CN110820454A - 一种透水性土基固化液及其在透水性土基制备中的应用 - Google Patents

一种透水性土基固化液及其在透水性土基制备中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种透水性土基固化液，所述的透水性土基固化液由脲酶溶液和粘结液配制而成，其中脲酶溶液和粘结液的体积比为1:1～3:2。与现有技术相比，采用本发明中透水性土基固化液处理后的土基具有优良的强度，能够满足路基的承载力要求，并且具有较高的透水系数，即使在强降雨天气下，也能够满足雨水的入渗要求；本发明中透水性土基固化液处理方法兼顾土基力学性能和水文性能，能够进一步拓展透水路面的潜在应用范围；直接采用人工合成的生物酶，与采用细菌等微生物相比，具体实施时的操作条件易于控制，无需考虑微生物的失活问题，稳定性高。

Description

一种透水性土基固化液及其在透水性土基制备中的应用
技术领域
本发明涉及公路建造工程领域，一种透水性土基固化液及其在透水性土基制备中的应用。
背景技术
全透水路面允许雨水进入路面甚至路基，水分对结构层材料的浸润与冲刷使得整个结构体变得软弱从而丧失稳定性，其中受水分影响最大的部分就是土基。在水和荷载的综合作用下，土基很容易丧失整体强度和稳定性，从而造成整个路面结构的失稳破坏。因此，有必要探索能够在满足渗透性能的前提下兼顾承载能力的透水铺装土基材料加固方法。常见的土基改良技术包括掺加天然或合成材料、化学灌浆法以及采用砂桩或碎石桩加固等技术，目前采用较多的是化学改良方法，其中掺入水泥加固后形成的水泥土因其具有高强度、低压缩性和低渗透性等特点，得到广泛的应用，但其渗透性显然不能满足透水路面通过路基排水的功能需求。微生物诱导碳酸盐沉积技术在混凝土、砂浆等材料中的应用展现了优异的效果，但限于工艺复杂等原因而在低压实度、高含水率路基土的研究与应用较少，需寻找更为简便的微生物改善土壤方法并对透水性土基进行进一步研究。
专利号201810024719.7公开了“拜耳法赤泥路基微生物固化方法及应用方法”，将含巴氏芽孢杆菌的微生物菌液与路基充分混合，并灌入营养液和胶结液，利用巴氏芽孢杆菌在赤泥孔隙中生成碳酸钙结晶，实现对赤泥的固化。但巴氏芽孢杆菌作为一种微生物细菌，其活性和数量受很多因素影响，在培养的过程中往往会急剧减少和死亡，从而使得固化效果远远低于预期标准。此外，该专利并没有考虑该固化方法对土基透水性能的影响。
专利号201810658578.4公开了“一种基于生物胶结的道路路基击实方法”，同样采用了巴氏芽孢杆菌、掺入尿素和氯化钙的方法，但是工艺更为复杂，不易控制。
专利号201710977377.1公开了“一种生物土壤固化剂的制备方法”，该方法通过培养巴氏芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌得到催化尿素分解的酶，从而制备生物固化剂。该固化剂的制备工艺复杂，不易控制，不适合大规模的工程应用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于全透水路面的透水性土基固化液，通过该透水性土基固化液处理过的土基不仅具备了足够的透水系数，能够满足全透水路面的透水功能，还具有较高的强度，满足路基承载力的要求。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明中透水性土基固化液，所述的透水性土基固化液由脲酶溶液和粘结液配制而成，其中脲酶溶液和粘结液的体积比为1:1～3:2。
进一步地，所述的脲酶溶液为脲酶的水溶液。
脲酶的浓度不定，脲酶的浓度需要根据脲酶分解尿素的速率来确定，不同脲酶来源脲酶的活性也不同，脲酶活性高则脲酶的浓度就可以相对降低，脲酶活性低就需要增加脲酶的浓度。
进一步地，所述的脲酶溶液分解尿素的速度为3.11～8.55mmol尿素/min。在此范围内分解尿素得到的
Figure RE-GDA0002355426790000021
可在土壤中产生目标量的碳酸钙，在此范围内，脲酶用量增加可提高无侧限抗压强度和回弹模量，透水系数会降低，但均完全满足土基固化的设计标准。
进一步地，所述的粘结液为尿素和氯化物的混合水溶液。
进一步地，所述的粘结液中尿素的浓度为15～90g/L。
进一步地，所述的氯化物为氯化钙，其中尿素与钙离子的摩尔比为1:1。
进一步地，所述的脲酶由人工合成获得，因此可实现工业化的量产，易于实施。
本发明中上述土基固化液在全透水路面的透水性土基制备中的应用，包括以下步骤：
S1：将风干土壤与脲酶溶液混合，搅拌均匀，加入粘结液，搅拌均匀，得到土壤前体；
S2：将S1中获得的土壤前体上覆盖塑料薄膜，之后放置5～10天，除去塑料薄膜，在自然条件下晾置18～36h，得到土壤初成品；
S3：将土壤初成品进行碾压，使得压实度为90％～93％，获得全透水路面的透水性土基成品。
进一步地，S1中脲酶溶液与粘结液的体积之和为风干土壤孔隙体积的0.5～ 1倍。
