EICP矿化环境下能量桩的单相法自动注浆系统及方法

eicp矿化环境下能量桩的单相法自动注浆系统及方法
技术领域
1.本发明属于能量桩技术领域，具体涉及eicp矿化环境下能量桩的单相法自动注浆系统及方法。


背景技术：

2.随之绿色建筑技术的不断发展，国家对环境保护要求的不断提高，以及双碳目标的提出，新型的胶结胶结技术成为建筑行业的研究热点，eicp技术是通过脲酶诱导碳酸钙沉淀技术(enzyme induced carbonate precipitation，简称eicp)，因为没有微生物参与沉淀过程，脲酶直接用于诱导碳酸钙沉淀，反应过程更快且不会产生有害的副产物，比较环保。相较于地质聚合物而言，生物矿化技术更加绿色环保，是值得研究的新型胶结技术。
3.目前实验室内对eicp技术的研究还停留在手动操作上，不仅耗费大量的时间和精力，而且还存在许多由于操作不规范而导致的实验数据偏差较大现象，具体体现在：现有的技术通过手动完成大豆破碎、脲酶提取以及注浆矿化等操作，而且现有桩模具以及试验箱大多是为自制完成，桩模具不易于拆模，试验箱也并非可拆卸的组装式试验箱而且缺少蓄水恒温的功能，且不能在试验箱内开展注浆实验。


技术实现要素：

4.为克服现有技术的不足，本发明公开了eicp矿化环境下能量桩的单相法自动注浆系统及方法，目的是实现包括大豆脲酶提取、胶结液和脲酶提取液混合以及注浆矿化在内的一系列eicp矿化技术的自动化，为eicp技术在实验室内和施工现场的推广提供具体设计和方案。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
6.eicp矿化环境下能量桩的单相法自动注浆系统，包括：人机交互装置、控制器、破碎搅拌冷冻一体机、自供给离心机、搅拌注浆机、装配式模型桩模具、装配式蓄水恒温试验箱、三相水流蠕动泵，所述的控制器与电源电连接，并通过导线与人机交互装置电连接，所述的控制器还配置为对破碎搅拌冷冻一体机、自供给离心机、搅拌注浆机、装配式蓄水恒温试验箱、三相水流蠕动泵进行控制，所述的破碎搅拌冷冻一体机完成大豆的破碎、加水搅拌及低温静置，低温静置后得到的大豆脲酶粗提取液进入自供给离心机，经自供给离心机离心后的大豆酶精提取液进入搅拌注浆机，所述的装配式蓄水恒温试验箱内设有由装配式模型桩模具制备的能量桩，在能量桩周围设有外周土壤，所述的搅拌注浆机将大豆酶精提取液制备成eicp处理液后注入外周土壤内，所述的三相水流蠕动泵与装配式蓄水恒温试验箱连接，并为装配式蓄水恒温试验箱注水或抽离废水。
7.优选的，所述的破碎搅拌冷冻一体机包括大豆进料斗、与大豆进料斗底端连接的破碎机、与破碎机底端连接的搅拌机、与搅拌机底端连接的冰箱、设于冰箱内底部的沉降废料斗、设于沉降废料斗上方邻近位置处的排液口、在排液口外侧并与排液口连接的排液管、设于排液管上的第一电磁阀，所述的破碎机的破碎腔底端设有第一电控密封门，当破碎至
设定时间后，第一电控密封门打开，在破碎刀具的推动下，破碎后的大豆进入搅拌机的搅拌腔内，所述的搅拌腔的一侧通过水管连接有带有刻度的透明水箱，所述的水管上设有第一流量泵，第一流量泵将定量的水泵送至搅拌腔内，所述的搅拌腔的底端设有第二电控密封门，搅拌至设定时间后，第二电控密封门打开，在搅拌腔内的搅拌叶的辅助推动下，大豆水混悬液进入冰箱内，在设定时间后，第二电控密封门关闭，冰箱在控制器的控制下调节至设定温度，开始计时，使大豆混悬液在冰箱内静置设定时间，在此期间，大豆酶粗提取液浮于表面构成上层清液，其余废料向沉降废料斗内沉降。
8.优选的，所述的自供给离心机包括离心机本体、设于离心机本体左右侧的第一水泵和第二水泵，第二水泵的入水端与排液管连接，出水端与离心机本体的离心斗连接，低温静置后获得的上清液经由第二水泵被泵送至离心斗内，所述的第一水泵的入水端与离心斗连接，出水端与搅拌注浆机连接。
