基于微生物诱导碳酸钙的膨胀土改良机理试验方法技术

本发明专利技术公开了一种基于微生物诱导碳酸钙的膨胀土改良机理试验方法，其特征在于，取四个容器并在其中加入干燥膨胀土和纯水在膨胀土表面形成水膜；然后分别不加，或加入铵盐，或加入钙盐，或加入尿素、钙盐和微生物，获取不同情况的水膜厚度情况，分析该厚度变化情况获得微生物诱导碳酸钙对膨胀土表面特性的影响机理。本发明专利技术能够定性和定量的得出微生物诱导碳酸钙技术如何影响膨胀土的表面特性的分析结果，从而为膨胀土的微生物改良提供定量的组分配比参考，以取得最佳的改良效果。以取得最佳的改良效果。以取得最佳的改良效果。

【技术实现步骤摘要】
基于微生物诱导碳酸钙的膨胀土改良机理试验方法


[0001]本专利技术涉及膨胀土改良试验
，具体涉及一种基于微生物诱导碳酸钙的膨胀土改良机理试验方法。

技术介绍

[0002]膨胀土是一种浸水后体积剧烈膨胀，失水后体积显著收缩的黏性土，亦称“胀缩性土”。常使建筑物产生不均匀的竖向或水平的胀缩变形造成位移、开裂、倾斜甚至破坏且往往成群出现尤以低层平房严重危害性很大裂缝特征有外墙垂直裂缝端部斜向裂缝和窗台下水平裂缝内、外山墙对称或不对称的倒八字形裂缝等地坪则出现纵向长条和网格状的裂缝。一般于建筑物完工后半年到五年出现。故膨胀土容易对建筑物造成严重危害，对于土建工程的技术人员，需要研究膨胀土改良的方式，以更好地抑制其膨胀特性，规避对建筑工程的危害。
[0003]膨胀土的矿物成分主要是蒙脱石，其具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性性质极不稳定。这是膨胀土遇水膨胀的主要原因。而蒙脱石是含少量碱金属和碱土金属的层状水铝硅酸盐矿物，其结构层为2:1型，层间具有水分子和可交换阳离子的二八面体型铝硅酸盐。晶格内的异价类质同象置换是蒙脱石最基本、最主要的构造特性，蒙脱石的晶体结构是由两层硅氧四面片和一层夹于其间的铝（镁）氧（羟基）八面体片构成，其硅氧四面体中的Si4+常被Al3+置换，铝氧八面体中的Al3+可被Mg2+、Fe2+等低价阳离子置换，使晶体层（结构层）间产生多余的负电荷（永久性负电荷）。
[0004]由于蒙脱石的层状结构及表面电性，目前的大量研究一般认为，蒙脱石的膨胀性主要是晶层间吸附水和其他阳离子形成水膜而导致晶层间距增大引起，膨胀倍数达到十几倍到三十几倍不等。为了改良蒙脱石或膨胀土的膨胀性，常常在膨胀土中加入钠盐或钙盐，通过钙离子或钠离子等阳离子来中和蒙脱石的表面电性，从而减弱了其表面对水的吸附能力，取得了一定的改良效果，降低了其膨胀性。
[0005]随着微生物技术的发展，目前通过微生物诱导碳酸钙沉淀技术来改良混凝土的裂缝扩展取得了较大的进步。其基本原理是通过特殊类别的微生物细菌的代谢活动产生脲酶，通过脲酶促使尿素水解产生氨和二氧化碳，而氨溶于水会导致溶液的PH变化，从而促使二氧化碳以碳酸根离子存在，进而在于溶液中的钙离子结合形成碳酸钙沉淀以填充混凝土结构的裂缝，从而实现生物修复的效果。因此，有学者将该技术引入岩土
以改善岩土的空隙情况，从而对岩土进行一定程度的改良，但是由于膨胀土的表面电性特性以及其层状结构特性，对水具有较强的吸附作用，通过上述微生物改良技术是否能取得较好的改良效果，以及微生物的活动如何影响膨胀土的表面特性，进而如何影响膨胀土的膨胀性，对于这方面的定性以及定量研究比较匮乏。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够定
性和定量的得出微生物诱导碳酸钙技术如何影响膨胀土的表面特性的基于微生物诱导碳酸钙的膨胀土改良机理试验方法，从而为膨胀土的微生物改良提供定量的组分配比参考，以取得最佳的改良效果。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种基于微生物诱导碳酸钙的膨胀土改良机理试验方法，其特征在于，包括以下步骤：a、取四个容器并在其中加入干燥膨胀土，再向各容器中加入纯水并搅拌使膨胀土饱和，且使容器中存在一定量的自由水，使膨胀土表面吸附纯水形成吸附水水膜，并获取第一容器中水膜的第一厚度数据；b、向第二容器中逐渐加入铵盐，并测定自由水中铵根离子的浓度，直至自由水中存在铵根离子且铵根离子的浓度稳定（浓度稳定指达到饱和状态），并获取此时水膜的厚度为第二厚度数据；c、继续向第二容器中逐渐加入钙盐，并测定自由水中钙离子的浓度，直至自由水中存在钙离子且钙离子的浓度稳定，并获取此时水膜的厚度为第三厚度数据和测定此时自由水中铵根离子的浓度；d、向第三容器中加入尿素、对应比例的钙盐和微生物（特指能用于微生物诱导碳酸钙沉淀技术的微生物），在微生物的作用下诱导产生碳酸钙，并测定自由水中的钙离子浓度，直至自由水中存在钙离子且钙离子的浓度稳定，并获取水膜的第四厚度数据；e、向第四容器中加入尿素、对应比例的钙盐和微生物，在微生物的作用下诱导产生碳酸钙，并测定自由水中的钙离子浓度，直至自由水中无钙离子，并获取水膜的第五厚度数据；f、根据步骤a
