1、泰然(TerraZyme)土壤穩(wěn)定酶的應(yīng)用與改良技術(shù)研究報告,西安公路研究院 二0一0,1,學(xué)習(xí)交流PPT,Contents,土的礦物成分及加固機(jī)理的初步分析,2,泰然土壤固化酶在工程上的應(yīng)用研究,4,結(jié)論與建議,5,2,學(xué)習(xí)交流PPT,一 緒論,主要內(nèi)容,1,2,3,研究背景,研究的意義和目的,課題來源及研究內(nèi)容,3,學(xué)習(xí)交流PPT,研究背景,土是公路建設(shè)的基本材料，但是隨著車輛荷載的 增加，原狀土已不適應(yīng)公路工程的要求。公路建 設(shè)不得不對土的力學(xué)性質(zhì)、水穩(wěn)性等性質(zhì)進(jìn)行改 善，即對土進(jìn)行加固。,4,學(xué)習(xí)交流PPT,國內(nèi)外對于土壤進(jìn)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(shù)； （2）植被固土技術(shù)(生物工程)； （3）土材料加固技術(shù)。 本課題主要對土壤固化劑加固土技術(shù)進(jìn)行研究。,5,學(xué)習(xí)交流PPT,目前國外土壤固化技術(shù)的工程應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍 在日本、美國、加拿大、澳大利亞、南非和歐洲 的固化技術(shù)研究較為成熟并得到廣泛應(yīng)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(dá)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(jìn)行了應(yīng)用，并取得了不錯的路用效果,6,學(xué)習(xí)交流PPT,經(jīng)泰然土壤穩(wěn)定酶處理后，路面的整體性非常好而且板結(jié)效果很明顯，和下層土壤有了本質(zhì)的區(qū)別 。,7,學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)交流PPT,（b）未用泰然土壤固化酶處理基層的瀝青路面,9,學(xué)習(xí)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(zhì)量。 （3）環(huán)保和防塵固沙效果卓著。,10,學(xué)習(xí)交流PPT,國內(nèi)研究背景,我國的土壤固化技術(shù)目前應(yīng)用還不廣泛，改良土 壤的產(chǎn)品仍沿用石灰、水泥、粉煤灰或這些材料 在施工現(xiàn)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(yīng)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(xué)習(xí)交流PPT,1995年從美國引進(jìn)了帕爾瑪(Perma)土壤固化 酶筑路技術(shù)，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(qiáng)度高,水穩(wěn)性差,優(yōu)點,缺點,12,學(xué)習(xí)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(jìn)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(xué)習(xí)交流PPT,東南大學(xué)的黃曉明教授曾研制出一種叫TR型的土 壤固化劑。 室內(nèi)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(nèi)，

5、還沒有經(jīng)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(xué)習(xí)交流PPT,對于國內(nèi)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(jìn)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(yīng)中國的土壤， 將是本 文的重點。,15,學(xué)習(xí)交流PPT,研究的意義和目的,土壤穩(wěn)定酶的研究是應(yīng)當(dāng)前我國公路發(fā)展需求提出的，主要目的是通過大量的調(diào)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(jié)構(gòu)的觀察及分析，研究泰然土壤穩(wěn)定酶加固機(jī)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(shè)提供環(huán)境污染小，施工簡便，經(jīng)濟(jì)效益高的筑路新材料。,16,學(xué)習(xí)交流PPT,課題來源及研究內(nèi)容,本研究課題為陜西省交通廳推廣應(yīng)用科研課題。 主要研究內(nèi)容： （1） 對國內(nèi)外的土壤固化方法進(jìn)行比較、總結(jié)，研究土壤固化劑的固化機(jī)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(jìn)行室內(nèi)試驗：首先分析原材料的性質(zhì)，然后進(jìn)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(chǔ)上進(jìn)行無側(cè)限抗

