本發(fā)明屬于封堵材料制備，具體涉及自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料的制備方法，還涉及該自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料。

背景技術(shù)：

1、土石壩是一種常見的水利工程結(jié)構(gòu)，主要用于蓄水與防洪，其具有就地取材、節(jié)省建筑材料及減少建壩過程遠(yuǎn)途運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。土石壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，便于維修和加高、擴(kuò)建，且由于土石壩的壩身是土石散粒體結(jié)構(gòu)，有適應(yīng)變形的良好性能。土石壩材料的力學(xué)性能對于土石壩的設(shè)計(jì)和施工具有重要影響，其力學(xué)性能要求涵蓋了材料的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、滲透性等多個(gè)方面，確保土石壩在各種環(huán)境條件下都能保持穩(wěn)定和安全。土石壩通過多種方法堆筑而成，所采用的原料則以石料、土料或者混合料為主而根據(jù)所選用的原材料，但這兩種材料的顆粒物質(zhì)之間有一定間隙，當(dāng)水庫裝滿水后由于水壓力的作用，水通過土石顆粒間隙滲透到下游的壩體和壩基的基礎(chǔ)，產(chǎn)生一定的滲漏，同時(shí)低強(qiáng)度會導(dǎo)致無法抵抗水壓的沖擊，進(jìn)而會破壞整體的穩(wěn)定性能，影響實(shí)際使用的安全性。

2、中國專利(申請?zhí)枺?02310980931.1，公開號：cn117143448a，公告日：2023.12.01)公開了一種用于煤礦井下加固堵水材料的制備方法，采用兩相物質(zhì)的反應(yīng)形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充孔隙，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)堵水，但互穿網(wǎng)絡(luò)中仍存在孔隙且僅是物理填充無法實(shí)現(xiàn)有效排水功能。因此，在目前傳統(tǒng)土石壩堵水材料的配方基礎(chǔ)上進(jìn)行改性提升，構(gòu)建一種兼顧良好防滲性能與高強(qiáng)度的綠色土石壩堵水材料是工程材料領(lǐng)域中亟待解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料的制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中土石壩堵水材料無法同時(shí)兼顧高強(qiáng)度與抗?jié)B水性能的問題。

2、本發(fā)明的另一目的是提供自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料。

3、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

4、步驟1，預(yù)制活性菌種顆粒；

5、步驟2，將步驟1中得到的活性菌種顆粒與膨潤土加入到土石料中，混合，得到預(yù)混料，之后加入膠凝劑，球磨混合，得到骨料顆粒；

6、步驟3，將步驟2中的骨料顆粒放置在攪拌機(jī)上攪拌，并向骨料顆粒上噴灑有機(jī)溶液，即進(jìn)行疏水改性，得到改性骨料；

7、步驟4，將步驟3中得到的改性骨料進(jìn)行干燥，之后與尿素進(jìn)行混合攪拌，得到自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料。

8、本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

9、步驟1中，具體為：

10、步驟1.1，將蛋白胨、氯化鈉、酵母提取物與水混合，進(jìn)行高溫高壓滅菌，形成細(xì)菌培養(yǎng)液，將活性菌種與細(xì)菌培養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)，得到細(xì)菌菌液；

11、步驟1.2，將瓊脂粉溶解在水中，攪拌，滅菌，在無菌狀態(tài)下干燥，得到瓊脂板；將步驟1.1中得到的細(xì)菌菌液鋪設(shè)到瓊脂板上，滅菌，干燥凝固，破碎成粉，得到活性菌種顆粒。

12、步驟1.1中，活性菌種為產(chǎn)胞外聚合物菌、產(chǎn)脲酶菌、反硝化菌、硫酸鹽還原菌、甲烷氧化菌中的任意一種。

13、步驟1.2中，溶解溫度為50-70℃，攪拌時(shí)間為3-5h；破碎時(shí)，轉(zhuǎn)速為200-400r/min，破碎時(shí)間為3-5h。

14、步驟2中，活性菌種顆粒、膨潤土與土石料的質(zhì)量比為1：1：3；膠凝劑與預(yù)混料的質(zhì)量比為1：3-5。

15、步驟2中，膨潤土為鈣基膨潤土或者鈉基膨潤土；膠凝劑為環(huán)氧樹脂類膠凝劑、丙烯酸類膠凝劑、聚氨酯類膠凝劑、合成橡膠類膠凝劑中的任意一種。

16、步驟3中，有機(jī)溶液由偶聯(lián)劑和水混合而成；

17、偶聯(lián)劑為硫硅烷偶聯(lián)劑、氨基類硅烷偶聯(lián)劑、環(huán)氧基類硅烷偶聯(lián)劑中的任意一種；有機(jī)溶液與骨料顆粒的質(zhì)量比為5：1。

