早期固化派酶土体显微形貌与其无侧限抗压强度的关系

1、彭红涛等：早期固化派酶土体显微形貌与其无侧限抗压强度的关系早期固化派酶土体显微形貌与其无侧限抗压强度的关系彭红涛，郭亮，孙延忠，姚新宇（中国农业大学水利与土木工程学院，北京；）辽宁大连中国文化遗产研究院，北京大连高新技术产业园区社会事业管理局，；摘要：按适当利用一种生化酶类土壤固化剂派酶，比例掺入壤黏土，测得其各龄期试件无侧限抗压强度均比未掺的有所提高。为了进一步研究早期固化派酶土体显微结构形貌与其强度的关系，对、龄期的掺与未派酶固化土体试样进行电镜扫描。早期固化掺与未派酶土体中的很难照片（）直接观察定性分析，进而采用分形理论，计算出早期固）未掺派酶试件显微结构形貌的盒维数化龄期（、均比掺派酶

2、的大，龄期相同时盒维数大的试件无侧限，抗压强度低。龄期从掺与未掺派酶试件增至显微结构形貌的盒维数变小而无侧限抗压强度却有所提高。关键词：派酶；显微结构形貌；强度；分维早期固化；中图分类号：文献标识码：（）文章编号：增刊推荐性应用标准派酶土壤固化剂应用技术规程（）的出现，为派酶的进一步应用推广。但目前国内企业尚不能生创造更具操作性的条件产土壤固化酶；国内学者对派酶固化土的稳定作用机理的研究文献较少。国外学者对派酶的稳定作用机理的研究工作，虽有少量文献报道，却未能用有效的科学研究手段得到足够充分的证据来加以证明，也未形成。本文着眼于对系统完善的理论体系对其构成支撑施工进度影响较大的早期固化派酶土体

3、的强度发展情况，通过检测土体试件的无侧限抗压强度指标评价掺加派酶后的效果，根据电子显微镜（扫描结果，基）于分形理论研究掺加派酶后试件显微结构形貌的变化进而明确早期固化派酶土体显微结构形貌与其情况，性能的内在关系。实验原材料派酶实验使用的是上海泓法工贸有限公司顾瀚来先生提供的美国爱酶生·乔特新科技有限公司生产的试样。土料土样取自北京房山区。采用密度计法测定土样的机械组成，按文献的分类标准对土壤质地进行分。土样粒径分析及质地分类结果见表。根据文类献的方法测得其液限塑限，引言，派酶的英文原名是是具有高浓度蛋白质和多种有机化合物的复合液体生物制剂，无毒，无污染，口尝鼻闻均有微甜味。派酶在美国

4、于世纪筑堤、筑坝、基础加固年代以后逐渐被应用于筑路、取得了与传统土壤以及垃圾和淤污泥资源化等领域，固化材料（如：石灰、水泥、沥青等）相区别的、明显的价。北京怡天生物工程公司格优势和突出的环保价值和上海大庆能源有限公司于年联合引进美国国际酶制剂公司生产的中文译名当时为（“），帕尔玛”在北京市昌平修建了第一条帕尔玛道路。继而在上海、大庆等地修建了帕尔玛裸基道路，随后在内蒙古、上海、河北、云南、江西、河南等地修筑了不同，。等级的“帕尔玛路”达数千公里内蒙古年，自治区交通厅曾印发了帕尔玛土壤固化酶筑路技术，。近年来，以推广应用该产品及其筑路技术须知一些国内的销售代理公司或技术开发公司为了突出将其中文译

5、名改为“派的生化酶特点，酶”已逐渐为工程界有关方面认同。年由建设部标准定额研究主编的土壤固化剂应用技术导则）（中对生物酶类土壤固化剂的技术特点和工程案例进行了阐述；年上海市建筑产品塑性指数土样处于塑限时的锥入深，度是由文献可判断该土样为低液限黏土。，派酶对三合土无侧限抗压强度的影响实验方法用僵块、石子和的筛子筛去各土样中草根、，测得各土样的最优含其它杂质。采用击实试验法水率和最大干密度如表所示。按最优含水率计算所需风干土的数量。依据工程常用配合比的应用情况，实验采用的派酶用量为每公里土样中分别掺入派酶。试件尺寸为 各土样试件按每个预定龄期的无侧限×，抗压强度实验安排有个试样，并配有不

6、加派酶的对）；“）基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（十一五”国家科技支撑计划资助项目（收到初稿日期：收到修改稿日期：通讯作者：彭红涛，作者简介：彭红涛（男，副教授，硕士生导师，注册造价工程师、监理工程师，主要从事土木工程新材料、施工技术与）管理等方面的研究。（）卷年增刊照组个试件，即个重复。将制成的试件放入温度为（相对湿度为（±），±）的养护室内进行。养护，养护龄期（时间）分别为、表土样粒径分析及质地分类小于粒径（的颗粒质量与总质量之比（）壤黏土质地分类表土样的最优含水率和最大干密度土样质地最优含水率（）最大干密度（）壤黏土实验结果分析按文献的方法在各预定龄

