一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法

本发明属于土体改良，具体涉及一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法。

背景技术：

1、近年来，随着我国经济、科技快速发展，对交通运输的需求不断增加，新建道路导致对道路建设用地的需求大量增长。在道路工程建设过程中，不可避免地会遇到未达到工程建设要求的不良土体，如松散砂土等。研究表明，地质条件不良极易导致工程建设出现各种问题，因此，有必要采取一些土质加固措施来提高土体的工程力学性质以满足工程要求。

2、传统的砂土加固多是运用水泥、石灰或化学材料，通过钻孔注浆的方式对砂土周边地层进行加固，此类方法不仅会侵蚀土体还会对地下水造成污染。现有技术中，如专利文献cn107012856b提供了一种利用苔藓钟乳石混合灌浆加固砂土的方法，但其处理工序繁琐。生物矿化技术是一种新兴的环境友好型加固技术，通过向土体中注入产脲酶微生物或直接注入生物酶诱导碳酸钙生成，以达到使其具有低压缩性、低渗透性和高强度的目的。

3、生物矿化技术被认为是一种绿色无污染的土体改良技术，其技术原理是脲酶水解尿素生成的碳酸根离子与钙离子结合生成碳酸钙，这一反应在土或裂隙中进行，碳酸钙将填充孔隙、胶结颗粒，起到降低渗透性、提升强度的作用，如专利文献cn115679939a、cn117779807a等都提供了基于生物矿化技术的土壤修复/加固方法；但是，天然砂颗粒光滑、磨圆度高，缺少碳酸钙的成核位点，溶液自表面喷洒后将快速下渗，需要多次处理；较高的脲酶活性将导致碳酸钙分布不均匀，碳酸钙在注入段聚集，砂土无法得到有效固化。总之，目前生物矿化加固存在着如下不足：

4、(1)碳酸钙生成速率快，碳酸钙在注入段堆积，导致砂土胶结不均匀，难以得到有效的加固；

5、(2)资源浪费。由于砂土对溶液的吸附留存能力低，注浆后，脲酶溶液以及胶结液将快速流失，造成资源浪费；

6、(3)直接加酸可能会破坏原有稳定的生态系统。

7、鉴于此，提出本发明。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法，采用生物矿化与咖啡渣联合固砂的方法，提高了固砂均匀性。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法，包括如下步骤：

4、(1)取废弃咖啡渣，烘干、研磨、过筛后，备用；

5、(2)制备含脲酶的溶液，备用；

6、(3)制备反应液，备用；

7、(4)先将步骤(1)中研磨后的咖啡渣加入到待处理砂土中，随后再加入步骤(2)所得含脲酶的溶液和步骤(3)所得反应液。

8、作为本发明技术方案的优选，步骤(1)中，过筛2mm。

9、作为本发明技术方案的优选，步骤(2)中，含脲酶的溶液的制备包括如下步骤：将大豆原料粉碎、研磨后加入到水中进行搅拌、离心处理，随后取上清液，即得含脲酶的溶液。

10、作为本发明技术方案的优选，1l水中加入的研磨后的豆粉质量为50～100g；离心转速为3000～4000r/min。

11、作为本发明技术方案的优选，步骤(3)中，反应液的制备包括如下步骤：将尿素和氯化钙分别加入到水中搅拌至溶解充分即可。

12、作为本发明技术方案的优选，尿素和氯化钙的摩尔浓度相同，为0.5～1mol/l。

13、作为本发明技术方案的优选，咖啡渣的加入量为待修复土体质量的0.5～5％。

14、作为本发明技术方案的优选，步骤(4)中，含脲酶的溶液和反应液混合后再注入，二者的用量为等体积。

15、作为本发明技术方案的优选，步骤(4)中，含脲酶的溶液和反应液混合后的注入量为待加固砂土孔隙体积的1.2倍。

16、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

17、(1)本发明提供的固砂方法，通过引入咖啡渣的使用，能适度降低碳酸钙反应速率，从而改善碳酸钙分布的均匀性：咖啡渣可以降低溶液ph值，延缓生物矿化反应，使碳酸钙的生成速率不至于过快，从而分布的更加均匀；

18、(2)本发明提供的固砂方法，能节省资源并提升固化效果。咖啡渣的加入可以提升砂土的溶液留存能力，并为碳酸钙的生成提供成核位点，形成碳酸钙团聚体，更好的胶结砂颗粒；

19、(3)本发明提供的固砂方法环保。咖啡渣是一种天然食品废料，不会对生态环境造成破坏。

20、总之，本发明采用生物矿化技术和咖啡渣对砂土进行固化，固化后砂土均匀性好，且技术操作简便，有利于实际工程应用。

技术特征：

1.一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法，其特征在于，步骤(1)中，过筛2mm。

3.根据权利要求1所述的一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法，其特征在于，步骤(2)中，含脲酶的溶液的制备包括如下步骤：将大豆原料粉碎、研磨后加入到水中进行搅拌、离心处理，随后取上清液，即得含脲酶的溶液。

4.根据权利要求3所述的一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法，其特征在于，1l水中加入的研磨后的豆粉质量为50～100g；离心转速为3000～4000r/min。

5.根据权利要求1所述的一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法，其特征在于，步骤(3)中，反应液的制备包括如下步骤：将尿素和氯化钙分别加入到水中搅拌至溶解充分即可。

6.根据权利要求5所述的一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法，其特征在于，尿素和氯化钙的摩尔浓度相同，为0.5～1mol/l。

7.根据权利要求1所述的一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法，其特征在于，咖啡渣的加入量为待修复土体质量的0.5～5％。

8.根据权利要求1所述的一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法，其特征在于，步骤(4)中，含脲酶的溶液和反应液混合后再注入，二者的用量为等体积。

9.根据权利要求8所述的一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法，其特征在于，步骤(4)中，含脲酶的溶液和反应液混合后的注入量为待加固砂土孔隙体积的1.2倍。

10.根据权利要求8所述的一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法，其特征在于，所述方法还包括：步骤(4)后，以相同量加入步骤(2)所得含脲酶的溶液和步骤(3)所得反应液，至少重复一次。

技术总结
本发明公开了一种改善生物矿化加固砂土均匀性的方法，包括如下步骤：(1)取废弃咖啡渣，烘干、研磨、过筛后，备用；(2)制备含脲酶的溶液，备用；(3)制备反应液，备用；(4)先将步骤(1)中研磨后的咖啡渣加入到待处理砂土中，随后再加入步骤(2)所得含脲酶的溶液和步骤(3)所得反应液。本发明采用生物矿化技术和咖啡渣对砂土进行固化，固化后砂土均匀性好，且技术操作简便，有利于实际工程应用。

技术研发人员：尹悦,张力为,甘满光,王燕,王斌
受保护的技术使用者：中国科学院武汉岩土力学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/10/24