定的危害。 水泥、石灰等传统固化剂改变了土体的pH值，形成了一定范围的侵蚀环境，对周围植被、地下水均产生了一定的影响。传统加固材料处理土体的pH值约为9，土体呈碱性对水泥强度和钢结构寿命产生一定的威胁。随着固化材料掺量和养护龄期增加，土体中离子交换能力和电导率逐渐降低，固化土持水能力减弱、营养元素含量降低。传统加固材料处理的土体常表现出一定的脆性特征，加固层容易开裂，地基不牢固，力学强度降低。
因此，研究新型、高效和环境友好的新型加固砂质粘土的方法，对于地基加固技术领域具有积极的意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前传统的利用水泥、石灰、粉煤灰、矿渣和沥青材料加固砂质粘土后，土体pH被改变，并且土体持水能力减弱，土体常表现出一定的脆性特征，加固层容易开裂，地基不牢固，力学强度降低的缺陷，提供了一种利用改性蛋白质夯实蒙脱土加固砂质粘土的方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种利用改性蛋白质夯实蒙脱土加固砂质粘土的方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）取新鲜豆浆倒入锅中加热煮沸，将煮沸的豆浆倒入不锈钢托盘中，将托盘放入冰箱，静置后待豆浆表面自然凝结成一层蛋白质薄膜，用镊子镊取得到蛋白质薄膜；
（2）将上述蛋白质薄膜和质量分数为10%的氢氧化钠溶液混合后装入研磨罐中，研磨20～30min，研磨结束后用浓度为1mol/L盐酸调节pH至中性，得到蛋白质分散液，将蛋白质分散液和硝酸铜以及硫酸铁混合后放入反应釜中，在常温下搅拌反应，得到改性蛋白质，备用；
（3）将蒙脱土和六偏磷酸钠以及腐植酸混合后装入高压反应釜中，搅拌反应后出料，得到改性蒙脱土；
（4）将备用的改性蛋白质和上述改性蒙脱土以及水混合后放入搅拌机中，搅拌混合15～20min后得到加固浆料，在待加固的砂质粘土地基上用打孔机在每平方米面积上均匀打出3～5个孔洞；
（5）待上述打孔完成后，将加固浆料注入孔洞中，直至将孔洞完全注满，待加固浆料注入完毕后用压路机对河堤表面进行碾压3～5遍，碾压结束后，每天向加固地基表面淋水养护3～5天，即可完成对砂质粘土的加固。
步骤（1）中所述的加热煮沸的时间为5～10min，静置的温度为4～6℃，静置的时间为10～15min。
步骤（2）中所述的蛋白质薄膜和质量分数为10%的氢氧化钠溶液的质量比为1:5，蛋白质分散液和硝酸铜以及硫酸铁的质量比为10:1:1，搅拌反应的转速而400～500r/min，搅拌反应的时间为30～40min。
步骤（3）中所述的蒙脱土和六偏磷酸钠以及腐植酸的质量比为20:1:2，搅拌反应的压力为1.5～1.7MPa，搅拌反应的温度为200～300℃，搅拌反应的转速为100～200r/min，搅拌反应的时间为1～2h。
步骤（4）中所述的改性蛋白质和改性蒙脱土以及水的质量比为1:2:10，孔洞的深度为40～50cm，孔洞的直径为15～20cm。
步骤（5）中所述的淋水养护的淋水量为1～2L/m3。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先以豆浆作为原料，提取得到蛋白质薄膜，通过碱液改性蛋白质，将极性的紧密蛋白质分子分散，暴露出更多的蛋白质亚基，得到蛋白质分散液，再将蛋白质分散液和铁盐以及铜盐混合反应得到改性蛋白质，接着将蒙脱土和六偏磷酸钠以及腐植酸混合后在高温高压下反应，得到改性蒙脱土，最后将改性蛋白质和改性蒙脱土混合后对待加固地基进行注浆、夯实即完成加固，本发明利用从豆浆中提取出的蛋白质来络合高价金属离子，得到改性后的蛋白质，接着将蒙脱土和具有金属离子螯合性的六偏离酸钠以及有机质腐植酸混合后，在高温高压的催化条件下反应，使得蒙脱土中部分金属离子离开原有的晶格位置进入腐植酸有机相，晶格上产生空穴，空穴产生是的蒙脱土表面带正电荷，以改性蛋白质和改性蒙脱土混合后作为加固材料，在加固时，其中的改性蛋白质首先水解出高价阳离子并与砂质粘土中低价阳离子置换，砂质粘土颗粒表面双电层厚度减小，土层间距减小，其次，砂质粘土颗粒表面带有一定量的负电荷，由于静电引力作用，带正电的改性蒙脱土被吸引至土颗粒表面，形成胶结物质并填充孔隙，最后，砂质粘土颗粒间以摩擦联结和物理联结两种方式联系起来，形成更为致密的土体结构，达到加固砂质粘土的目的，增加了土体的机械强度，本发明所用加固填料使用后可保持原土质pH不变，且其中的蛋白质成分中富含亲水基团，用其作为加固材料，可以提高土体的持水能力，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
