一种用于加固黄土挖填界面的浆液及其制备方法

本发明属于土壤加固领域，具体涉及一种用于加固黄土挖填界面的浆液及其制备方法。

背景技术：

1、目前土体加固技术一直采用的是传统的土体改良方法，如排水固结，化学注浆等方法，这些传统的处理方式成本较高，消耗能源较大，同时还易污染环境。

2、黄土在天然较低含水率的状态下，有较高的强度和较低的压缩性，但当土体受水浸湿后，土体的结构性遭到破坏，强度迅速降低，压缩性变大，在相同的地基荷载下会产生更大附加沉降，对建筑安全产生巨大危害。黄土挖填界面通常指的是土壤中存在挖掘和填充的区域，这种界面可能存在一些问题，如结构不稳定：挖土和填土的不同物理性质可能导致界面处土体结构不稳定，易发生滑动或坍塌；渗透性差：填土与原土之间的界面可能存在渗透性差异，导致水分渗透不均匀，可能引发土体湿润、软化等问题。

3、在挖土和填土的过程中，挖填界面的稳定性非常重要，因为这些界面往往容易受到土体的滑动、坍塌或者沉降等影响。因此，加固挖填界面以增强其稳定性对于确保工程安全和可持续性至关重要。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明目的在于提供一种用于加固黄土挖填界面的浆液及其制备方法，本发明通过结合传统的灌浆技术所制得的浆液有机化合物少对环境危害性小，同时结合微生物的矿化作用进一步加强对黄土挖填界面的固化作用，提高了抗压强度和减少了浸水后的强度损失。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种用于加固黄土挖填界面的浆液，包括以下重量份的原料：

3、硅酸盐水泥225-300份、标准砂900-1350份、粉煤灰500-800份、负载巴氏芽孢杆菌膨润土50-100份、尿素20-30份、氯化钙30-50份、表面活性剂1-5份、抗氧化剂1-5份、ph调节剂1-10份、水300-500份、甲基纤维素30-50份、聚羧酸系减水剂10-30份。

4、进一步的，所述原料的重量份为：硅酸盐水泥250-280份、标准砂1150-1200份、粉煤灰600-700份、负载巴氏芽孢杆菌膨润土75-80份、尿素25-30份、氯化钙35-45份、表面活性剂3-4份、抗氧化剂3-4份、ph调节剂1-10份、水350-450份、甲基纤维素35-45份、聚羧酸系减水剂15-25份；

5、优选地，所述原料的重量份为：硅酸盐水泥275份、标准砂1175份、粉煤灰625份、负载巴氏芽孢杆菌膨润土78份、尿素28份、氯化钙40份、表面活性剂4份、抗氧化剂4份、ph调节剂5份、水375份、甲基纤维素40份、聚羧酸系减水剂20份。

6、其中的水泥和骨架材料可以在黄土挖填界面产生一定的加固作用，将界面初步结合；其中的粉煤灰可以促进浆液的流动性使浆液在施工时操作方便而且更容易填充界面的缝隙；而且浆液中含有的巴氏芽孢杆菌在尿素和氯化钙以及土壤中含有游离的钙离子，巴氏芽孢杆菌产生脲酶，尿素在脲酶的作用下水解生成nh4+和hco3-，然后ca2+和hco3-结合生成碳酸钙沉淀，碳酸钙沉淀会逐步填充浆液凝固后的空隙，而且向界面两测延伸，使加固作用增强，使湿陷性减弱。

7、进一步的，所述标准砂的目数为50-80目；优选地，目数为65目。一定目数的砂可以形成空隙利于巴氏芽孢杆菌矿化的结合作用。

8、进一步的，所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，所述粉煤灰的密度为2.8-3.2g/cm3。

9、进一步的，所述表面活性剂为tween 80或span 80。

10、表面活性剂可以降低细胞膜的表面张力，增加细胞膜的通透性，从而提高巴氏芽孢杆菌在水泥中的渗透能力和存活率。同时，表面活性剂还可以增加水泥的润湿性，有利于巴氏芽孢杆菌在水泥表面的吸附和定植。

11、进一步的，所述抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲酚或二乙基羟胺。

12、抗氧剂则可以保护巴氏芽孢杆菌免受氧化损伤，提高其在水泥中的耐受性；水泥中的一些物质可能会产生氧化自由基，对细胞造成氧化损伤，而抗氧剂可以清除这些自由基，减少细胞的氧化压力。

