泰然固化酶【高级教育】.ppt

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1、泰然(TerraZyme)土壤稳定酶的应用与改良技术研究报告,西安公路研究院 二0一0年八月,1,古柏文书,Contents,土的矿物成分及加固机理的初步分析,2,泰然土壤固化酶在工程上的应用研究,4,结论与建议,5,2,一 绪论,主要内容,1,2,3,研究背景,研究的意义和目的,课题来源及研究内容,3,研究背景,土是公路建设的基本材料，但是随着车辆荷载的 增加，原状土已不适应公路工程的要求。公路建 设不得不对土的力学性质、水稳性等性质进行改 善，即对土进行加固。,4,国内外对于土壤进行加固的方法很多，大致可以 分为三类： （1）土工合成材料加固土技术； （2）植被固土技术(生物工程)； （3

2、）土材料加固技术。 本课题主要对土壤固化剂加固土技术进行研究。,5,目前国外土壤固化技术的工程应用已经相当普遍 在日本、美国、加拿大、澳大利亚、南非和欧洲 的固化技术研究较为成熟并得到广泛应用，其使 用的固化剂名称也不相同，如安定剂、富士土等 但都可用于各类土壤的固化，达到就地取材，降 低成本的目的。 本课题所用到的泰然（TerraZyme）土壤稳定酶就在国外很多国家进行了应用，并取得了不错的路用效果,6,经泰然土壤稳定酶处理后，路面的整体性非常好而且板结效果很明显，和下层土壤有了本质的区别 。,7,美国宾西法尼亚州对某些路段使用泰然土壤稳定酶的情况。 （a）用泰然土壤稳定酶处理基层的沥青路面

3、,8,（b）未用泰然土壤固化酶处理基层的沥青路面,9,泰然土壤稳定酶道路在国外大范围的铺筑，可以 得到其以下特点： （1）可降低沥青和水泥道路的成本。 （2）提高土路的寿命和质量。 （3）环保和防尘固沙效果卓著。,10,国内研究背景,我国的土壤固化技术目前应用还不广泛，改良土 壤的产品仍沿用石灰、水泥、粉煤灰或这些材料 在施工现场相互拌和的混合物，虽然也使用某些 新型的土壤固化剂，但是使用频率比较低，而且 使用范围相对较窄。 应用的范围主要为交通道路工程，以及水利渠道 防渗工程。,11,1995年从美国引进了帕尔玛(Perma)土壤固化 酶筑路技术，并在北京昌平修建了第一条帕尔玛 路面基层试验

4、路。,工艺简单,污染小,造价低,强度高,水稳性差,优点,缺点,12,2000年临沂市葛沟灌区节水改造工程采用了 Aughtset对渠底进行固化处理 。 优点：抗渗性能好，使用寿命长，固化土收缩 量小。 缺点：存放条件要求高，施工条件要求苛刻。,13,东南大学的黄晓明教授曾研制出一种叫TR型的土 壤固化剂。 室内试验证明， 这种固化剂的试验效果还是比较 好的 ；但对于此种固化剂的研究还仅局限在试验 室内， 还没有经过实践的检验，其施工工艺是否 简单等一系列的问题还有待解决。,14,对于国内研究使用的这些土壤固化剂，基本上都 存在单独使用时水稳性差的缺点，要配合其他材 料对土壤进行综合稳定。 本文

5、在研究泰然土壤稳定酶的同时，力图从另一 种加固角度去寻找到一种加固材料，使二者在加 固过程中能相辅相成。 因此，如何将泰然土壤稳定酶彻底中国化，找到 合适的添加材料，让其适应中国的土壤， 将是本 文的重点。,15,研究的意义和目的,土壤稳定酶的研究是应当前我国公路发展需求提出的，主要目的是通过大量的调研、材料筛选、试验与分析，研究泰然(TerraZyme)土壤稳定酶的路用性能，并找到正确处理其水稳性差的方法；通过对加固土微观结构的观察及分析，研究泰然土壤稳定酶加固机理；泰然(TerraZyme)土壤稳定酶适用各种路用要求时具体的施工工艺，希望为公路建设提供环境污染小，施工简便，经济效益高的筑路