取新鲜豆浆倒入锅中加热煮沸5～10min，将煮沸的豆浆倒入不锈钢托盘中，将托盘放入冰箱，在4～6℃下静置10～15min后待豆浆表面自然凝结成一层蛋白质薄膜，用镊子镊取得到蛋白质薄膜；将蛋白质薄膜和质量分数为10%的氢氧化钠溶液按质量比为1:5混合后装入研磨罐中，研磨20～30min，研磨结束后用浓度为1mol/L盐酸调节pH至中性，得到蛋白质分散液，将蛋白质分散液和硝酸铜以及硫酸铁按质量比为10:1:1混合后放入反应釜中，在常温下以400～500r/min的转速搅拌反应30～40min，得到改性蛋白质，备用；将蒙脱土和六偏磷酸钠以及腐植酸按质量比为20:1:2混合后装入高压反应釜中，在压力为1.5～1.7MPa的条件下升高反应釜温度至200～300℃，以100～200r/min的转速搅拌反应1～2h后出料，得到改性蒙脱土；将备用的改性蛋白质和改性蒙脱土以及水按质量比为1:2:10混合后放入搅拌机中，搅拌混合15～20min后得到加固浆料，在待加固的砂质粘土地基上用打孔机在每平方米面积上均匀打出3～5个深度为40～50cm，直径为15～20cm的孔洞；待打孔完成后，将加固浆料注入孔洞中，直至将孔洞完全注满，待加固浆料注入完毕后用压路机对河堤表面进行碾压3～5遍，碾压结束后，每天向加固地基表面按淋水量为1～2L/m3淋水养护3～5天，即可完成对砂质粘土的加固。
实例1
取新鲜豆浆倒入锅中加热煮沸5min，将煮沸的豆浆倒入不锈钢托盘中，将托盘放入冰箱，在4℃下静置10min后待豆浆表面自然凝结成一层蛋白质薄膜，用镊子镊取得到蛋白质薄膜；将蛋白质薄膜和质量分数为10%的氢氧化钠溶液按质量比为1:5混合后装入研磨罐中，研磨20min，研磨结束后用浓度为1mol/L盐酸调节pH至中性，得到蛋白质分散液，将蛋白质分散液和硝酸铜以及硫酸铁按质量比为10:1:1混合后放入反应釜中，在常温下以400r/min的转速搅拌反应30min，得到改性蛋白质，备用；将蒙脱土和六偏磷酸钠以及腐植酸按质量比为20:1:2混合后装入高压反应釜中，在压力为1.5MPa的条件下升高反应釜温度至200℃，以100r/min的转速搅拌反应1h后出料，得到改性蒙脱土；将备用的改性蛋白质和改性蒙脱土以及水按质量比为1:2:10混合后放入搅拌机中，搅拌混合15min后得到加固浆料，在待加固的砂质粘土地基上用打孔机在每平方米面积上均匀打出3个深度为40cm，直径为15cm的孔洞；待打孔完成后，将加固浆料注入孔洞中，直至将孔洞完全注满，待加固浆料注入完毕后用压路机对河堤表面进行碾压3遍，碾压结束后，每天向加固地基表面按淋水量为1L/m3淋水养护3天，即可完成对砂质粘土的加固。
实例2
取新鲜豆浆倒入锅中加热煮沸8min，将煮沸的豆浆倒入不锈钢托盘中，将托盘放入冰箱，在5℃下静置13min后待豆浆表面自然凝结成一层蛋白质薄膜，用镊子镊取得到蛋白质薄膜；将蛋白质薄膜和质量分数为10%的氢氧化钠溶液按质量比为1:5混合后装入研磨罐中，研磨25min，研磨结束后用浓度为1mol/L盐酸调节pH至中性，得到蛋白质分散液，将蛋白质分散液和硝酸铜以及硫酸铁按质量比为10:1:1混合后放入反应釜中，在常温下以450r/min的转速搅拌反应35min，得到改性蛋白质，备用；将蒙脱土和六偏磷酸钠以及腐植酸按质量比为20:1:2混合后装入高压反应釜中，在压力为1.6MPa的条件下升高反应釜温度至250℃，以150r/min的转速搅拌反应1h后出料，得到改性蒙脱土；将备用的改性蛋白质和改性蒙脱土以及水按质量比为1:2:10混合后放入搅拌机中，搅拌混合18min后得到加固浆料，在待加固的砂质粘土地基上用打孔机在每平方米面积上均匀打出4个深度为45cm，直径为18cm的孔洞；待打孔完成后，将加固浆料注入孔洞中，直至将孔洞完全注满，待加固浆料注入完毕后用压路机对河堤表面进行碾压4遍，碾压结束后，每天向加固地基表面按淋水量为2L/m3淋水养护4天，即可完成对砂质粘土的加固。
实例3
