泰然固化酶課件

1、泰然(TerraZyme)土壤穩(wěn)定酶的應用與改良技術研究報告,西安公路研究院 二0一0,1,學習交流PPT,Contents,土的礦物成分及加固機理的初步分析,2,泰然土壤固化酶在工程上的應用研究,4,結論與建議,5,2,學習交流PPT,一 緒論,主要內容,1,2,3,研究背景,研究的意義和目的,課題來源及研究內容,3,學習交流PPT,研究背景,土是公路建設的基本材料，但是隨著車輛荷載的 增加，原狀土已不適應公路工程的要求。公路建 設不得不對土的力學性質、水穩(wěn)性等性質進行改 善，即對土進行加固。,4,學習交流PPT,國內外對于土壤進行加固的方法很多，大致可以 分為三類： （1）土工合成材料加固

2、土技術； （2）植被固土技術(生物工程)； （3）土材料加固技術。 本課題主要對土壤固化劑加固土技術進行研究。,5,學習交流PPT,目前國外土壤固化技術的工程應用已經相當普遍 在日本、美國、加拿大、澳大利亞、南非和歐洲 的固化技術研究較為成熟并得到廣泛應用，其使 用的固化劑名稱也不相同，如安定劑、富士土等 但都可用于各類土壤的固化，達到就地取材，降 低成本的目的。 本課題所用到的泰然（TerraZyme）土壤穩(wěn)定酶就在國外很多國家進行了應用，并取得了不錯的路用效果,6,學習交流PPT,經泰然土壤穩(wěn)定酶處理后，路面的整體性非常好而且板結效果很明顯，和下層土壤有了本質的區(qū)別 。,7,學習交流PPT

3、,美國賓西法尼亞州對某些路段使用泰然土壤穩(wěn)定酶的情況。 （a）用泰然土壤穩(wěn)定酶處理基層的瀝青路面,8,學習交流PPT,（b）未用泰然土壤固化酶處理基層的瀝青路面,9,學習交流PPT,泰然土壤穩(wěn)定酶道路在國外大范圍的鋪筑，可以 得到其以下特點： （1）可降低瀝青和水泥道路的成本。 （2）提高土路的壽命和質量。 （3）環(huán)保和防塵固沙效果卓著。,10,學習交流PPT,國內研究背景,我國的土壤固化技術目前應用還不廣泛，改良土 壤的產品仍沿用石灰、水泥、粉煤灰或這些材料 在施工現場相互拌和的混合物，雖然也使用某些 新型的土壤固化劑，但是使用頻率比較低，而且 使用范圍相對較窄。 應用的范圍主要為交通道路工

4、程，以及水利渠道 防滲工程。,11,學習交流PPT,1995年從美國引進了帕爾瑪(Perma)土壤固化 酶筑路技術，并在北京昌平修建了第一條帕爾瑪 路面基層試驗路。,工藝簡單,污染小,造價低,強度高,水穩(wěn)性差,優(yōu)點,缺點,12,學習交流PPT,2000年臨沂市葛溝灌區(qū)節(jié)水改造工程采用了 Aughtset對渠底進行固化處理 。 優(yōu)點：抗?jié)B性能好，使用壽命長，固化土收縮 量小。 缺點：存放條件要求高，施工條件要求苛刻。,13,學習交流PPT,東南大學的黃曉明教授曾研制出一種叫TR型的土 壤固化劑。 室內試驗證明， 這種固化劑的試驗效果還是比較 好的 ；但對于此種固化劑的研究還僅局限在試驗 室內，

5、還沒有經過實踐的檢驗，其施工工藝是否 簡單等一系列的問題還有待解決。,14,學習交流PPT,對于國內研究使用的這些土壤固化劑，基本上都 存在單獨使用時水穩(wěn)性差的缺點，要配合其他材 料對土壤進行綜合穩(wěn)定。 本文在研究泰然土壤穩(wěn)定酶的同時，力圖從另一 種加固角度去尋找到一種加固材料，使二者在加 固過程中能相輔相成。 因此，如何將泰然土壤穩(wěn)定酶徹底中國化，找到 合適的添加材料，讓其適應中國的土壤， 將是本 文的重點。,15,學習交流PPT,研究的意義和目的,土壤穩(wěn)定酶的研究是應當前我國公路發(fā)展需求提出的，主要目的是通過大量的調研、材料篩選、試驗與分析，研究泰然(TerraZyme)土壤穩(wěn)定酶的路用性