6、新材料。,16,课题来源及研究内容,本研究课题为陕西省交通厅推广应用科研课题。 主要研究内容： （1） 对国内外的土壤固化方法进行比较、总结，研究土壤固化剂的固化机理，希望能找到一种改善泰然土壤稳定酶水稳性差的材料。 （2） 进行室内试验：首先分析原材料的性质，然后进行酶和土及不同外加添加剂的击实试验，从而得到其最大干密度和最佳含水量，在此基础上进行无侧限抗压强度试验，筛选出几组比较理想的配合比进行CBR试验，然后再将其进行X-衍射和电镜扫描实验，分析其固化机理。 （3） 进行试验路的铺筑，并定期进行强度检测。对室内试验及试验路的检测强度结果进行比较，分析其强度差异原因，希望得到指导施工的技术

7、手册。 （4）分析总结泰然土壤稳定酶固化技术的研究成果，提出合理建议，并对研究前景进行预测，有针对性的提出需要解决的问题。同时，说明在使用中存在的一些问题及阻碍这项新技术推广使用的主要因素。,17,二 土的矿物成分及加固机理的初步分析,主要内容,1,2,3,土的矿物成分,土中的水分,TZ加固土机理及方法的初步分析,18,土的矿物成分,原生矿物 指岩浆在冷凝过程中形成的矿物,矿物成分,次生矿物 原生矿物经化学风化作用后发生化学变化而形成新的次生矿物,19,土中的水分,填充土中孔隙并起溶剂作用的水，是土的不可分 离的组成部分。加固土的时候，根据水的活性及 其与土粒表面的键合强度，来决定水是起到积极

8、 或消极作用。当水的含量适当时，能保证加固过 程顺利进行并达到很好的加固效果。,20,土中的水分,21,TZ加固土机理及方法的初步分析,研究主要是从三个方面来对土进行加固： 首先是改善土分子结构，减少土分子之间的孔隙水，从而减少土之间的结合水，使土颗粒之间变的更密实，增加密实度并增强整体性，从而提高强度；其次利用结合料自身以及结合料与土之间的各种化学反应，在土体中形成网状结晶，把土粒和土的微团粒联结成坚强的整体；第三种是外加剂在土中起到一定的充实作用，填充土颗粒之间的空隙，降低土体自身的渗透性，提高土的水稳性，达到提高土体强度的目的。,22,TZ加固机理的初步分析： 一种生物活性剂， 可用来改

9、变土壤的物理性质，从而改进其工程性质 ，是由植物的根茎经过发 酵而成的，不会消耗现有资源， 属于可再生资源，符合现在可持续发展的基调。 作用机理：在湿润的土壤中，依靠其活性不断的拉近土颗粒之间的距离，压迫土颗粒间的水膜，减少土颗粒间的孔隙水，从而减小土颗粒之间的空隙，并在外部压实效果下，增加土壤的密实度，减小渗透性，提高抗压强度和路面的整体性，达到加固土壤的目的。,23,优点： 增加土壤的密度，减少压实工作。 减少使用集料，保护生态环境不会被破坏。 使用方便、安全、施工环境好。 降低工程造价，减少维修养护成本。,24,存在的问题：水稳性差 本课题也是针对泰然土壤稳定酶水稳性差的缺 点，具体结合

10、铜川市当地的土壤，运用综合稳 定的方法，找到另外合适的添加剂，使其满足 强度指标的同时能增加其水稳性，满足我国现 有规范的要求。,25,（2）石灰加固机理的初步分析 在初期表现在土的结团、塑性降低、最佳含水量的增大和最大干密 度的减小等；后期变化主要表现在结晶结构 的形成，从而板体性、强度 及稳定性提高。,结晶反应,碳酸化反应,具体反应过程如下：,26,27,（3）外加剂加固机理的初步分析 填充土颗粒之间空隙的作用，从而使土变的密实，减 小土的渗透性，提高其水稳性。,28,三 土壤固化剂的室内试验研究,主要内容,1,原材料的性质分析,29,一、原材料的性质分析,30,二、确定配合比及物理力学性