7、期对掺派酶和未掺派酶土体试件进行无侧限抗压强度检测，分别计算每组个重复试件检测值的平均值和标准误差限，结果见图。从图可以看出，在风干养护条件下，掺加派酶土体试件的各龄期无侧限抗压强度均比不掺的高；其中掺加派酶土体试件的强度与未掺派酶土体试件相比，在龄期以前的增长速度基本相同，在龄期附近掺加派酶土体试件的强度增长较快，后强度发展有趋于稳定的趋势。图不同龄期掺派酶和未掺派酶土体试件的无侧限抗压强度早期固化派酶土体显微结构形貌与其性能的关系派酶是一种生化酶制剂，掺入土体压实后会发生一系列生化反应，经过一段时间后其固化效果逐渐显现，但其发生过程目前尚不太清楚。为了有利于观察和分析掺与未掺土体中相对趋于

8、稳定的各种物相的显微结构形貌，土体固化早期试件的养护龄期设定为和。所用试件的制作配合与用于测定无侧限抗压强度的试件相同，并配有不加派酶的对照组个试件。将制成的试件放入温度为（±），相对湿度为（±）的养护室内养护。至规定龄期进行电镜扫描。先在较低倍数的放大条件下找到样品的典型形态，然后放大倍数进行样品观察并将形态图像存入计算机。显微测量尺码下规定龄期的各试样微观结构形貌见图（）、（）、图（）、（）。图的掺与未掺派酶土体的微观结构形貌（）如果从定性分析角度直接观察图（）、（）、图（）、（），可以看到，很难区分图（）和（）的显微结构形貌哪个更显得致密，但图（）明显比图（）显微结构

9、形貌要致密些。显然这样的结论还不能满足我们认识上的需要。因此，进一步地分析，要求有更新的有效手段。自世纪年代提出分形的基本理论以来，描述自然界中许多的复杂结构形貌就有了一种更有效的量化分析手段，。本项研究的土体试件所反映的工程性质综合表现了土体内结构单元集合的性质，而结构单元的性质在很大程度上取决于土粒集合体甚至更小的矿物颗粒的性质。从这个意义上讲，土体在某种程度上存在层次性和自相似性。采用个无量纲、无标度的分形维数来表征土体显微结构形貌可以在一定程度上减弱微观图像中分辨率、放大倍数等对图像分析结果的影响，使得土体显微结构形貌研究由直观定性分析逐渐向量化分析的转变。盒维数法是一种较好地计算图像

10、分形维数方法。从数学角度讲，盒维数描述了由离散像素点构成的数字图像彭红涛等：早期固化派酶土体显微形貌与其无侧限抗压强度的关系中关心区域在整个图像范围内的分布特征，其越接近于，表明关心区域越趋向于整个图像范围的分布。将扫描电子显微镜拍摄的照片经过专门的图像处理系统软件处理，进行灰度变换和图像二值化处理后，计算出盒维数，计算结果如图所示。图的掺与未掺派酶土体的微观结构形貌（）图盒维数与各龄期无侧限抗压强度的关系从图可知，各龄期未掺派酶试件显微结构形貌的盒维数均比掺派酶的大，龄期相同时盒维数小的试件无侧限抗压强度高，即掺派酶的试件无侧限抗压强度均比未掺的高；龄期为的掺与未掺派酶试件显微结构形貌的盒维

11、数均比的略大，而掺与未掺派酶试件的无侧限抗压强度均比的高，即随着龄期延长，掺与未掺派酶试件显微结构形貌的盒维数变小而无侧限抗压强度却有所提高。这是由于随着龄期的延长，由于在风干养护条件下土体中的自由水分逐渐蒸发，水分留下的孔隙逐渐增多，使大颗粒呈现增加趋势（见图、），因此，掺与未掺派酶土体的盒维数也相应增大。正因为水分子的损失，反而使土体材料微粒间的结合力不致为水分子消弱而有所增强，所以掺与未掺派酶试件的无侧限抗压强度均比的高。掺派酶土体的显微结构形貌中大颗粒较未掺派酶土体的较少，孔隙也较少，比未掺派酶土体的显微结构形貌更密实，其盒维数值也较未掺派酶土体的小，比未掺派酶土体的无侧限抗压强度高。

12、结论（）早期固化掺与未派酶土体中的照片（）很难直接观察定性分析。（）采用分形理论，可计算出早期固化龄期（、）未掺派酶试件显微结构形貌的盒维数均比掺派酶的大，龄期相同时盒维数小的试件无侧限抗压强度高，即掺派酶的试件无侧限抗压强度均比未掺的高。（）龄期为的掺与未掺派酶试件显微结构形貌的盒维数均比的略大，而掺与未掺派酶试件的无侧限抗压强度均比的高，即随着龄期延长，掺与未掺派酶试件显微结构形貌的盒维数变小而无侧限抗压强度却有所提高。（）掺派酶土体的显微结构形貌中大颗粒较未掺派酶土体的少，孔隙也较少，比未掺派酶土体的显微结构形貌更密实，其盒维数值也较未掺派酶土体的小，比未掺派酶土体的无侧限抗压强度也高。参考文献：朱瑞赓，郭见扬土工基础，（）：朱建平，周正德，杜建华公路，（）：张允良，孟庆勇，苗殿云中国水利，（）：李贤中公路，（）：吕文斌上海公路，（）：彭红涛，顾瀚来，张心平，等中国农学通报，（）：李庆逵，熊毅中国土壤北京：科学技术出版社，国家质量技术监督局，中华人民共和国建设部土工试验方法标准北京：中国计划出版社，国家质量技术监督局，中华人民共和国建设部土的工程分类标准北京：中国计划出版社，：，彭瑞东