9.优选的，所述的搅拌注浆机包括位于上层的液体搅拌机及位于下层的第三水泵，所述的第三水泵的入水端与液体搅拌机的搅拌腔连接，在连接处设有第二电磁阀，第三水泵的出水端与装配式蓄水恒温试验箱连接；所述的第一水泵的出水端与液体搅拌机的液体入料口连接，所述的液体入料口还通过管道连接有胶结液容器，所述的胶结液为尿素与无水氯化钙的混合液，所述的管道上设有第二流量泵，通过第二流量泵预先将胶结液泵送至液体搅拌机的搅拌腔，然后，通过第一水泵将经过离心后获得的大豆酶精提取液泵送至液体搅拌机的搅拌腔内，控制器根据预设程序控制液体搅拌机进行搅拌，搅拌至设定时间后，将搅拌均匀的溶液即eicp处理液经由第三水泵泵送至装配式蓄水恒温试验箱。
10.优选的，所述的装配式模型桩模具包括：筒口套箍、筒身、底座、筒身套箍、把手、空心桩配件，所述的筒身由2个筒壁卡接而成，所述的底座的上端设有与筒身底端相配的第一卡槽，筒身的底端卡接入第一卡槽内，所述的筒口套箍为环状结构，环状结构的底端设有与筒身顶端相配的第二卡槽，所述的筒身顶端卡接在第二卡槽内，所述的把手有2个，分别焊接在2个筒壁的外表面，所述的筒身套箍为卡箍式结构，分别固定在筒身的外周，所述的空心桩配件包括中心管，所述的中心管的顶端两侧分别焊接有l形的连接板，所述的连接板的竖直段位于外侧且竖直段为弧形，在竖直段的外表面设有外螺纹，2个竖直段的外螺纹配合使用，并共同与筒口套箍内侧壁表面的内螺纹螺接。
11.优选的，所述的装配式蓄水恒温试验箱为上端敞口的立方体形结构，并通过构件一、构件二、构件三装配而成，所述的构件一用以构成箱体的两个相对的侧壁，所述的构件一为凹字形结构，2个构件一的凹口相对，相对的凹口的突出端均匀分布有多个插管，在相对的2个突出端之间设有构件二，所述的构件二为方形板状结构，在构件二朝向突出端的一侧与插管相对设有多个插孔；所述的构件二的底端也均匀分布有多个插孔；所述的构件二的内侧设有第一附加板，所述的第一附加板的底端与构件二底端以上10cm处齐平，第一附加板的顶端与构件二的顶端齐平；所述的第一附加板的两侧端向外延伸，并与对应的突出端的内表面贴紧；构件三构成箱体的底部，在构件三的下端开设有多个凹槽，凹槽的槽底设有多个贯通构件三上表面的预留出液孔，所述的构件三与构件二底部的插孔对应处设有插管，所述的构件一、构件二、构件三均为设有空心夹层的结构，空心夹层通过插管或插孔与外界连通，相对应的插孔与插管插接，并通过设于插管处的密封圈实现插接口的密封，所述的构件三上端设有第二附加板，所述的第二附加板的两端延伸入第一附加板的底部，第二
附加板的端部与构件二的内表面相抵，第二附加板的上表面与第一附加板的下端相抵，所述的构件一、构件二、构件三的相交处通过卡扣件连接，在其中一个构件二的上端设有入水口，另一个构件二的上端设有出水口，所述的入水口和出水口分别设有密封盖，所述的空心夹层在注水后形成储水层，在空心夹层内分别设有温度传感器和加热棒，所述的装配式蓄水恒温试验箱的外壁上还设有温控仪，所述的温控仪分别通过导线与温度传感器、加热棒、控制器电连接。
12.优选的，所述的三相水流蠕动泵包括蠕动泵本体，所述的蠕动泵本体的一个进水端连接有净水桶，出水端连接有废水桶，另一个进出水端连接有管道，所述的管道的端部通过接头连接有若干与预留出液孔一一对应的支管，每个支管端部与对应的预留出液孔密封连接。