11、能试验分析,初步配合比试验 1、单一材料加固土 2、交叉材料加固土 3、综合加固土,试验内容,微观结构分析试验 1、X-衍射实验； 2、SEM试验,CBR试验,31,初步配合比试验,32,33,34,（一）单一材料加固土强度结果 （1） 外加剂不同含量对试验结果的影响 由图可知，对于用外加剂处理的土，七天无侧限抗压强度没有太大的差别，而且和素土得到的结果也相差不多，强度均0.7MPa；比较三种配合比7天和14天无侧限抗压强度只有用5%外加剂处理的土，强度是随着养生时间的增长而增加的，其他另外两种配合比都有不同程度的降低。,35,（2）用泰然土壤稳定酶酶处理的土， 7天无侧限抗压强 度为0.74

12、MPa0.7MPa，素土的为0.84MPa，虽然 比素土的要低， 但是考虑到素土在进行无侧限抗压强度 以前没有经过泡水，强度高是必然的。 （3）石灰含量对试验结果的影响，如图3.4所示,图3.4 石灰含量对试验结果影响,36,对于用石灰处理的土的七天无侧限抗压强度是比较低的 0.5MPa，其养生条件是恒温恒湿并且在进行强度试 验前要进行24小时泡水，并且石灰的用量相对来说是比 较低的，因此强度比较低是比较正常的；而且从14天的 强度来看， 其强度增长也不是很快； 比较三种配合比， 4%石灰加固土的效果是最好的。,37,（二）交叉材料加固土的强度结果 （1）外加剂不同含量对酶加固土试验结果的影响

13、，如图3.5所示,38,（2）石灰含量对酶加固土试验结果的影响，如 图3.6所示。,39,用石灰和酶共同作用的土的7天抗压强度均 0.7MPa，比用石灰处理的土的强度高出了一 倍还多，而且其14天无侧限抗压强度也是比较 高的；比较其7天和14天的无侧限抗压强度强度结果可以发现，当石灰的用量为4%时， 强度增长是比较快的。,40,（3）石灰和外加剂不同含量对试验结果的影响，如图3.73.9所示。,41,四泰然土壤稳定酶在工程上的应用研究,主要内容,1,2,3,4,5,公路概况,泰然土壤固化酶试验路的施工工艺研究,泰然土壤固化酶路面强度性能的研究,泰然土固化酶道路造价研究,4,试验路小结,42,一

14、 公路概况,泰然土壤稳定酶于2004年7月首次引进并在陕西铜川试用，铺筑了铜川印台区西固和阿庄两条试验路，共10公里分六个试验段（西固试验路上有五个，阿庄一个）.,43,二、 泰然土壤固化酶试验路的施工工艺研究,44,施工流程图,45,古柏文书,三、泰然土壤固化酶路面强度性能的研究,为了很好的研究固化酶的固化作用效果，特地对西固试验路A、B表处理段进行了全程的DCP试验。 DCP是美国Corp军队工程师为了收集数据，来确定路面承载能力而设计的一种简单的现场检测方法。,46,47,48,由以上的测试数据可以看出，该路段在加入固化酶后在强度上有一定的增加。但是在观测过程中，有的在进行路上试验前几天

15、下过雨，因此在测试的时候，路上的强度比较低，并且总体来说，早期强度没有达到美国资料介绍的效果，也没有达到课题组去美国现场考察看到的效果，但是就简单从CBR强度来说，路上效果要比试验室做出来的要好。,49,究其原因，主要有以下几个方面： （1）试验方法的差异 （2）土壤类别的差异,50,四 泰然土壤稳定酶道路造价研究,51,五、试验路小结,泰然土壤酶试验路在铜川已经建成了半年多了，并且经过了一个冻融期，现在路上的状况良好，没有明显的车辙和坑槽等路面病害。通过试验路的铺筑和对路的试验检测，可得到以下结论： (1)泰然土壤酶对土壤有较好的稳定固化作用，尤其适合在西北降水量较少，土壤粘度适中的地区 (