7、壓強(qiáng)度試驗，篩選出幾組比較理想的配合比進(jìn)行CBR試驗，然后再將其進(jìn)行X-衍射和電鏡掃描實驗，分析其固化機(jī)理。 （3） 進(jìn)行試驗路的鋪筑，并定期進(jìn)行強(qiáng)度檢測。對室內(nèi)試驗及試驗路的檢測強(qiáng)度結(jié)果進(jìn)行比較，分析其強(qiáng)度差異原因，希望得到指導(dǎo)施工的技術(shù)手冊。 （4）分析總結(jié)泰然土壤穩(wěn)定酶固化技術(shù)的研究成果，提出合理建議，并對研究前景進(jìn)行預(yù)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(shù)推廣使用的主要因素。,17,學(xué)習(xí)交流PPT,二 土的礦物成分及加固機(jī)理的初步分析,主要內(nèi)容,1,2,3,土的礦物成分,土中的水分,TZ加固土機(jī)理及方法的初步分析,18,學(xué)習(xí)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(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用后發(fā)生化學(xué)變化而形成新的次生礦物,19,學(xué)習(xí)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(jù)水的活性及 其與土粒表面的鍵合強(qiáng)度，來決定水是起到積極 或消極作用。當(dāng)水的含量適當(dāng)時，能保證加固過 程順利進(jìn)行并達(dá)到很好的加固效果。,20,學(xué)習(xí)交流PPT,土中的水分,21,學(xué)習(xí)交流PPT,TZ加固土機(jī)理及方法的初步分析,研究主要是從三個方面來對土進(jìn)行加固： 首先是改善土分子結(jié)構(gòu)，減少土分子之間的孔隙水，從而減少土之間的結(jié)合水，使土顆粒之間變的更密實，增加密實度并

9、增強(qiáng)整體性，從而提高強(qiáng)度；其次利用結(jié)合料自身以及結(jié)合料與土之間的各種化學(xué)反應(yīng)，在土體中形成網(wǎng)狀結(jié)晶，把土粒和土的微團(tuán)粒聯(lián)結(jié)成堅強(qiáng)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(dá)到提高土體強(qiáng)度的目的。,22,學(xué)習(xí)交流PPT,TZ加固機(jī)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(zhì)，從而改進(jìn)其工程性質(zhì) ，是由植物的根莖經(jīng)過發(fā) 酵而成的，不會消耗現(xiàn)有資源， 屬于可再生資源，符合現(xiàn)在可持續(xù)發(fā)展的基調(diào)。 作用機(jī)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(qiáng)度和路面的整體性，達(dá)到加固土壤的目的。,23,學(xué)習(xí)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(hù)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(hù)成本。,24,學(xué)習(xí)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(jié)合銅川市當(dāng)?shù)氐耐寥溃\(yùn)用綜合穩(wěn) 定的方法，找到另外合適的添加劑，使其滿足 強(qiáng)度指標(biāo)的同時能增加其水穩(wěn)性，滿足我國現(xiàn) 有規(guī)范的要求。,25,學(xué)習(xí)交流PPT,（2）石灰加固機(jī)理的初步分析 在初期表現(xiàn)在土的結(jié)團(tuán)、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(xiàn)在結(jié)晶結(jié)構(gòu) 的形成，從而板體性、強(qiáng)度 及穩(wěn)定性提高。,結(jié)晶反應(yīng),碳酸化反應(yīng),具體反應(yīng)過程如下：,26,學(xué)習(xí)交流PPT,27,學(xué)習(xí)交流PPT,（3）外加劑加固機(jī)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(xué)習(xí)交流PPT,三 土壤固化劑的室內(nèi)試驗研究,主要內(nèi)容,1,原材料的性質(zhì)分析,29,學(xué)習(xí)交流PPT,一、原材料的性質(zhì)分析,30,學(xué)習(xí)交流PPT,二、確定配合比及物理力學(xué)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(nèi)容,微觀結(jié)構(gòu)分析試驗 1、X-衍射實驗； 2、

