一種抗凍防裂型土壤固化劑的製備方法與流程
2023-10-23 14:40:47
本發明涉及一種抗凍防裂型土壤固化劑的製備方法，屬於土壤固化劑製備技術領域。
背景技術：
土壤固化劑是一種由多種無機、有機材料合成的用以固化各類土壤的新型節能環保工程材料。對於需加固的土壤，根據土壤的物理和化學性質，只需摻入一定量的固化劑，經拌勻、壓實處理，即可達到需要的性能指標。其作用機理為固化劑與含有一定水分的土壤混合後，發生一系列物理化學反應，使固化土具有不可逆的、良好的耐久性。有機聚合類土壤固化劑種類很多，但均與土壤顆粒不發生化學反應，不能從根本上改良土壤的使用性能。
現有的土壤固化劑的主要成分是矽酸鹽水泥熟料，外加一些工業鹼渣和鹼性激發劑，製得土壤固化劑，這類土壤固化劑多用於道路施工，公路、鐵路以及建築路基等，具有節省資源、能源，節約土地，保護植被，大幅度減少二氧化碳等溫室氣體的排放量，有利於生態環境保護，經濟、環境效益特別明顯，但是其最大的缺點，在寒冷地區，尤其是在北方寒冷，對路面材料形成多次凍融循環，使得土壤固化劑，易發生龜裂，影響其固化效果，且嚴重危及道路使用壽命。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題：針對以矽酸鹽水泥為主要原料的土壤固化劑在寒冷地區抗凍性差，易發生龜裂，影響其固化效果，從而嚴重危及道路等使用壽命的問題，提供了一種篩選培養高原巖石表面的微生物，得到在低溫條件下可生存的礦物菌，可將土壤中成分轉變為碳酸鈣，同時利用改性聚丙烯纖維的三維無規則網狀結構，吸附生成的碳酸鈣，從而起到低溫加固的效果，再結合石膏粉、木質素磺酸鈉和鋁酸鹽水泥前期加固輔助物質，從而達到對土壤的長期加固，本發明製備的土壤固化劑，解決了抗凍性差的問題，抗凍效果好，不易發生龜裂，從而實現了對土壤的有益固化。
為解決上述技術問題，本發明採用如下所述的技術方案是：
（1）依次稱取20～30g牛肉膏，12～16g蛋白腖，6～10g氯化鈉和30～50g瓊脂，溶於1～2L去離子水中，並用質量濃度為15～20%尿素溶液調節pH至8.0～8.5，將混合物轉入壓力蒸汽滅菌器中，在0.08～0.10MPa條件下殺菌消毒20～30min，得培養基，並將其等分為三份；
（2）稱取50～80g高原巖石表面土壤，均勻塗覆於上述所得第一份培養基上，再將其移至16～18℃恆溫培養箱中，培養1～3天後，挑取表面菌絲，將菌絲塗覆於第二份培養基上，再將其移至6～8℃恆溫培養箱中，培養1～3天後，再挑取表面菌絲，將其塗覆於第三份培養基上，並移至0～3℃恆溫培養箱中，培養1～3天，用20～40mL去離子水淋洗培養基表面，得低溫混合菌絲懸浮液，備用；
（3）在三口燒瓶中，依次加入20～30g長度為3～5mm聚丙烯纖維，100～150mL去離子水，10～15mL二甲苯和20～30mL丙烯酸，再將三口燒瓶轉入45～50℃恆溫水浴鍋中，以3～5mL/min速率向三口燒瓶中通入氮氣，排除空氣後，啟動磁力攪拌器，在氮氣保護狀態下，以200～400r/min轉速攪拌反應1～2h；
（4）再將上述三口燒瓶移入85～95℃油浴鍋中，在氮氣保護條件和攪拌狀態下，反應2～4h後，停止攪拌，自然冷卻至室溫，抽濾除去濾液，用去離子水洗滌濾餅3～5次，再用丙酮洗滌濾餅3～5次，隨後將其轉入真空乾燥箱中，在60～70℃條件下乾燥30～50min，得改性聚丙烯纖維；
（5）在混料機中，依次加入100～200mL去離子水，30～50g鋁酸鹽水泥，5～10g石膏粉，3～5g木質素磺酸鈉，5～10mL步驟（2）製備的低溫混合菌絲懸浮液和6～8g上述製備的改性聚丙烯纖維，啟動攪拌器，以600～800r/min轉速攪拌3～5h，得混合漿料，罐裝，即可製備得抗凍防裂型土壤固化劑。
本發明的應用方法：在溫度為-3～2℃選擇一場地，將地基土壤按施工要求的深度進行刨松，在刨松的土料中加入上述製備的抗凍防裂型土壤固化劑，添加的量為200～250kg/t，攪拌均勻，再對其碾壓充實，隨後進行灑水養護3～4d即可。經檢測，加入該固化劑的土體第1天為3.45～3.85 MPa，一年以後，強度基本保持不變，說明該土壤固化劑不受低溫的影響，在低溫條件下，固化效果好。
