本发明涉及一种抗冻防裂型土壤固化剂的制备方法，属于土壤固化剂制备技术领域。
背景技术：
土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用以固化各类土壤的新型节能环保工程材料。对于需加固的土壤，根据土壤的物理和化学性质，只需掺入一定量的固化剂，经拌匀、压实处理，即可达到需要的性能指标。其作用机理为固化剂与含有一定水分的土壤混合后，发生一系列物理化学反应，使固化土具有不可逆的、良好的耐久性。有机聚合类土壤固化剂种类很多，但均与土壤颗粒不发生化学反应，不能从根本上改良土壤的使用性能。
现有的土壤固化剂的主要成分是硅酸盐水泥熟料，外加一些工业碱渣和碱性激发剂，制得土壤固化剂，这类土壤固化剂多用于道路施工，公路、铁路以及建筑路基等，具有节省资源、能源，节约土地，保护植被，大幅度减少二氧化碳等温室气体的排放量，有利于生态环境保护，经济、环境效益特别明显，但是其最大的缺点，在寒冷地区，尤其是在北方寒冷，对路面材料形成多次冻融循环，使得土壤固化剂，易发生龟裂，影响其固化效果，且严重危及道路使用寿命。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：针对以硅酸盐水泥为主要原料的土壤固化剂在寒冷地区抗冻性差，易发生龟裂，影响其固化效果，从而严重危及道路等使用寿命的问题，提供了一种筛选培养高原岩石表面的微生物，得到在低温条件下可生存的矿物菌，可将土壤中成分转变为碳酸钙，同时利用改性聚丙烯纤维的三维无规则网状结构，吸附生成的碳酸钙，从而起到低温加固的效果，再结合石膏粉、木质素磺酸钠和铝酸盐水泥前期加固辅助物质，从而达到对土壤的长期加固，本发明制备的土壤固化剂，解决了抗冻性差的问题，抗冻效果好，不易发生龟裂，从而实现了对土壤的有益固化。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
（1）依次称取20～30g牛肉膏，12～16g蛋白胨，6～10g氯化钠和30～50g琼脂，溶于1～2L去离子水中，并用质量浓度为15～20%尿素溶液调节pH至8.0～8.5，将混合物转入压力蒸汽灭菌器中，在0.08～0.10MPa条件下杀菌消毒20～30min，得培养基，并将其等分为三份；
（2）称取50～80g高原岩石表面土壤，均匀涂覆于上述所得第一份培养基上，再将其移至16～18℃恒温培养箱中，培养1～3天后，挑取表面菌丝，将菌丝涂覆于第二份培养基上，再将其移至6～8℃恒温培养箱中，培养1～3天后，再挑取表面菌丝，将其涂覆于第三份培养基上，并移至0～3℃恒温培养箱中，培养1～3天，用20～40mL去离子水淋洗培养基表面，得低温混合菌丝悬浮液，备用；
（3）在三口烧瓶中，依次加入20～30g长度为3～5mm聚丙烯纤维，100～150mL去离子水，10～15mL二甲苯和20～30mL丙烯酸，再将三口烧瓶转入45～50℃恒温水浴锅中，以3～5mL/min速率向三口烧瓶中通入氮气，排除空气后，启动磁力搅拌器，在氮气保护状态下，以200～400r/min转速搅拌反应1～2h；
（4）再将上述三口烧瓶移入85～95℃油浴锅中，在氮气保护条件和搅拌状态下，反应2～4h后，停止搅拌，自然冷却至室温，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤饼3～5次，再用丙酮洗涤滤饼3～5次，随后将其转入真空干燥箱中，在60～70℃条件下干燥30～50min，得改性聚丙烯纤维；
（5）在混料机中，依次加入100～200mL去离子水，30～50g铝酸盐水泥，5～10g石膏粉，3～5g木质素磺酸钠，5～10mL步骤（2）制备的低温混合菌丝悬浮液和6～8g上述制备的改性聚丙烯纤维，启动搅拌器，以600～800r/min转速搅拌3～5h，得混合浆料，罐装，即可制备得抗冻防裂型土壤固化剂。