13、表面活性剂和抗氧剂二者可以提高巴氏芽孢杆菌的矿化能力，提高活性和增加高巴氏芽孢杆菌的生存时间，提高挖填界面的牢固度。

14、进一步的，所述负载巴氏芽孢杆菌膨润土的制备方法为：将1×105cfu/ml的巴氏芽孢杆菌溶液与膨润土按照比例2ml：1g的比例混合静置2h后在经过滤、自然干燥得到负载巴氏芽孢杆菌膨润土。膨润土具有多孔性，可以作为加固材料和巴氏芽孢杆菌的载体，延长巴氏芽孢杆菌存活时间提高其矿化作用。

15、第二方面，本发明提供一种上述用于加固黄土挖填界面的浆液的制备方法，包括以下步骤：

16、1)按所述重量份称取原材料；

17、2)将所述负载巴氏芽孢杆菌膨润土、尿素、氯化钙、表面活性剂、抗氧化剂、甲基纤维素和20％的水进行混合并静置后得到a组分；

18、3)将所述硅酸盐水泥、标准砂、粉煤灰、聚羧酸系减水剂和余下的水进行混合得到b组分；

19、4)将a组合和b组分混合后使用ph调节剂调节体系ph值至7.0-8.0得到用于加固黄土挖填界面的浆液。

20、进一步的，所述步骤2)中的静置温度为30-35℃，静置时间为30-120min。

21、进一步的，所述步骤4)中的混合速率为30-40r/min，混合时间为5-10min。

22、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

23、1.本发明通过水泥和骨架组分对挖填界面产生一定的结合加固作用，再通过微生物的矿化作用进一步向界面两侧延伸达到强化加固的作用，通过对空隙的填充进一步提高抗压强度，可以减少滑动和坍塌，降低浸水后的强度损失。

24、2.本发明所制得的用于加固黄土挖填界面的浆液流动性好，能填充裂缝，施工方便，对环境友好。

技术特征：

1.一种用于加固黄土挖填界面的浆液，其特征在于，包括以下重量份的原料：

2.根据权利要求1所述的用于加固黄土挖填界面的浆液，其特征在于，所述原料的重量份为：硅酸盐水泥250-280份、标准砂1150-1200份、粉煤灰600-700份、负载巴氏芽孢杆菌膨润土75-80份、尿素25-30份、氯化钙35-45份、表面活性剂3-4份、抗氧化剂3-4份、ph调节剂1-10份、水350-450份、甲基纤维素35-45份、聚羧酸系减水剂15-25份。

3.根据权利要求2所述的用于加固黄土挖填界面的浆液，其特征在于，所述标准砂的目数为50-80目。

4.根据权利要求2所述的用于加固黄土挖填界面的浆液，其特征在于，所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，所述粉煤灰的密度为2.8-3.2g/cm3。

5.根据权利要求2所述的用于加固黄土挖填界面的浆液，其特征在于，所述表面活性剂为tween 80或span 80。

6.根据权利要求2所述的用于加固黄土挖填界面的浆液，其特征在于，所述抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲酚或二乙基羟胺。

7.根据权利要求2所述的用于加固黄土挖填界面的浆液，其特征在于，所述负载巴氏芽孢杆菌膨润土的制备方法为：将1×105cfu/ml的巴氏芽孢杆菌溶液与膨润土按照比例2ml：1g的比例混合静置2h后在经过滤、自然干燥得到负载巴氏芽孢杆菌膨润土。

8.权利要求1-7任一项所述用于加固黄土挖填界面的浆液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中的静置温度为30-35℃，静置时间为30-120min。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中的混合速率为30-40r/min，混合时间为5-10min。

技术总结本发明提供了一种用于加固黄土挖填界面的浆液及其制备方法，属于土壤加固领域。本发明以硅酸盐水泥、标准砂、粉煤灰、聚羧酸系减水剂获得的组分B起到初步加固作用，后续通过负载巴氏芽孢杆菌膨润土、尿素、氯化钙、表面活性剂、抗氧化剂、甲基纤维素获得的A组分通过微生物矿化作用沉积碳酸钙进一步填充缝隙和增强加固土体，提高了抗剪强度和减少了浸水后的强度损失，而且对环境影响小，施工方便。技术研发人员：高登辉,赵宽耀,张逸兰,高国平,樊技飞,王道鹏受保护的技术使用者：黄淮学院技术研发日：技术公布日：2024/6/5