6、能，并找到正確處理其水穩(wěn)性差的方法；通過對加固土微觀結構的觀察及分析，研究泰然土壤穩(wěn)定酶加固機理；泰然(TerraZyme)土壤穩(wěn)定酶適用各種路用要求時具體的施工工藝，希望為公路建設提供環(huán)境污染小，施工簡便，經濟效益高的筑路新材料。,16,學習交流PPT,課題來源及研究內容,本研究課題為陜西省交通廳推廣應用科研課題。 主要研究內容： （1） 對國內外的土壤固化方法進行比較、總結，研究土壤固化劑的固化機理，希望能找到一種改善泰然土壤穩(wěn)定酶水穩(wěn)性差的材料。 （2） 進行室內試驗：首先分析原材料的性質，然后進行酶和土及不同外加添加劑的擊實試驗，從而得到其最大干密度和最佳含水量，在此基礎上進行無側限抗

7、壓強度試驗，篩選出幾組比較理想的配合比進行CBR試驗，然后再將其進行X-衍射和電鏡掃描實驗，分析其固化機理。 （3） 進行試驗路的鋪筑，并定期進行強度檢測。對室內試驗及試驗路的檢測強度結果進行比較，分析其強度差異原因，希望得到指導施工的技術手冊。 （4）分析總結泰然土壤穩(wěn)定酶固化技術的研究成果，提出合理建議，并對研究前景進行預測，有針對性的提出需要解決的問題。同時，說明在使用中存在的一些問題及阻礙這項新技術推廣使用的主要因素。,17,學習交流PPT,二 土的礦物成分及加固機理的初步分析,主要內容,1,2,3,土的礦物成分,土中的水分,TZ加固土機理及方法的初步分析,18,學習交流PPT,土的礦

8、物成分,原生礦物 指巖漿在冷凝過程中形成的礦物,礦物成分,次生礦物 原生礦物經化學風化作用后發(fā)生化學變化而形成新的次生礦物,19,學習交流PPT,土中的水分,填充土中孔隙并起溶劑作用的水，是土的不可分 離的組成部分。加固土的時候，根據水的活性及 其與土粒表面的鍵合強度，來決定水是起到積極 或消極作用。當水的含量適當時，能保證加固過 程順利進行并達到很好的加固效果。,20,學習交流PPT,土中的水分,21,學習交流PPT,TZ加固土機理及方法的初步分析,研究主要是從三個方面來對土進行加固： 首先是改善土分子結構，減少土分子之間的孔隙水，從而減少土之間的結合水，使土顆粒之間變的更密實，增加密實度并

9、增強整體性，從而提高強度；其次利用結合料自身以及結合料與土之間的各種化學反應，在土體中形成網狀結晶，把土粒和土的微團粒聯結成堅強的整體；第三種是外加劑在土中起到一定的充實作用，填充土顆粒之間的空隙，降低土體自身的滲透性，提高土的水穩(wěn)性，達到提高土體強度的目的。,22,學習交流PPT,TZ加固機理的初步分析： 一種生物活性劑， 可用來改變土壤的物理性質，從而改進其工程性質 ，是由植物的根莖經過發(fā) 酵而成的，不會消耗現有資源， 屬于可再生資源，符合現在可持續(xù)發(fā)展的基調。 作用機理：在濕潤的土壤中，依靠其活性不斷的拉近土顆粒之間的距離，壓迫土顆粒間的水膜，減少土顆粒間的孔隙水，從而減小土顆粒之間的空