18、步驟4中，干燥溫度為100-150℃，干燥時(shí)間為2-4h；攪拌時(shí)間為3-5h；改性骨料與尿素的質(zhì)量比為1：5-10。

19、本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料的制備方法制備得到的土石壩堵水材料。

20、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的方法，首先利用細(xì)菌的微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀micp反應(yīng)，在營養(yǎng)物質(zhì)(尿素)的作用，細(xì)菌自身的脲酶可以分解尿素形成碳酸鈣沉淀，進(jìn)而對骨料之間的孔隙進(jìn)行填充提升其抗?jié)B水性能，孔隙率的降低同時(shí)提升力學(xué)性能；利用水溶性有機(jī)凝膠劑當(dāng)作骨料的殼體，當(dāng)整體材料遇到水時(shí)，殼體被水溶解其中芯體的膨潤土遇水膨脹，借助膨脹力與表面疏水基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)將壩體內(nèi)部的水分排出，同時(shí)細(xì)菌溶解在水中與尿素反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，將排水通道進(jìn)行填充，不僅有利于長效使用，同時(shí)排水結(jié)束后，碳酸鈣作為各骨料之間的連接，將膨潤土產(chǎn)生的膨脹力有效傳遞，并產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，進(jìn)一步提升強(qiáng)度，當(dāng)受到超高水壓沖擊時(shí)，可以有效提升壩體的整體安全性與穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施：

2.如權(quán)利要求1所述的自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1中，具體為：

3.如權(quán)利要求2所述的自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1.1中，活性菌種為產(chǎn)胞外聚合物菌、產(chǎn)脲酶菌、反硝化菌、硫酸鹽還原菌、甲烷氧化菌中的任意一種。

4.如權(quán)利要求2所述的自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1.2中，溶解溫度為50-70℃，攪拌時(shí)間為3-5h；破碎時(shí)，轉(zhuǎn)速為200-400r/min，破碎時(shí)間為3-5h。

5.如權(quán)利要求1所述的自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，活性菌種顆粒、膨潤土與土石料的質(zhì)量比為1：1：3；膠凝劑與預(yù)混料的質(zhì)量比為1：3-5。

6.如權(quán)利要求1所述的自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，膨潤土為鈣基膨潤土或者鈉基膨潤土；膠凝劑為環(huán)氧樹脂類膠凝劑、丙烯酸類膠凝劑、聚氨酯類膠凝劑、合成橡膠類膠凝劑中的任意一種。

7.如權(quán)利要求1所述的自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料的制備方法，其特征在于，所述步驟3中，有機(jī)溶液由偶聯(lián)劑和水混合而成；偶聯(lián)劑為硫硅烷偶聯(lián)劑、氨基類硅烷偶聯(lián)劑、環(huán)氧基類硅烷偶聯(lián)劑中的任意一種；有機(jī)溶液與骨料顆粒的質(zhì)量比為5：1。

8.如權(quán)利要求1所述的自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料的制備方法，其特征在于，所述步驟4中，干燥溫度為100-150℃，干燥時(shí)間為2-4h；攪拌時(shí)間為3-5h；改性骨料與尿素的質(zhì)量比為1：5-10。

9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料的制備方法制備得到的土石壩堵水材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料及制備方法，具體為：將活性菌種顆粒與膨潤土加入到土石料中，混合，得到預(yù)混料，加入膠凝劑，球磨混合，得到骨料顆粒；將骨料顆粒放置在攪拌機(jī)上攪拌，并向骨料顆粒上噴灑有機(jī)溶液進(jìn)行疏水改性，得到改性骨料，干燥，與尿素進(jìn)行混合攪拌，得到自填充高強(qiáng)度的土石壩堵水材料。本發(fā)明的方法，利用細(xì)菌自身的脲酶與尿素的微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀MICP反應(yīng)形成碳酸鈣沉淀，填補(bǔ)傳統(tǒng)土石料中的孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙率與孔隙尺寸的減小，可以提高壩體的整體抗?jié)B水性能，同時(shí)孔隙率的下降使得整體壩體更加致密，強(qiáng)度提升后抵抗外部水壓的能力提升。

技術(shù)研發(fā)人員：湯玉斐,王學(xué)娟,梁倩,許增光,陳磊,孟慶男,趙康
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19