本發明與其他方法相比，有益技術效果是：
（1）本發明製備的土壤固化劑不受低溫的影響，固化效果好，耐溫為-3～2℃；
（2）本發明製備的土壤固化劑抗滲性能好，提高了15～18％；
（3）本發明製備步驟簡單，所需成本低。
具體實施方式
首先依次稱取20～30g牛肉膏，12～16g蛋白腖，6～10g氯化鈉和30～50g瓊脂，溶於1～2L去離子水中，並用質量濃度為15～20%尿素溶液調節pH至8.0～8.5，將混合物轉入壓力蒸汽滅菌器中，在0.08～0.10MPa條件下殺菌消毒20～30min，得培養基，並將其等分為三份；再稱取50～80g高原巖石表面土壤，均勻塗覆於上述所得第一份培養基上，再將其移至16～18℃恆溫培養箱中，培養1～3天後，挑取表面菌絲，將菌絲塗覆於第二份培養基上，再將其移至6～8℃恆溫培養箱中，培養1～3天後，再挑取表面菌絲，將其塗覆於第三份培養基上，並移至0～3℃恆溫培養箱中，培養1～3天，用20～40mL去離子水淋洗培養基表面，得低溫混合菌絲懸浮液，備用；接著在三口燒瓶中，依次加入20～30g長度為3～5mm聚丙烯纖維，100～150mL去離子水，10～15mL二甲苯和20～30mL丙烯酸，再將三口燒瓶轉入45～50℃恆溫水浴鍋中，以3～5mL/min速率向三口燒瓶中通入氮氣，排除空氣後，啟動磁力攪拌器，在氮氣保護狀態下，以200～400r/min轉速攪拌反應1～2h；再將上述三口燒瓶移入85～95℃油浴鍋中，在氮氣保護條件和攪拌狀態下，反應2～4h後，停止攪拌，自然冷卻至室溫，抽濾除去濾液，用去離子水洗滌濾餅3～5次，再用丙酮洗滌濾餅3～5次，隨後將其轉入真空乾燥箱中，在60～70℃條件下乾燥30～50min，得改性聚丙烯纖維；最後在混料機中，依次加入100～200mL去離子水，30～50g鋁酸鹽水泥，5～10g石膏粉，3～5g木質素磺酸鈉，5～10mL低溫混合菌絲懸浮液和6～8g上述製備的改性聚丙烯纖維，啟動攪拌器，以600～800r/min轉速攪拌3～5h，得混合漿料，罐裝，即可製備得抗凍防裂型土壤固化劑。
實例1
首先依次稱取30g牛肉膏，16g蛋白腖，10g氯化鈉和50g瓊脂，溶於2L去離子水中，並用質量濃度為20%尿素溶液調節pH至8.5，將混合物轉入壓力蒸汽滅菌器中，在0.1MPa條件下殺菌消毒30min，得培養基，並將其等分為三份；再稱取80g高原巖石表面土壤，均勻塗覆於上述所得第一份培養基上，再將其移至18℃恆溫培養箱中，培養3天後，挑取表面菌絲，將菌絲塗覆於第二份培養基上，再將其移至8℃恆溫培養箱中，培養3天後，再挑取表面菌絲，將其塗覆於第三份培養基上，並移至3℃恆溫培養箱中，培養3天，用40mL去離子水淋洗培養基表面，得低溫混合菌絲懸浮液，備用；接著在三口燒瓶中，依次加入30g長度為5mm聚丙烯纖維，150mL去離子水，15mL二甲苯和30mL丙烯酸，再將三口燒瓶轉入50℃恆溫水浴鍋中，以5mL/min速率向三口燒瓶中通入氮氣，排除空氣後，啟動磁力攪拌器，在氮氣保護狀態下，以400r/min轉速攪拌反應2h；再將上述三口燒瓶移入95℃油浴鍋中，在氮氣保護條件和攪拌狀態下，反應4h後，停止攪拌，自然冷卻至室溫，抽濾除去濾液，用去離子水洗滌濾餅5次，再用丙酮洗滌濾餅5次，隨後將其轉入真空乾燥箱中，在70℃條件下乾燥50min，得改性聚丙烯纖維；最後在混料機中，依次加入200mL去離子水，50g鋁酸鹽水泥，10g石膏粉，5g木質素磺酸鈉，10mL低溫混合菌絲懸浮液和8g上述製備的改性聚丙烯纖維，啟動攪拌器，以800r/min轉速攪拌5h，得混合漿料，罐裝，即可製備得抗凍防裂型土壤固化劑。
在溫度為2℃選擇一場地，將地基土壤按施工要求的深度進行刨松，在刨松的土料中加入上述製備的抗凍防裂型土壤固化劑，添加的量為250kg/t，攪拌均勻，再對其碾壓充實，隨後進行灑水養護4d即可。經檢測，加入該固化劑的土體第1天為3.85 MPa，一年以後，強度基本保持不變，說明該土壤固化劑不受低溫的影響，在低溫條件下，固化效果好。