13.eicp矿化环境下能量桩的单相法自动注浆系统的使用方法，包括：在实验开始之前，将大豆和胶结液通过对应的大豆进料斗和液体入料口分别输入破碎搅拌冷冻一体机和搅拌注浆机内，然后通过控制器，系统在同时从左右两端开始工作，左侧的三相水流蠕动泵从净水桶里抽取干净的纯净水通过装配式蓄水恒温试验箱底部的预留出液孔向上对试验箱进行注水，通过向上排气法排出试验箱内土样或砂样孔隙内的空气；右端会开始eicp处理液的调配工作，大豆经破碎后与水搅拌一段时间后，打开第二电控密封门流入冰箱内静置24个小时，然后第一电磁阀打开，由自供给离心机将上层的大豆脲酶粗提取液抽入离心机内开始离心工作，等离心完成后，经过离心的大豆脲酶精提取液被泵送到搅拌注浆机内与胶结液进行混合搅拌，然后得到的eicp处理液由第三水泵泵送到装配式蓄水恒温试验箱内开始注浆工作，于此同时三相水流蠕动泵再次开始工作，将试验箱内的水抽离，直至eicp处理液将试验箱内的土样或砂样完全填充，整个过程保持试验箱内的砂样或土样的顶面被液面淹没，整个过程视为一个处理周期；根据处理周期不同，在控制器上设置处理周期间隔的时间，并且提前完成投料工作，控制器根据设置的时间自动完成下一个周期的注浆处理工作。
14.本发明eicp矿化环境下能量桩的单相法自动注浆系统及方法的有益效果为：
15.1、eicp矿化技术的整体操作流程可以通过控制器自动完成，包括eicp处理液的制备、注浆以及周期化的完成整个工作，实现eicp矿化技术的自动化操作。
16.2、设计了几个功能综合化的器械，大大的简化了eicp矿化技术的操纵流程。
17.3、装配式模型桩模具为易拆模的组装式桩模具，这种桩模具易与制作携带和使用，能够实现模型桩的快速脱模。
18.4、装配式蓄水恒温试验箱为可拆卸的组装式试验箱，试验箱可以拆解成5个构件，便于搬运和试验结束后清理。
19.5、装配式蓄水恒温试验箱具有空心夹层和夹层内的温度传感器和加热棒，通过在夹层内蓄水实现装配式蓄水恒温试验箱内温度恒定。
20.6、装配式蓄水恒温试验箱底部留有凹槽和预留出液孔，能够在装配式蓄水恒温试验箱内开展各种注浆实验。
附图说明
21.图1：本发明的工作原理示意图；
22.图2：本发明装配式模型桩模具的整体结构示意图；
23.图3：本发明1-1向的剖视结构示意图(左筒壁与右筒壁的卡接实施原理图)；
24.图4：本发明筒口套箍的仰视图；
25.图5：本发明底座的俯视图；
26.图6：本发明空心桩配件的正视图；
27.图7：本发明空心桩配件的侧视图；
28.图8、本发明装配式蓄水恒温试验箱的整体俯视图；
29.图9：本发明装配式蓄水恒温试验箱的整体侧视图；
30.图10、本发明装配式蓄水恒温试验箱的整体仰视图；
31.图11、本发明构件一的正视图；
32.图12、本发明构件一的左视图；
33.图13、本发明构件一的俯视图；
34.图14、本发明构件二的后视图；
35.图15、本发明构件二的左视图；
36.图16、本发明构件二的俯视图；
37.图17、本发明构件二的仰视图；
38.图18、本发明构件三的俯视图；
39.图19、本发明构件三的正视图；
40.图20、本发明构件三的侧视图
41.1：三相水流蠕动泵，1-1：蠕动泵本体，1-2：净水桶，1-3：废水桶，2：人机交互装置，3：搅拌注浆机，3-1：第三水泵，3-2：液体入料口，3-3：液体搅拌机，4：自供给离心机，4-1：第二水泵，4-2：第一水泵，4-3：离心机本体，4-4：离心斗，4-5：第二水泵的入水端，5：破碎搅拌冷冻一体机，5-1：沉降废料斗，5-2：冰箱，5-3：搅拌机，5-4：第一流量泵，5-5：透明水箱，5-6：破碎机，5-7：大豆进料斗，5-8：第一电控密封门，5-9：第二电控密封门，6：控制器，7：有线或无线信号，8：装配式模型桩模具，8-1：左筒壁，8-2：右筒壁，8-3：筒口套箍，8-4：入料口，8-5：把手，8-6：筒身套箍，8-7：底座，8-8：第二卡槽，8-9：第一卡槽，8-10：中心管，8-11：竖直段，9：装配式蓄水恒温试验箱，9-1：构件一，9-2：构件二，9-3：入水口，9-4：出水口，9-5：储水层，9-6：构件三，9-7：卡扣件，9-8：温控仪，9-9：凹槽，9-10：预留出液孔，9-11：插管，9-12：密封圈，9-13：第一附加板，9-14：插孔，9-15：第二附加板，9-16：构件三上的插管。