12、SEM試驗,CBR試驗,31,學(xué)習(xí)交流PPT,初步配合比試驗,32,學(xué)習(xí)交流PPT,33,學(xué)習(xí)交流PPT,34,學(xué)習(xí)交流PPT,（一）單一材料加固土強(qiáng)度結(jié)果 （1） 外加劑不同含量對試驗結(jié)果的影響 由圖可知，對于用外加劑處理的土，七天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度沒有太大的差別，而且和素土得到的結(jié)果也相差不多，強(qiáng)度均0.7MPa；比較三種配合比7天和14天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度只有用5%外加劑處理的土，強(qiáng)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(xué)習(xí)交流PPT,（2）用泰然土壤穩(wěn)定酶酶處理的土， 7天無側(cè)限抗壓強(qiáng) 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(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 以前沒有經(jīng)過泡水，強(qiáng)度高是必然的。 （3）石灰含量對試驗結(jié)果的影響，如圖3.4所示,圖3.4 石灰含量對試驗結(jié)果影響,36,學(xué)習(xí)交流PPT,對于用石灰處理的土的七天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是比較低的 0.5MPa，其養(yǎng)生條件是恒溫恒濕并且在進(jìn)行強(qiáng)度試 驗前要進(jìn)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(qiáng)度比較低是比較正常的；而且從14天的 強(qiáng)度來看， 其強(qiáng)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(xué)習(xí)交流PPT,（二）交叉材料加固土的強(qiáng)度結(jié)果 （1）外加劑不同含量對酶加固土試驗結(jié)果的影響，如圖3.5所示,38,

14、學(xué)習(xí)交流PPT,（2）石灰含量對酶加固土試驗結(jié)果的影響，如 圖3.6所示。,39,學(xué)習(xí)交流PPT,用石灰和酶共同作用的土的7天抗壓強(qiáng)度均 0.7MPa，比用石灰處理的土的強(qiáng)度高出了一 倍還多，而且其14天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也是比較 高的；比較其7天和14天的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)石灰的用量為4%時， 強(qiáng)度增長是比較快的。,40,學(xué)習(xí)交流PPT,（3）石灰和外加劑不同含量對試驗結(jié)果的影響，如圖3.73.9所示。,41,學(xué)習(xí)交流PPT,四泰然土壤穩(wěn)定酶在工程上的應(yīng)用研究,主要內(nèi)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(qiáng)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(jié),42,學(xué)習(xí)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(jìn)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(xué)習(xí)交流PPT,二、 泰然土壤固化酶試驗路的施工工藝研究,44,學(xué)習(xí)交流PPT,施工流程圖,45,學(xué)習(xí)交流PPT,三、泰然土壤固化酶路面強(qiáng)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(jìn)行了全程的DCP試驗。 DCP是美國Corp軍隊工程師為了收集數(shù)據(jù)，來確定路面承載能力而設(shè)計的一種簡單的現(xiàn)場檢測方法。,46,學(xué)習(xí)交流PPT,由以上的測試

16、數(shù)據(jù)可以看出，該路段在加入固化酶后在強(qiáng)度上有一定的增加。但是在觀測過程中，有的在進(jìn)行路上試驗前幾天下過雨，因此在測試的時候，路上的強(qiáng)度比較低，并且總體來說，早期強(qiáng)度沒有達(dá)到美國資料介紹的效果，也沒有達(dá)到課題組去美國現(xiàn)場考察看到的效果，但是就簡單從CBR強(qiáng)度來說，路上效果要比試驗室做出來的要好。,47,學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)交流PPT,四 泰然土壤穩(wěn)定酶道路造價研究,49,學(xué)習(xí)交流PPT,五、試驗路小結(jié),泰然土壤酶試驗路在銅川已經(jīng)建成了半年多了，并且經(jīng)過了一個凍融期，現(xiàn)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(jié)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(qiáng)度比較低，為了盡快開放交通，則必須進(jìn)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(xiàn)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(xué)習(xí)交流PPT,五 結(jié)論與建議,主要結(jié)論如下： （1）引進(jìn)了泰然（TerraZyme）土壤穩(wěn)定酶，改進(jìn)了其不足，引用了石灰和外加劑對其不足進(jìn)行了有效的補(bǔ)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(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)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(cè)限抗壓強(qiáng)度測定時不能泡水，否則沒有強(qiáng)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(nèi)，石灰含量比較低，石灰加固土7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度比較低，不能滿足規(guī)范設(shè)計要求，但是當(dāng)加入酶以后，7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度能滿足規(guī)范設(shè)計要求。用酶去代替部分石灰進(jìn)行修筑公路，這對于公路的建設(shè)有很重要的現(xiàn)實意義。 （5）試驗結(jié)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(qiáng)度性能指標(biāo)，而且對于綜合加固類起到了促進(jìn)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(jié)構(gòu)，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(qiáng)度方面有明顯的作用。在西部邊遠(yuǎn)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(jīng)濟(jì)形勢下，將是一種非常好的方法，有一定的經(jīng)濟(jì)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(jīng)驗，希望能對土