實例2
首先依次稱取20g牛肉膏，12g蛋白腖，6g氯化鈉和30g瓊脂，溶於1L去離子水中，並用質量濃度為15%尿素溶液調節pH至8.0，將混合物轉入壓力蒸汽滅菌器中，在0.08MPa條件下殺菌消毒20min，得培養基，並將其等分為三份；再稱取50g高原巖石表面土壤，均勻塗覆於上述所得第一份培養基上，再將其移至16℃恆溫培養箱中，培養1天後，挑取表面菌絲，將菌絲塗覆於第二份培養基上，再將其移至6℃恆溫培養箱中，培養1天後，再挑取表面菌絲，將其塗覆於第三份培養基上，並移至0℃恆溫培養箱中，培養1天，用20mL去離子水淋洗培養基表面，得低溫混合菌絲懸浮液，備用；接著在三口燒瓶中，依次加入20g長度為3mm聚丙烯纖維，100mL去離子水，10mL二甲苯和20mL丙烯酸，再將三口燒瓶轉入45℃恆溫水浴鍋中，以3mL/min速率向三口燒瓶中通入氮氣，排除空氣後，啟動磁力攪拌器，在氮氣保護狀態下，以200r/min轉速攪拌反應1h；再將上述三口燒瓶移入85℃油浴鍋中，在氮氣保護條件和攪拌狀態下，反應2h後，停止攪拌，自然冷卻至室溫，抽濾除去濾液，用去離子水洗滌濾餅3次，再用丙酮洗滌濾餅3次，隨後將其轉入真空乾燥箱中，在60℃條件下乾燥30min，得改性聚丙烯纖維；最後在混料機中，依次加入100mL去離子水，30g鋁酸鹽水泥，5g石膏粉，3g木質素磺酸鈉，5mL低溫混合菌絲懸浮液和6g上述製備的改性聚丙烯纖維，啟動攪拌器，以600r/min轉速攪拌3h，得混合漿料，罐裝，即可製備得抗凍防裂型土壤固化劑。
在溫度為-3℃選擇一場地，將地基土壤按施工要求的深度進行刨松，在刨松的土料中加入上述製備的抗凍防裂型土壤固化劑，添加的量為200kg/t，攪拌均勻，再對其碾壓充實，隨後進行灑水養護3d即可。經檢測，加入該固化劑的土體第1天為3.45MPa，一年以後，強度基本保持不變，說明該土壤固化劑不受低溫的影響，在低溫條件下，固化效果好。
實例3
首先依次稱取25g牛肉膏，13g蛋白腖，7g氯化鈉和40g瓊脂，溶於1L去離子水中，並用質量濃度為17%尿素溶液調節pH至8.2，將混合物轉入壓力蒸汽滅菌器中，在0.09MPa條件下殺菌消毒25min，得培養基，並將其等分為三份；再稱取70g高原巖石表面土壤，均勻塗覆於上述所得第一份培養基上，再將其移至17℃恆溫培養箱中，培養2天後，挑取表面菌絲，將菌絲塗覆於第二份培養基上，再將其移至7℃恆溫培養箱中，培養2天後，再挑取表面菌絲，將其塗覆於第三份培養基上，並移至2℃恆溫培養箱中，培養2天，用30mL去離子水淋洗培養基表面，得低溫混合菌絲懸浮液，備用；接著在三口燒瓶中，依次加入25g長度為4mm聚丙烯纖維，120mL去離子水，12mL二甲苯和25mL丙烯酸，再將三口燒瓶轉入47℃恆溫水浴鍋中，以4mL/min速率向三口燒瓶中通入氮氣，排除空氣後，啟動磁力攪拌器，在氮氣保護狀態下，以300r/min轉速攪拌反應1h；再將上述三口燒瓶移入90℃油浴鍋中，在氮氣保護條件和攪拌狀態下，反應3h後，停止攪拌，自然冷卻至室溫，抽濾除去濾液，用去離子水洗滌濾餅4次，再用丙酮洗滌濾餅4次，隨後將其轉入真空乾燥箱中，在65℃條件下乾燥40min，得改性聚丙烯纖維；最後在混料機中，依次加入150mL去離子水，40g鋁酸鹽水泥，7g石膏粉，4g木質素磺酸鈉，7mL低溫混合菌絲懸浮液和7g上述製備的改性聚丙烯纖維，啟動攪拌器，以700r/min轉速攪拌4h，得混合漿料，罐裝，即可製備得抗凍防裂型土壤固化劑。
在溫度為-1℃選擇一場地，將地基土壤按施工要求的深度進行刨松，在刨松的土料中加入上述製備的抗凍防裂型土壤固化劑，添加的量為220kg/t，攪拌均勻，再對其碾壓充實，隨後進行灑水養護3d即可。經檢測，加入該固化劑的土體第1天為3.55 MPa，一年以後，強度基本保持不變，說明該土壤固化劑不受低溫的影響，在低溫條件下，固化效果好。