进一步地，S3中全透水路面的透水性土基成品的透水系数≥5×10-5cm/s。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)采用本发明中透水性土基固化液处理后的土基具有优良的强度，能够满足路基的承载力要求，并且具有较高的透水系数，即使在强降雨天气下，也能够满足雨水的入渗要求。
2)与常规的生物加固方法相比，本发明中透水性土基固化液处理方法兼顾土基力学性能和水文性能，能够进一步拓展透水路面的潜在应用范围。
3)该方法直接采用人工合成的生物酶，与采用细菌等微生物相比，具体使用时的操作条件易于控制，不用考虑微生物的失活问题，稳定性高。
4)本发明中透水性土基固化液处在具体应用过程中该方法采用现场拌和的方式，可以在常规条件下进行，处理和养护方法简便易行，适合大规模的工程应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但绝不是对本发明的限制。
实施例1
试验土样来源是河北定州，土粒比重Gs＝2.63，风干含水率w0＝0.3％，最大干密度为1.914g/cm3，最佳含水率为9.6％。试验选用的脲酶为人工提取的植物酶，呈米黄色粉末。
一种适用于全透水路面的透水性土基加固方法，包括一种透水性土基固化溶液的制备方法和一种透水性土基的处理方法，包括以下步骤：
a)将脲酶与蒸馏水混合并搅拌均匀后得到脲酶溶液，脲酶浓度为500g/L，脲酶活性为每分钟可以分解4.55mmol尿素；
b)将尿素、无水氯化钙和蒸馏水混合得到粘结液，其中尿素的浓度为60g/L，无水氯化钙的浓度为111g/L，尿素与钙离子的摩尔比为1:1；
c)将天然土风干后与脲酶溶液拌合，然后将粘结液均匀喷洒至上述土中，拌和均匀，其中脲酶溶液与粘结液的体积比为6:4，脲酶溶液与粘结液的体积之和为0.7倍的土的孔隙体积；
d)用塑料薄膜覆盖拌和后的土样，养护7天后移除薄膜，在自然条件下晾干24小时；
e)对处理后的土样进行压实，压实度为90％；
对本实施例的土样进行无侧限抗压强度、回弹模量和透水系数的测试，测试结果见表1。
实施例2
一种适用于全透水路面的透水性土基加固方法，包括一种透水性土基固化溶液的制备方法和一种透水性土基的处理方法，包括以下步骤：
a)将脲酶与蒸馏水混合并搅拌均匀后得到脲酶溶液，脲酶浓度为750g/L，脲酶活性为每分钟可以分解5.77mmol尿素；
b)将尿素、无水氯化钙和蒸馏水混合得到粘结液，其中尿素的浓度为60g/L，无水氯化钙的浓度为111g/L，尿素与钙离子的摩尔比为1:1；
c)将天然土风干后与脲酶溶液拌合，然后将粘结液均匀喷洒至上述土中，拌和均匀，其中脲酶溶液与粘结液的体积比为6:4，脲酶溶液与粘结液的体积之和为0.7倍的土的孔隙体积；
d)用塑料薄膜覆盖拌和后的土样，养护7天后移除薄膜，在自然条件下晾干24小时；
e)对处理后的土样进行压实，压实度为90％；
对本实施例的土样进行无侧限抗压强度、回弹模量和透水系数的测试，测试结果见表1。
表1实施例性能测试结果
Figure RE-GDA0002355426790000051
综上所述，通过本发明处理的土基不仅具备较高的力学强度，而且拥有良好的透水性能，适用于全透水路面的土基处理。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种透水性土基固化液，其特征在于，所述的透水性土基固化液由脲酶溶液和粘结液配制而成，其中脲酶溶液和粘结液的体积比为1:1～3:2。
2.根据权利要求1所述的一种透水性土基固化液，其特征在于，所述的脲酶溶液为脲酶的水溶液。
3.根据权利要求2所述的一种透水性土基固化液，其特征在于，所述的脲酶溶液分解尿素的速度为3.11～8.55mmol尿素/min。
4.根据权利要求1所述的一种透水性土基固化液，其特征在于，所述的粘结液为尿素和氯化物的混合水溶液。
5.根据权利要求4所述的一种透水性土基固化液，其特征在于，所述的粘结液中尿素的浓度为15～90g/L。
6.根据权利要求5所述的一种透水性土基固化液，其特征在于，所述的氯化物为氯化钙，其中尿素与钙离子的摩尔比为1:1。
7.一种权利要求1中的土基固化液在全透水路面的透水性土基制备中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将风干土壤与脲酶溶液混合，搅拌均匀，加入粘结液，搅拌均匀，得到土壤前体；
S2：将S1中获得的土壤前体上覆盖塑料薄膜，之后放置5～10天，除去塑料薄膜，在自然条件下晾置18～36h，得到土壤初成品；
S3：将土壤初成品进行碾压，使得压实度为90％～93％，获得全透水路面的透水性土基成品。
8.根据权利要求7所述的一种土基固化液在全透水路面的透水性土基制备中的应用，其特征在于，S1中脲酶溶液与粘结液的体积之和为风干土壤孔隙体积的0.5～1倍。
9.根据权利要求7所述的一种土基固化液在全透水路面的透水性土基制备中的应用，其特征在于，S3中全透水路面的透水性土基成品的透水系数≥5×10-5cm/s。
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