取新鲜豆浆倒入锅中加热煮沸10min，将煮沸的豆浆倒入不锈钢托盘中，将托盘放入冰箱，在6℃下静置15min后待豆浆表面自然凝结成一层蛋白质薄膜，用镊子镊取得到蛋白质薄膜；将蛋白质薄膜和质量分数为10%的氢氧化钠溶液按质量比为1:5混合后装入研磨罐中，研磨30min，研磨结束后用浓度为1mol/L盐酸调节pH至中性，得到蛋白质分散液，将蛋白质分散液和硝酸铜以及硫酸铁按质量比为10:1:1混合后放入反应釜中，在常温下以500r/min的转速搅拌反应40min，得到改性蛋白质，备用；将蒙脱土和六偏磷酸钠以及腐植酸按质量比为20:1:2混合后装入高压反应釜中，在压力为1.7MPa的条件下升高反应釜温度至300℃，以200r/min的转速搅拌反应2h后出料，得到改性蒙脱土；将备用的改性蛋白质和改性蒙脱土以及水按质量比为1:2:10混合后放入搅拌机中，搅拌混合20min后得到加固浆料，在待加固的砂质粘土地基上用打孔机在每平方米面积上均匀打出5个深度为50cm，直径为20cm的孔洞；待打孔完成后，将加固浆料注入孔洞中，直至将孔洞完全注满，待加固浆料注入完毕后用压路机对河堤表面进行碾压5遍，碾压结束后，每天向加固地基表面按淋水量为2L/m3淋水养护5天，即可完成对砂质粘土的加固。
对照例
以石灰作为加固材料加固砂质粘土作为对照例
对本发明加固的砂质粘土和对照例加固的砂质粘土进行性能检测，检测结果如表1所示：
表1 性能检测结果
由上表中检测数据可以看出，利用本发明对砂质粘土加固方法加固砂质粘土后，土体pH不变，并且土体持水能力增强，土体力学强度变高，具有广阔的应用前景。
Claims (6)
1.一种利用改性蛋白质夯实蒙脱土加固砂质粘土的方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）取新鲜豆浆倒入锅中加热煮沸，将煮沸的豆浆倒入不锈钢托盘中，将托盘放入冰箱，静置后待豆浆表面自然凝结成一层蛋白质薄膜，用镊子镊取得到蛋白质薄膜；
（2）将上述蛋白质薄膜和质量分数为10%的氢氧化钠溶液混合后装入研磨罐中，研磨20～30min，研磨结束后用浓度为1mol/L盐酸调节pH至中性，得到蛋白质分散液，将蛋白质分散液和硝酸铜以及硫酸铁混合后放入反应釜中，在常温下搅拌反应，得到改性蛋白质，备用；
（3）将蒙脱土和六偏磷酸钠以及腐植酸混合后装入高压反应釜中，搅拌反应后出料，得到改性蒙脱土；
（4）将备用的改性蛋白质和上述改性蒙脱土以及水混合后放入搅拌机中，搅拌混合15～20min后得到加固浆料，在待加固的砂质粘土地基上用打孔机在每平方米面积上均匀打出3～5个孔洞；
（5）待上述打孔完成后，将加固浆料注入孔洞中，直至将孔洞完全注满，待加固浆料注入完毕后用压路机对河堤表面进行碾压3～5遍，碾压结束后，每天向加固地基表面淋水养护3～5天，即可完成对砂质粘土的加固。
2.根据权利要求1所述的一种利用改性蛋白质夯实蒙脱土加固砂质粘土的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的加热煮沸的时间为5～10min，静置的温度为4～6℃，静置的时间为10～15min。
3.根据权利要求1所述的一种利用改性蛋白质夯实蒙脱土加固砂质粘土的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的蛋白质薄膜和质量分数为10%的氢氧化钠溶液的质量比为1:5，蛋白质分散液和硝酸铜以及硫酸铁的质量比为10:1:1，搅拌反应的转速而400～500r/min，搅拌反应的时间为30～40min。
4.根据权利要求1所述的一种利用改性蛋白质夯实蒙脱土加固砂质粘土的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的蒙脱土和六偏磷酸钠以及腐植酸的质量比为20:1:2，搅拌反应的压力为1.5～1.7MPa，搅拌反应的温度为200～300℃，搅拌反应的转速为100～200r/min，搅拌反应的时间为1～2h。
5.根据权利要求1所述的一种利用改性蛋白质夯实蒙脱土加固砂质粘土的方法，其特征在于：步骤（4）中所述的改性蛋白质和改性蒙脱土以及水的质量比为1:2:10，孔洞的深度为40～50cm，孔洞的直径为15～20cm。
6.根据权利要求1所述的一种利用改性蛋白质夯实蒙脱土加固砂质粘土的方法，其特征在于：步骤（5）中所述的淋水养护的淋水量为1～2L/m3。
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