一种生物固土的方形梁批量成型方法与流程

本发明涉及一种方形梁成型方法，尤其涉及一种生物固土的方形梁批量成型方法。

背景技术：
我国正处于经济高速发展时期，对建设用地的需求不断扩大，需要更多的基础设施建设来满足人们的生产和生活需求，而当今建设用地资源十分有限，这需要对不能满足工程需求的土地或沙地加以固化和改良。传统的土壤改良方法，往往需要添加一系列有污染性的化学成分，可能带来水质污染问题甚至影响人体健康。项目组所在的科研团队正在研究新型环境友好的土壤和砂地加固技术，利用自然界广泛存在的生物矿化过程的一种，微生物诱导碳酸钙沉淀法，即根据尿素水解微生物诱导碳酸钙沉淀机理，从生物反应物(尿素、NH4+、Ca2+钙离子浓度)、催化剂(细菌和脲酶浓度)和反应浓度(PH值和温度)对尿素进行水解，在土壤和砂地中产生碳酸钙沉淀，进而对土壤和砂地进行固化，此方法也称为生物固土法。由于微生物诱导碳酸钙沉淀法机理简单，快速高效，容易控制，环境耐候性好，项目组所在的科研团队正设想将这一技术应用于建筑材料中，即通过这种方法来生产修建房屋需要的砖块或砌块。根据人类生产和科学研究的规律，在进行实际工程应用前需对新型产品进行大量的力学性能测试，如对新型材料梁的抗弯性能试验，为将这一技术进行实际应用提供基础数据和科学依据，以确保基础设施和房屋的安全可靠。如何利用生物固土的原理快速将方形模块批量生产出来，一直是困扰科研工作者的一个难题，基于此，设计了一种生物固土的方形梁批量成型方法，便于快速将方形梁设计和生产出来，为后期科研使用。

技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种生物固土的方形梁批量成型方法。为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种生物固土的方形梁批量成型方法，该方法包括如下步骤：1)准备好模具需要的材料：在有机玻璃平板上钻孔或购买现成有孔洞的有机玻璃，有机玻璃上的孔洞错位排列；再用木工锯条将有机玻璃切割成板块，板块包括两片纵向侧板、一片底板、两片端板、两片纵向侧板定位板、两片端板定位板以及隔板；再准备两根纵向螺杆、八根底板支撑螺栓和多个螺母；两片纵向侧板开有隔板插槽；2)组装切割好的带孔洞的有机玻璃板块：2.1)先将两片纵向侧板定位板和两片端板定位板平行放置在底板上并分别靠近底板的四侧，两片纵向侧板定位板和两片端板定位板分别通过底板支撑螺栓和螺母固定在底板上；在底板上提前放置一层土工布，提前放置的土工布位于两片纵向侧板定位板和两片端板定位板之间；2.2)两片纵向侧板分别竖直放置在底板上，并分别靠在两片纵向侧板定位板的内侧，两片纵向侧板上的隔板插槽竖直对应，隔板竖直放置在底板上，隔板的两端插入对应的纵向侧板上的隔板插槽内；两片端板竖直放置在底板上，并分别靠在两片端板定位板的内侧，两片端板压着两片纵向侧板的端部；2.3)两根纵向螺杆分别位于两片纵向侧板的外侧，两根纵向螺杆的两端分别穿过两片端板，两根纵向螺杆的两端上分别拧紧螺母，通过拧紧螺母使两片端板压紧两片纵向侧板；通过隔板将底板上的空间分割为多个独立的方形梁模型腔单元；3)制作土工布裁剪需要的轻质模具：用轻质材料制作轻质模型，轻质模型的长度和宽度与方形梁模型腔单元的长度和宽度相等，然后按照轻质材料的尺寸裁剪出土工布；4)将裁剪好的土工布缝制好除顶盖以外的接缝，并放置在方形梁模型腔单元内，往土工布围成的空腔中添砂土，最后缝制土工布顶盖，此时试件模具制作完成；5)往试件模具中浇入配置好的细菌，等细菌将整个砂土全部浇透润湿；6)将并排两个或四个润湿后的试件模具摆放在容器内，组成第一层模具组，再在第一层模具组的上部设置一大块平整的支撑第二层模具组的第一层有机玻璃板，第一层有机玻璃板通过四角设置的螺杆支座支撑在下方的底板上，第一层有机玻璃板与下方的第一层模具组之间形成