本發(fā)明涉及巖土加固，尤其涉及一種脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀固化砂土的方法。

背景技術(shù)：

1、砒砂巖地區(qū)位于晉陜蒙交界地區(qū)，其成分主要為石英、鈣蒙脫石、鉀長(zhǎng)石和碳酸鈣等，因其顆粒間膠結(jié)度差，水穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，所以每年導(dǎo)致大量泥沙流入黃河，成為了黃河粗砂主要源頭之一，水土流失極為嚴(yán)重。提高砒砂巖的水穩(wěn)定性對(duì)于砒砂巖區(qū)的環(huán)境治理和資源化利用具有重要意義。

2、植物脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀作為一種新型的土壤加固技術(shù)，此方法環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、固化周期短、綠色環(huán)保且造價(jià)低廉。目前，該技術(shù)廣泛采取從植物種子中提取粗脲酶液然后從土體表面灌入的方式。這種方式使用簡(jiǎn)便，但也存在一些缺陷，例如：脲酶提取過(guò)程繁瑣、提取后的脲酶對(duì)儲(chǔ)存條件要求較高、碳酸鈣分布不均勻、土體固化層較薄和力學(xué)性能不佳等。此外，脲酶的尺寸為12nm左右，極易從土體內(nèi)流失，碳酸鈣也缺乏成核點(diǎn)位，所以分布的不均勻。

3、針對(duì)脲酶缺乏成核點(diǎn)位、力學(xué)性能差的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了添加外加劑的方式，例如：添加奶粉、木質(zhì)素、蔗糖以及生物聚合物等。這些方法雖然行之有效，但外加劑成本頗高，不利于成本控制。針對(duì)固化層較薄，碳酸鈣分布不均勻的問(wèn)題，有學(xué)者提出低ph值注射法，這種方法是通過(guò)降低脲酶的活性達(dá)到延緩碳酸鈣沉淀的目的，從而使碳酸鈣均勻分布。但是低ph值注射法需要耗費(fèi)大量酸溶液降低ph值，而且酸溶液具有強(qiáng)腐蝕性，使用風(fēng)險(xiǎn)較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀固化砂土的方法。本發(fā)明提供的方法不但能夠解決脲酶提取困難、不易儲(chǔ)存的問(wèn)題，還能增加固化層厚度并提升力學(xué)性能，而且此方法簡(jiǎn)單易行，成本低廉，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀固化砂土的方法，包括以下步驟：

4、將含脲酶的植物種子進(jìn)行粉碎，得到含脲酶粉體；

5、將所述含脲酶粉體與砂土進(jìn)行拌合，得到拌合砂土；

6、將膠結(jié)液灌注到所述拌合砂土中形成碳酸鈣實(shí)現(xiàn)砂土固化；

7、所述膠結(jié)液為含有尿素和鈣離子的水溶液。

8、優(yōu)選的，所述含脲酶粉體的粒徑≤0.15mm。

9、優(yōu)選的，所述含脲酶的植物種子包括刀豆、黃豆、西瓜籽、蠶豆和扁豆中的一種或多種。

10、優(yōu)選的，所述含脲酶粉體與砂土的質(zhì)量比為1：（10~50）。

11、優(yōu)選的，所述膠結(jié)液中尿素和鈣離子的濃度獨(dú)立地≤3mol/l。

12、優(yōu)選的，所述膠結(jié)液中尿素與鈣離子的摩爾比為1:1。

13、優(yōu)選的，所述砂土包括砒砂巖和/或風(fēng)積沙。

14、優(yōu)選的，所述膠結(jié)液分2次以上灌注。

15、優(yōu)選的，相鄰兩次灌注的時(shí)間間隔為8~24h。

16、優(yōu)選的，所述固化在20~40℃條件下進(jìn)行。

17、本發(fā)明提供了一種脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀固化砂土的方法，包括以下步驟：將含脲酶的植物種子進(jìn)行粉碎，得到含脲酶粉體；將所述含脲酶粉體與砂土進(jìn)行拌合，得到拌合砂土；將膠結(jié)液灌注到所述拌合砂土中形成碳酸鈣實(shí)現(xiàn)砂土固化；所述膠結(jié)液為含有尿素和鈣離子的水溶液。

18、本發(fā)明省去了繁瑣的脲酶提取步驟，節(jié)約了儲(chǔ)存成本，避免了碳酸鈣沉淀速率過(guò)快而堵塞下滲孔道所導(dǎo)致的固化層較薄和碳酸鈣分布不均勻的問(wèn)題。具體的，將含脲酶粉體與砂土混合，利用脲酶溶于水的性質(zhì)，通過(guò)膠結(jié)液在砂土內(nèi)長(zhǎng)期浸泡含脲酶粉體，從而浸出含脲酶粉體中脲酶；脲酶與膠結(jié)液中的尿素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)制造堿性環(huán)境，隨后生成碳酸根離子與氯化鈣中的鈣離子發(fā)生反應(yīng)促成碳酸鈣沉淀；脲酶被浸出的過(guò)程是緩慢的，此過(guò)程中膠結(jié)液有充足時(shí)間向深層入滲，且脲酶在被浸出初期具有較低活性，與膠結(jié)液發(fā)生反應(yīng)絮凝的速度較慢，這進(jìn)一步延緩了碳酸鈣的沉淀速率，避免了碳酸鈣堆積在土體表層的缺陷；此外，含脲酶粉體可以提高砂土的密實(shí)度，碳酸鈣與含脲酶粉體配合共同加固土體。

19、本發(fā)明可以自主決定含脲酶粉體與砂土的拌合量，從而在一定范圍內(nèi)控制固化層的厚度；采取本發(fā)明方法固化后的砒砂巖內(nèi)碳酸鈣生成質(zhì)量略高于粗脲酶液分步灌入法灌注的砒砂巖，說(shuō)明膠結(jié)液從含脲酶粉體內(nèi)浸提的脲酶具有足夠活性。

技術(shù)特征：

1.一種脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀固化砂土的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含脲酶粉體的粒徑≤0.15mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述含脲酶的植物種子包括刀豆、黃豆、西瓜籽、蠶豆和扁豆中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述含脲酶粉體與砂土的質(zhì)量比為1：（10~50）。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述膠結(jié)液中尿素和鈣離子的濃度獨(dú)立地≤3mol/l。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述膠結(jié)液中尿素與鈣離子的摩爾比為1:1。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述砂土包括砒砂巖和/或風(fēng)積沙。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述膠結(jié)液分2次以上灌注。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，相鄰兩次灌注的時(shí)間間隔為8~24h。

10.根據(jù)權(quán)利要求1、8或9所述的方法，其特征在于，所述固化在20~40℃條件下進(jìn)行。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及巖土加固技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀固化砂土的方法。本發(fā)明將含脲酶的植物種子進(jìn)行粉碎，得到含脲酶粉體；將所述含脲酶粉體與砂土進(jìn)行拌合，得到拌合砂土；將膠結(jié)液灌注到所述拌合砂土中形成碳酸鈣實(shí)現(xiàn)砂土固化；所述膠結(jié)液為含有尿素和鈣離子的水溶液。本發(fā)明提供的方法不但能夠解決脲酶提取困難、不易儲(chǔ)存的問(wèn)題，還能增加固化層厚度并提升力學(xué)性能，而且此方法簡(jiǎn)單易行，成本低廉，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：李曉麗,劉迅滔,解衛(wèi)東,馮焯鈞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19