本发明的应用方法：在温度为-3～2℃选择一场地，将地基土壤按施工要求的深度进行刨松，在刨松的土料中加入上述制备的抗冻防裂型土壤固化剂，添加的量为200～250kg/t，搅拌均匀，再对其碾压充实，随后进行洒水养护3～4d即可。经检测，加入该固化剂的土体第1天为3.45～3.85 MPa，一年以后，强度基本保持不变，说明该土壤固化剂不受低温的影响，在低温条件下，固化效果好。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的土壤固化剂不受低温的影响，固化效果好，耐温为-3～2℃；
（2）本发明制备的土壤固化剂抗渗性能好，提高了15～18％；
（3）本发明制备步骤简单，所需成本低。
具体实施方式
首先依次称取20～30g牛肉膏，12～16g蛋白胨，6～10g氯化钠和30～50g琼脂，溶于1～2L去离子水中，并用质量浓度为15～20%尿素溶液调节pH至8.0～8.5，将混合物转入压力蒸汽灭菌器中，在0.08～0.10MPa条件下杀菌消毒20～30min，得培养基，并将其等分为三份；再称取50～80g高原岩石表面土壤，均匀涂覆于上述所得第一份培养基上，再将其移至16～18℃恒温培养箱中，培养1～3天后，挑取表面菌丝，将菌丝涂覆于第二份培养基上，再将其移至6～8℃恒温培养箱中，培养1～3天后，再挑取表面菌丝，将其涂覆于第三份培养基上，并移至0～3℃恒温培养箱中，培养1～3天，用20～40mL去离子水淋洗培养基表面，得低温混合菌丝悬浮液，备用；接着在三口烧瓶中，依次加入20～30g长度为3～5mm聚丙烯纤维，100～150mL去离子水，10～15mL二甲苯和20～30mL丙烯酸，再将三口烧瓶转入45～50℃恒温水浴锅中，以3～5mL/min速率向三口烧瓶中通入氮气，排除空气后，启动磁力搅拌器，在氮气保护状态下，以200～400r/min转速搅拌反应1～2h；再将上述三口烧瓶移入85～95℃油浴锅中，在氮气保护条件和搅拌状态下，反应2～4h后，停止搅拌，自然冷却至室温，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤饼3～5次，再用丙酮洗涤滤饼3～5次，随后将其转入真空干燥箱中，在60～70℃条件下干燥30～50min，得改性聚丙烯纤维；最后在混料机中，依次加入100～200mL去离子水，30～50g铝酸盐水泥，5～10g石膏粉，3～5g木质素磺酸钠，5～10mL低温混合菌丝悬浮液和6～8g上述制备的改性聚丙烯纤维，启动搅拌器，以600～800r/min转速搅拌3～5h，得混合浆料，罐装，即可制备得抗冻防裂型土壤固化剂。
实例1
首先依次称取30g牛肉膏，16g蛋白胨，10g氯化钠和50g琼脂，溶于2L去离子水中，并用质量浓度为20%尿素溶液调节pH至8.5，将混合物转入压力蒸汽灭菌器中，在0.1MPa条件下杀菌消毒30min，得培养基，并将其等分为三份；再称取80g高原岩石表面土壤，均匀涂覆于上述所得第一份培养基上，再将其移至18℃恒温培养箱中，培养3天后，挑取表面菌丝，将菌丝涂覆于第二份培养基上，再将其移至8℃恒温培养箱中，培养3天后，再挑取表面菌丝，将其涂覆于第三份培养基上，并移至3℃恒温培养箱中，培养3天，用40mL去离子水淋洗培养基表面，得低温混合菌丝悬浮液，备用；接着在三口烧瓶中，依次加入30g长度为5mm聚丙烯纤维，150mL去离子水，15mL二甲苯和30mL丙烯酸，再将三口烧瓶转入50℃恒温水浴锅中，以5mL/min速率向三口烧瓶中通入氮气，排除空气后，启动磁力搅拌器，在氮气保护状态下，以400r/min转速搅拌反应2h；再将上述三口烧瓶移入95℃油浴锅中，在氮气保护条件和搅拌状态下，反应4h后，停止搅拌，自然冷却至室温，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤饼5次，再用丙酮洗涤滤饼5次，随后将其转入真空干燥箱中，在70℃条件下干燥50min，得改性聚丙烯纤维；最后在混料机中，依次加入200mL去离子水，50g铝酸盐水泥，10g石膏粉，5g木质素磺酸钠，10mL低温混合菌丝悬浮液和8g上述制备的改性聚丙烯纤维，启动搅拌器，以800r/min转速搅拌5h，得混合浆料，罐装，即可制备得抗冻防裂型土壤固化剂。
在温度为2℃选择一场地，将地基土壤按施工要求的深度进行刨松，在刨松的土料中加入上述制备的抗冻防裂型土壤固化剂，添加的量为250kg/t，搅拌均匀，再对其碾压充实，随后进行洒水养护4d即可。经检测，加入该固化剂的土体第1天为3.85 MPa，一年以后，强度基本保持不变，说明该土壤固化剂不受低温的影响，在低温条件下，固化效果好。