一定的间距；然后在第一层有机玻璃板上放置第二层模具组，在第二层模具组的上部设置第二层有机玻璃板；以此类推，根据实际情况设置多层的模具组；7)向容器内注入化学溶液，使多层模具组浸泡在化学溶液中，并导入空气以增加氧气成份，能达到提高催化剂和营养液的反应速度的目的；8)待反应7天后，土工布内形成方形梁，方形梁在砂土内部形成大量的碳酸钙，将试件从反应液中取出，松开两根纵向螺杆和两根横向螺杆上的螺母，松动后将两片纵向侧板和两片端板取出，拆开土工布便可获得成型后表面平整，内部质地均匀，强度高的生物固土方形梁。作为本发明的一种优选方案，所述底板支撑螺栓穿过底板的两侧均旋套有螺母，所述螺杆支座穿过对应层的有机玻璃板的两侧以及螺杆支座的底部均旋套有螺母。作为本发明的另一种优选方案，所述纵向螺杆、底板支撑螺栓、螺杆支座和螺母均缠绕防水的塑料纸或水胶带。作为本发明的又一种优选方案，化学溶液由尿素、NH4+和Ca2+钙离子混合后添加至水中形式的营养液。与现有技术相比，本发明具有如下优点：1、在有机玻璃中设置了很多孔洞，方便营养液在模具中通过土工布渗透到泥沙土中，产生大量CaCO3，固土效果良好。2、通过螺杆和螺母将有机玻璃片连接，可实现灵活安装、成型可靠，在反应容器的试件成型后，能快速方便拆卸模具，对新成型的试件没有影响。3、在有机玻璃中设置小孔，可根据试验需要灵活修改模型的尺寸。4、利用有机玻璃表面的平整度和孔洞的良好的透水性，化学反应后成型的长方体试件棱角分明、表面平整度高、质地均匀、力学性能稳定，便于后期进行抗弯性能测试的科研试验。5、可根据模型的实际大小，调整模型周边的有机玻璃片的大小和螺栓的位置，有效限制四周侧板的位移；通过纵向螺杆的螺栓调节，方便提高模具的整体稳定性。6、在纵向侧板中开槽，可有效限制模具内部的隔板位置，保证了每个模型尺寸的一致性。中间隔板可灵活拆卸和安装，便于提高模型的质量。7、在模具中设置隔板，可有效提高每次化学反应的模型数量，提高了模型制作的效率，大大缩短试验的周期，节省了人力和物力。根据实际情况设置多层的模具组，层与层模具组上部设置一大块平整的有机玻璃，实现批量生产，大大提高了效率。8、利用四周的螺杆支座，可方便将输气管放置在模具底部，提高了细菌的化学反应，增加模型的强度。9、在八个螺杆支座中，通过调整螺杆的上部螺母、中间螺母和下部螺母的位置，可实现底板水平面平衡的双控制。10、层与层之间的分层板(即大块平整的有机玻璃板)设置有八个螺杆支座，叠放时，螺杆支座架立在下方的底板上，螺杆支座的位置根据螺母的调动，可很好实现分层板(即大块平整的有机玻璃板)平面的水平；分层板(即大块平整的有机玻璃板)的高度略高于试件模具的高度，便于营养液渗透到一层模型中产生化学反应；通过分层板(即大块平整的有机玻璃板)的分隔，避免了第二层模型组直接压在第一层模型的上方，可以实现一层和二层模型反应条件均衡，产品质量优良。附图说明图1为试件模具的结构示意图；图2为底板上提前放置一层土工布的结构示意图；图3为设置多层模具组的结构示意图；图4为生物固土方形梁的结构示意图。图中：1—纵向侧板；2—底板；3—端板；4—纵向侧板定位板；5—端板定位板；6—隔板；7—纵向螺杆；8—底板支撑螺栓；9—土工布；10—砂土；11—有机玻璃板；12—螺杆支座；13—生物固土方形梁。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。一种生物固土的方形梁批量成型方法，该方法包括如下步骤：1)准备好模具需要的材料(如图1、2所示)：在有机玻璃平板上钻孔或购买现成有孔洞的有机玻璃，有机玻璃上的孔洞错位排列(钻孔定位是，孔洞直径为6mm，孔洞间净距为3mm，相邻列孔洞错位排列，形成梅花形状孔洞，此外，孔洞直径和孔洞间净距也可随实际需要修改调整)；再用木工锯条将有机玻璃切割成板块，板块包括两片纵向侧板1(241.3mm×38.1mm)、一片底板2(299.7mm×238.8mm)、两片端板3(213.4mm×38.1mm)、两片纵向侧板定位板4(228.6mm×25.4mm)、两片端板定位板5(101.6mm×25.4mm)以及隔板6。