10、隙，并在外部壓實效果下，增加土壤的密實度，減小滲透性，提高抗壓強度和路面的整體性，達到加固土壤的目的。,23,學習交流PPT,優(yōu)點： 增加土壤的密度，減少壓實工作。 減少使用集料，保護生態(tài)環(huán)境不會被破壞。 使用方便、安全、施工環(huán)境好。 降低工程造價，減少維修養(yǎng)護成本。,24,學習交流PPT,存在的問題：水穩(wěn)性差 本課題也是針對泰然土壤穩(wěn)定酶水穩(wěn)性差的缺 點，具體結合銅川市當地的土壤，運用綜合穩(wěn) 定的方法，找到另外合適的添加劑，使其滿足 強度指標的同時能增加其水穩(wěn)性，滿足我國現 有規(guī)范的要求。,25,學習交流PPT,（2）石灰加固機理的初步分析 在初期表現在土的結團、塑性降低、最佳含水量的增大和

11、最大干密 度的減小等；后期變化主要表現在結晶結構 的形成，從而板體性、強度 及穩(wěn)定性提高。,結晶反應,碳酸化反應,具體反應過程如下：,26,學習交流PPT,27,學習交流PPT,（3）外加劑加固機理的初步分析 填充土顆粒之間空隙的作用，從而使土變的密實，減 小土的滲透性，提高其水穩(wěn)性。,28,學習交流PPT,三 土壤固化劑的室內試驗研究,主要內容,1,原材料的性質分析,29,學習交流PPT,一、原材料的性質分析,30,學習交流PPT,二、確定配合比及物理力學性能試驗分析,初步配合比試驗 1、單一材料加固土 2、交叉材料加固土 3、綜合加固土,試驗內容,微觀結構分析試驗 1、X-衍射實驗； 2、

12、SEM試驗,CBR試驗,31,學習交流PPT,初步配合比試驗,32,學習交流PPT,33,學習交流PPT,34,學習交流PPT,（一）單一材料加固土強度結果 （1） 外加劑不同含量對試驗結果的影響 由圖可知，對于用外加劑處理的土，七天無側限抗壓強度沒有太大的差別，而且和素土得到的結果也相差不多，強度均0.7MPa；比較三種配合比7天和14天無側限抗壓強度只有用5%外加劑處理的土，強度是隨著養(yǎng)生時間的增長而增加的，其他另外兩種配合比都有不同程度的降低。,35,學習交流PPT,（2）用泰然土壤穩(wěn)定酶酶處理的土， 7天無側限抗壓強 度為0.74MPa0.7MPa，素土的為0.84MPa，雖然 比素土

13、的要低， 但是考慮到素土在進行無側限抗壓強度 以前沒有經過泡水，強度高是必然的。 （3）石灰含量對試驗結果的影響，如圖3.4所示,圖3.4 石灰含量對試驗結果影響,36,學習交流PPT,對于用石灰處理的土的七天無側限抗壓強度是比較低的 0.5MPa，其養(yǎng)生條件是恒溫恒濕并且在進行強度試 驗前要進行24小時泡水，并且石灰的用量相對來說是比 較低的，因此強度比較低是比較正常的；而且從14天的 強度來看， 其強度增長也不是很快； 比較三種配合比， 4%石灰加固土的效果是最好的。,37,學習交流PPT,（二）交叉材料加固土的強度結果 （1）外加劑不同含量對酶加固土試驗結果的影響，如圖3.5所示,38,

14、學習交流PPT,（2）石灰含量對酶加固土試驗結果的影響，如 圖3.6所示。,39,學習交流PPT,用石灰和酶共同作用的土的7天抗壓強度均 0.7MPa，比用石灰處理的土的強度高出了一 倍還多，而且其14天無側限抗壓強度也是比較 高的；比較其7天和14天的無側限抗壓強度強度結果可以發(fā)現，當石灰的用量為4%時， 強度增長是比較快的。,40,學習交流PPT,（3）石灰和外加劑不同含量對試驗結果的影響，如圖3.73.9所示。,41,學習交流PPT,四泰然土壤穩(wěn)定酶在工程上的應用研究,主要內容,1,2,3,4,5,公路概況,泰然土壤固化酶試驗路的施工工藝研究,泰然土壤固化酶路面強度性能的研究,泰然土固化