实例2
首先依次称取20g牛肉膏，12g蛋白胨，6g氯化钠和30g琼脂，溶于1L去离子水中，并用质量浓度为15%尿素溶液调节pH至8.0，将混合物转入压力蒸汽灭菌器中，在0.08MPa条件下杀菌消毒20min，得培养基，并将其等分为三份；再称取50g高原岩石表面土壤，均匀涂覆于上述所得第一份培养基上，再将其移至16℃恒温培养箱中，培养1天后，挑取表面菌丝，将菌丝涂覆于第二份培养基上，再将其移至6℃恒温培养箱中，培养1天后，再挑取表面菌丝，将其涂覆于第三份培养基上，并移至0℃恒温培养箱中，培养1天，用20mL去离子水淋洗培养基表面，得低温混合菌丝悬浮液，备用；接着在三口烧瓶中，依次加入20g长度为3mm聚丙烯纤维，100mL去离子水，10mL二甲苯和20mL丙烯酸，再将三口烧瓶转入45℃恒温水浴锅中，以3mL/min速率向三口烧瓶中通入氮气，排除空气后，启动磁力搅拌器，在氮气保护状态下，以200r/min转速搅拌反应1h；再将上述三口烧瓶移入85℃油浴锅中，在氮气保护条件和搅拌状态下，反应2h后，停止搅拌，自然冷却至室温，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤饼3次，再用丙酮洗涤滤饼3次，随后将其转入真空干燥箱中，在60℃条件下干燥30min，得改性聚丙烯纤维；最后在混料机中，依次加入100mL去离子水，30g铝酸盐水泥，5g石膏粉，3g木质素磺酸钠，5mL低温混合菌丝悬浮液和6g上述制备的改性聚丙烯纤维，启动搅拌器，以600r/min转速搅拌3h，得混合浆料，罐装，即可制备得抗冻防裂型土壤固化剂。
在温度为-3℃选择一场地，将地基土壤按施工要求的深度进行刨松，在刨松的土料中加入上述制备的抗冻防裂型土壤固化剂，添加的量为200kg/t，搅拌均匀，再对其碾压充实，随后进行洒水养护3d即可。经检测，加入该固化剂的土体第1天为3.45MPa，一年以后，强度基本保持不变，说明该土壤固化剂不受低温的影响，在低温条件下，固化效果好。
实例3
首先依次称取25g牛肉膏，13g蛋白胨，7g氯化钠和40g琼脂，溶于1L去离子水中，并用质量浓度为17%尿素溶液调节pH至8.2，将混合物转入压力蒸汽灭菌器中，在0.09MPa条件下杀菌消毒25min，得培养基，并将其等分为三份；再称取70g高原岩石表面土壤，均匀涂覆于上述所得第一份培养基上，再将其移至17℃恒温培养箱中，培养2天后，挑取表面菌丝，将菌丝涂覆于第二份培养基上，再将其移至7℃恒温培养箱中，培养2天后，再挑取表面菌丝，将其涂覆于第三份培养基上，并移至2℃恒温培养箱中，培养2天，用30mL去离子水淋洗培养基表面，得低温混合菌丝悬浮液，备用；接着在三口烧瓶中，依次加入25g长度为4mm聚丙烯纤维，120mL去离子水，12mL二甲苯和25mL丙烯酸，再将三口烧瓶转入47℃恒温水浴锅中，以4mL/min速率向三口烧瓶中通入氮气，排除空气后，启动磁力搅拌器，在氮气保护状态下，以300r/min转速搅拌反应1h；再将上述三口烧瓶移入90℃油浴锅中，在氮气保护条件和搅拌状态下，反应3h后，停止搅拌，自然冷却至室温，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤饼4次，再用丙酮洗涤滤饼4次，随后将其转入真空干燥箱中，在65℃条件下干燥40min，得改性聚丙烯纤维；最后在混料机中，依次加入150mL去离子水，40g铝酸盐水泥，7g石膏粉，4g木质素磺酸钠，7mL低温混合菌丝悬浮液和7g上述制备的改性聚丙烯纤维，启动搅拌器，以700r/min转速搅拌4h，得混合浆料，罐装，即可制备得抗冻防裂型土壤固化剂。
在温度为-1℃选择一场地，将地基土壤按施工要求的深度进行刨松，在刨松的土料中加入上述制备的抗冻防裂型土壤固化剂，添加的量为220kg/t，搅拌均匀，再对其碾压充实，随后进行洒水养护3d即可。经检测，加入该固化剂的土体第1天为3.55 MPa，一年以后，强度基本保持不变，说明该土壤固化剂不受低温的影响，在低温条件下，固化效果好。