再准备两根纵向螺杆7(纵向螺杆的长度为280mm)、八根底板支撑螺栓8(底板支撑螺栓的长度为50mm)和多个螺母。两片纵向侧板1开有隔板插槽(由于有机玻璃自身的材料特性，韧性强，开槽的深度和光滑平整度是难点，开槽深度取决于有机玻璃的厚度，深度可取为2mm，精确的定位是确保每个模具一致性的关键点，可采取用夹具将有机玻璃夹紧，借助方木块来精准定位，调整电动锯中锯片的深浅度，来回移动来实现有机玻璃的开槽)。为防止其受化学物质的腐蚀，纵向螺杆7、底板支撑螺栓8、螺杆支座12和螺母均缠绕防水的塑料纸或水胶带。2)组装切割好的带孔洞的有机玻璃板块：2.1)先将两片纵向侧板定位板4和两片端板定位板5平行放置在底板2上并分别靠近底板2的四侧，两片纵向侧板定位板4和两片端板定位板5分别通过底板支撑螺栓8和螺母固定在底板2上，底板支撑螺栓8的底端凸出底板2的底部，其目的是方便试验时在底板2的下方设置供气管。在底板支撑螺栓穿过底板的两侧均旋套有螺母。在底板2上提前放置一层土工布9，提前放置的土工布9位于两片纵向侧板定位板4和两片端板定位板5之间，如图2所示，其目的是防止空气流太高时，容易导致砂土在未产生碳酸钙时，由于气流湍急，砂土可能被破坏。2.2)两片纵向侧板1分别竖直放置在底板2上，并分别靠在两片纵向侧板定位板4的内侧，两片纵向侧板1上的隔板插槽竖直对应，隔板6竖直放置在底板2上，隔板6的两端插入对应的纵向侧板1上的隔板插槽内；两片端板竖直放置在底板2上，并分别靠在两片端板定位板5的内侧，两片端板3压着两片纵向侧板1的端部。2.3)两根纵向螺杆7分别位于两片纵向侧板1的外侧，两根纵向螺杆7的两端分别穿过两片端板3，两根纵向螺杆7的两端上分别拧紧螺母，通过拧紧螺母使两片端板3压紧两片纵向侧板1；通过隔板6将底板2上的空间分割为多个独立的方形梁模型腔单元，成型后的独立的方形梁模型腔单元的内部尺寸长×宽×高为177.8mm×76.2mm×38.1mm。3)按照独立的方形梁模型腔单元的尺寸裁剪出土工布，将裁剪好的土工布缝制好除顶盖以外的接缝，并放置在方形梁模型腔单元内，往土工布围成的空腔中添砂土10，最后缝制土工布顶盖，此时试件模具制作完成。4)往试件模具中浇入配置好的细菌，等细菌将整个砂土全部浇透润湿。5)将并排两个或四个润湿后的试件模具摆放在容器内，组成第一层模具组，再在第一层模具组的上部设置一大块平整的支撑第二层模具组的第一层有机玻璃板11，第一层有机玻璃板11通过四角设置的螺杆支座12支撑在下方的底板2上，第一层有机玻璃板与下方的第一层模具组之间形成一定的间距；螺杆支座12穿过对应层的有机玻璃板的两侧以及螺杆支座12的底部均旋套有螺母。然后在第一层有机玻璃板上放置第二层模具组，在第二层模具组的上部设置第二层有机玻璃板；以此类推，根据实际情况设置多层的模具组，实现批量生产，大大提高了效率，如图3所示。7)向容器内注入化学溶液，使多层模具组浸泡在化学溶液(化学溶液由尿素、NH4+和Ca2+钙离子混合后添加至水中形式的营养液)中，并导入空气以增加氧气成份，能达到提高催化剂和营养液的反应速度的目的。8)待反应7天后，土工布内形成方形梁，方形梁在砂土内部形成大量的碳酸钙，将试件从反应液中取出，松开两根纵向螺杆7上的螺母，松动后将两片纵向侧板1和两片端板3取出，拆开土工布便可获得成型后表面平整，内部质地均匀，强度高的生物固土方形梁13，如图4所示，该生物固土方形梁13可很好地用于抗弯试验，为后期该技术的推广应用提供基础理论依据。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。