‑
e获取的水膜第一、二、三、四、五厚度数据获取微生物诱导碳酸钙对膨胀土表面特性的影响机理。
[0008]故本专利技术，能够在膨胀土加入过量水形成水膜后，通过添加不同的物质情况，检测其对水膜厚度的影响，再对比分析，获得微生物诱导碳酸钙对膨胀土表面特性的影响机理。具有操作方便，实施快捷，成本低廉的特点。
[0009]作为优化，所述膨胀土采用具有一定纯度的蒙脱石颗粒。
[0010]因为膨胀土主要成分即为蒙脱石，故直接采用蒙脱石颗粒进行试验，更具有针对性和代表性，能够更好测试出膨胀土改良的机理和方式。一定纯度通常大于95%。
[0011]作为优化，a步骤中四个容器以及加入物质的量均保持一致。这样方便后续对比分析。
[0012]作为优化，水膜的第一、二、三、四、五厚度数据均通过核磁共振设备获取的氢谱数据获取。
[0013]具体的说，由于水分子是极性分子，且膨胀土表面带有永久性负电荷形成一定的电场，并结合表面张力等因素，对水分子具有较强的吸附作用，并使水分子的排列呈现一定的规律性，故能够在蒙脱石表面吸附一层水分子形成水膜现象。试验时，可通过将容器置于核磁共振设备中，通过测定溶液中H原子的T2弛豫时间曲线（氢谱）来表征受到膨胀土表面电场影响的水分子分布情况，而孔隙水为自由水或重力水，没有受到膨胀土表面电场的影响，其具有较为统一的T2弛豫时间，基于该结论从而推算出处于该吸附状态的水分子的分
布情况，并结合定量的膨胀土的理论比表面积数据，进而获取被吸附的水分子形成的的水膜的理论厚度，即水膜的厚度数据，也就是说，对于一定量的膨胀土颗粒，根据其粒度或粒径，其具有已知的理论表面积数据，通过核磁共振能够获得处于吸附状态的水分子的总量，根据吸附水膜的总量和膨胀土颗粒的表面积数据可以建立单个颗粒的水膜厚度理论数据模型，从而获取到水膜的厚度数据。这样使得水膜厚度的检测非常便捷且不会影响试验过程。
[0014]作为优化，四个容器均采用透明容器。这样，更加方便进行核磁共振分析。
[0015]作为优化，步骤b中，先加入重水，再通过核磁共振获取水膜的第二厚度数据。
[0016]具体的说，在试验时，为了防止铵根离子中的氢原子对氢谱的影响，在核磁共振测定时加入重水，由于铵根离子中的氢原子属于自由氢，很容易被氘原子置换，从而在氢谱上能够排除与铵根离子结合的氢原子的氢谱数据，使氢谱的结果更加准确和具有更好的参考性。
[0017]作为优化，步骤c、d、e中的钙盐为硫酸钙。
[0018]这样是因为硫原子和氧原子均没有自旋，在核磁共振测定时能够减少干扰，并测定自由水中铵根离子的浓度，直至自由水中存在铵根离子且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微生物诱导碳酸钙的膨胀土改良机理试验方法，其特征在于，包括以下步骤：a、取四个容器并在其中加入干燥膨胀土，再向各容器中加入纯水并搅拌使膨胀土饱和，且使容器中存在一定量的自由水，使膨胀土表面吸附纯水形成吸附水水膜，并获取第一容器中水膜的第一厚度数据；b、向第二容器中逐渐加入铵盐，并测定自由水中铵根离子的浓度，直至自由水中存在铵根离子且铵根离子的浓度稳定，并获取此时水膜的厚度为第二厚度数据；c、继续向第二容器中逐渐加入钙盐，并测定自由水中钙离子的浓度，直至自由水中存在钙离子且钙离子的浓度稳定，并获取此时水膜的厚度为第三厚度数据和测定此时自由水中铵根离子的浓度；d、向第三容器中加入尿素、对应比例的钙盐和微生物，在微生物的作用下诱导产生碳酸钙，并测定自由水中的钙离子浓度，直至自由水中存在钙离子且钙离子的浓度稳定，并获取水膜的第四厚度数据；e、向第四容器中加入尿素、对应比例的钙盐和微生物，在微生物的作用下诱导产生碳酸钙，并测定自由水中的钙离子浓度，直至自由水中无钙离子，并获取水膜的第五厚度数据；f、根据步骤a
‑
e获取的水膜第一、二、三、四、五厚度数据获取微生物诱导碳酸钙对膨胀土表面特性的影响机理。2.如权利要求1所述的基于微生物诱导碳酸钙的膨胀土改良机理试验方法，其特征在于，所述膨胀土采用具有一定纯度的蒙脱石颗粒。3.如权利要求1所述的基于微生物诱导碳酸钙的膨胀土改良机理试验方法，其特征在于，a步骤中四个容器以及加入物质的量均保持一致。4.如权利要求1所述的基于微生物诱导碳酸钙的膨胀土改良机理试验方法，其特征在于，水膜的第一、二、三、四、五厚度数据均通过核磁共振设备获取的氢谱数据获取；四个容...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘合敏，应赛，简涛，张建文，
申请(专利权)人：长江师范学院，
类型：发明
国别省市：