15、酶道路造價研究,4,試驗路小結,42,學習交流PPT,一 公路概況,泰然土壤穩(wěn)定酶于2004年7月首次引進并在陜西銅川試用，鋪筑了銅川印臺區(qū)西固和阿莊兩條試驗路，共10公里分六個試驗段（西固試驗路上有五個，阿莊一個）.,43,學習交流PPT,二、 泰然土壤固化酶試驗路的施工工藝研究,44,學習交流PPT,施工流程圖,45,學習交流PPT,三、泰然土壤固化酶路面強度性能的研究,為了很好的研究固化酶的固化作用效果，特地對西固試驗路A、B表處理段進行了全程的DCP試驗。 DCP是美國Corp軍隊工程師為了收集數據，來確定路面承載能力而設計的一種簡單的現場檢測方法。,46,學習交流PPT,由以上的測試

16、數據可以看出，該路段在加入固化酶后在強度上有一定的增加。但是在觀測過程中，有的在進行路上試驗前幾天下過雨，因此在測試的時候，路上的強度比較低，并且總體來說，早期強度沒有達到美國資料介紹的效果，也沒有達到課題組去美國現場考察看到的效果，但是就簡單從CBR強度來說，路上效果要比試驗室做出來的要好。,47,學習交流PPT,究其原因，主要有以下幾個方面： （1）試驗方法的差異 （2）土壤類別的差異,48,學習交流PPT,四 泰然土壤穩(wěn)定酶道路造價研究,49,學習交流PPT,五、試驗路小結,泰然土壤酶試驗路在銅川已經建成了半年多了，并且經過了一個凍融期，現在路上的狀況良好，沒有明顯的車轍和坑槽等路面病害

17、。通過試驗路的鋪筑和對路的試驗檢測，可得到以下結論： (1)泰然土壤酶對土壤有較好的穩(wěn)定固化作用，尤其適合在西北降水量較少，土壤粘度適中的地區(qū) (2)由于泰然土壤穩(wěn)定酶加固土路面的早期強度比較低，為了盡快開放交通，則必須進行表面加固處理。 (3)泰然土壤酶鋪筑工藝很簡單，基本上和灰土的鋪筑工藝是一樣的。 (4)用泰然土壤酶鋪筑的道路造價低，非常適合西部地區(qū)資金不足的現狀，可以把有限的資金修出相對較多并且路用性能不錯的道路。,50,學習交流PPT,五 結論與建議,主要結論如下： （1）引進了泰然（TerraZyme）土壤穩(wěn)定酶，改進了其不足，引用了石灰和外加劑對其不足進行了有效的補充。 （2）對

18、加固土提出了三種加固方式：活性密實加固發(fā)生化學反應生成新的物質加固填充包裹加固，使土得到較好的加固效果，并在試驗中得到驗證。 （3）用酶、外加劑單獨加固的土及酶和外加劑共同加固的土都有不耐水的缺點，7天無側限抗壓強度測定時不能泡水，否則沒有強度；添加了石灰后，能有效的解決其水穩(wěn)性的問題。 （4）本試驗所用的石灰含量并不在規(guī)范規(guī)定的限量內，石灰含量比較低，石灰加固土7天無側限抗壓強度比較低，不能滿足規(guī)范設計要求，但是當加入酶以后，7天無側限抗壓強度能滿足規(guī)范設計要求。用酶去代替部分石灰進行修筑公路，這對于公路的建設有很重要的現實意義。 （5）試驗結果表明，加入泰然土壤穩(wěn)定酶后，有效的增長了加固土的強度性能指標，而且對于綜合加固類起到了促進加固的作用。 （6）電鏡和X-衍射實驗表明，用泰然土壤穩(wěn)定酶、石灰和外加劑綜合處理的加固土的效果是最好的，有明顯的層狀結構，有繼續(xù)連接成體的趨勢，而且整體性非常好。 （7） 本論文研究的加固土，在提高路面強度方面有明顯的作用。在西部邊遠山區(qū)，對于鋪筑低等級公路，在省時、省錢并且要滿足快速發(fā)展要求的經濟形勢下，將是一種非常好的方法，有一定的經濟效益和社會效益。 （8）本文通過對泰然土壤穩(wěn)定酶的研究，得到了加固酶的一些改善經驗，希望能對土