16、2)由于泰然土壤稳定酶加固土路面的早期强度比较低，为了尽快开放交通，则必须进行表面加固处理。 (3)泰然土壤酶铺筑工艺很简单，基本上和灰土的铺筑工艺是一样的。 (4)用泰然土壤酶铺筑的道路造价低，非常适合西部地区资金不足的现状，可以把有限的资金修出相对较多并且路用性能不错的道路。,52,五 结论与建议,主要结论如下： （1）引进了泰然（TerraZyme）土壤稳定酶，改进了其不足，引用了石灰和外加剂对其不足进行了有效的补充。 （2）对加固土提出了三种加固方式：活性密实加固发生化学反应生成新的物质加固填充包裹加固，使土得到较好的加固效果，并在试验中得到验证。 （3）用酶、外加剂单独加固的土及酶和

17、外加剂共同加固的土都有不耐水的缺点，7天无侧限抗压强度测定时不能泡水，否则没有强度；添加了石灰后，能有效的解决其水稳性的问题。 （4）本试验所用的石灰含量并不在规范规定的限量内，石灰含量比较低，石灰加固土7天无侧限抗压强度比较低，不能满足规范设计要求，但是当加入酶以后，7天无侧限抗压强度能满足规范设计要求。用酶去代替部分石灰进行修筑公路，这对于公路的建设有很重要的现实意义。 （5）试验结果表明，加入泰然土壤稳定酶后，有效的增长了加固土的强度性能指标，而且对于综合加固类起到了促进加固的作用。 （6）电镜和X-衍射实验表明，用泰然土壤稳定酶、石灰和外加剂综合处理的加固土的效果是最好的，有明显的层状

18、结构，有继续连接成体的趋势，而且整体性非常好。 （7） 本论文研究的加固土，在提高路面强度方面有明显的作用。在西部边远山区，对于铺筑低等级公路，在省时、省钱并且要满足快速发展要求的经济形势下，将是一种非常好的方法，有一定的经济效益和社会效益。 （8）本文通过对泰然土壤稳定酶的研究，得到了加固酶的一些改善经验，希望能对土壤加固酶在我国公路中的推广应用有一定的参考价值，并且能对编著固化酶类的规范、加固土的施工工艺、使用的机械设备等都有一定的帮助作用。,53,（1）鉴于泰然土壤稳定酶的优势及在国内外的经验，建议投入更多的人力物力进行开发，将其完全的中国化，建立一套完整的“开发研究生产应用”体系，为这

19、一新材料的发展应用奠定基础。 （2）建立快速准确的试验能力。国外不少产品性能都很好，但是由于认识不足，更多的是采用生搬硬套，没有考虑到当地的土壤及环境条件，直接按照国外的方法来使用，没有投入系统的试验而达不到国外的效果。对此，我们应改善我们的试验条件，使泰然土壤稳定酶很快的适应我国的土壤，很快的投入到公路建设中去。 （3）由于土壤的组成复杂，种类繁多，造成泰然土壤稳定酶对不同的土壤的加固效果存在差异。因此，建议对不同的土类性质以及不同的矿物、化学成分组成的土壤，应有不同的泰然土壤稳定酶的用量与之相对应。 （4）由于条件的限制，在施工中没有使用专用的施工机具和设备，都是采用与其他施工方法相结合，这也影响了施工质量。建议引进开发专用设备，以提高施工效率和施工质量。 （5）对于泰然土壤稳定酶等加固类道路，完整系统的资料非常欠缺，且试验方法和标准不统一，造成施工控制比较困难。建议统一加固土的试验标准，制定加固土施工的企业标准和行业标准，使土壤固化剂试验、施工规范化，以利于推广应用。,54,Thank You !,55,古柏文书,