具体实施方式
42.以下所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
43.eicp矿化环境下能量桩的单相法自动注浆系统，如图1-20所示，包括：人机交互装置2、控制器6、破碎搅拌冷冻一体机5、自供给离心机4、搅拌注浆机3、装配式模型桩模具8、装配式蓄水恒温试验箱9、三相水流蠕动泵1，所述的控制器6与电源电连接，并通过导线与人机交互装置电连接，所述的控制器6还配置为对破碎搅拌冷冻一体机5、自供给离心机4、搅拌注浆机3、装配式蓄水恒温试验箱9、三相水流蠕动泵1进行控制，所述的破碎搅拌冷冻
一体机5完成大豆的破碎、加水搅拌及低温静置，低温静置后得到的大豆脲酶粗提取液进入自供给离心机4，经自供给离心机4离心后的大豆酶精提取液进入搅拌注浆机3，所述的装配式蓄水恒温试验箱9内设有由装配式模型桩模具8制备的能量桩，在能量桩周围设有外周土壤，所述的搅拌注浆机3将大豆酶精提取液制备成eicp处理液后注入外周土壤内，所述的三相水流蠕动泵1与装配式蓄水恒温试验箱9连接，并为装配式蓄水恒温试验箱9注水或抽离废水。
44.如图1所示，所述的破碎搅拌冷冻一体机5包括大豆进料斗5-7、与大豆进料斗底端连接的破碎机5-6、与破碎机底端连接的搅拌机5-3、与搅拌机底端连接的冰箱5-2、设于冰箱内底部的沉降废料斗5-1、设于沉降废料斗上方邻近位置处的排液口、在排液口外侧并与排液口连接的排液管、设于排液管上的第一电磁阀(图中未标注)，所述的破碎机5-6的破碎腔底端设有第一电控密封门5-8，当破碎至设定时间后，第一电控密封门打开，在破碎刀具的推动下，破碎后的大豆进入搅拌机5-3的搅拌腔内，所述的搅拌腔的一侧通过水管连接有带有刻度的透明水箱5-5，所述的水管上设有第一流量泵5-4，第一流量泵5-4将定量的水泵送至搅拌腔内，所述的搅拌腔的底端设有第二电控密封门5-9，搅拌至设定时间后，第二电控密封门5-9打开，在搅拌腔内的搅拌叶的辅助推动下，大豆水混悬液进入冰箱5-2内，在设定时间后，第二电控密封门5-9关闭，冰箱5-2在控制器6的控制下调节至设定温度，开始计时，使大豆混悬液在冰箱内静置设定时间，通常为24h，在此期间，大豆酶粗提取液浮于表面构成上层清液，其余废料向沉降废料斗5-1内沉降。
45.如图1所示，所述的自供给离心机4包括离心机本体4-3、设于离心机本体4-3左右侧的第一水泵4-2和第二水泵4-1，第二水泵的入水端4-5与排液管连接，出水端与离心机本体的离心斗4-4连接，低温静置后获得的上清液经由第二水泵4-1被泵送至离心斗4-4内(先打开第一电磁阀)，所述的第一水泵4-2的入水端与离心斗连接，出水端与搅拌注浆机3连接。
46.如图1所示，所述的搅拌注浆机3包括位于上层的液体搅拌机3-3及位于下层的第三水泵3-1，所述的第三水泵3-1的入水端与液体搅拌机的搅拌腔连接，在连接处设有第二电磁阀(图中未画出)，第三水泵3-1的出水端与装配式蓄水恒温试验箱9连接；所述的第一水泵4-2的出水端与液体搅拌机的液体入料口3-2连接，所述的液体入料口还通过管道连接有胶结液容器(图中未画出)，所述的胶结液为尿素与无水氯化钙的混合液，所述的管道上设有第二流量泵(图中未画出)，通过第二流量泵预先将胶结液泵送至液体搅拌机的搅拌腔，然后，通过第一水泵4-2将经过离心后获得的大豆酶精提取液泵送至液体搅拌机的搅拌腔内，控制器根据预设程序控制液体搅拌机进行搅拌，搅拌至设定时间后，将搅拌均匀的溶液即eicp处理液经由第三水泵3-1泵送至装配式蓄水恒温试验箱9。
47.如图2-7所示，所述的装配式模型桩模具包括：筒口套箍8-3、筒身、底座8-7、筒身套箍8-6、把手8-5、空心桩配件，所述的筒身由2个筒壁卡接而成，所述的底座8-7的上端设有与筒身底端相配的第一卡槽8-9，筒身的底端卡接入第一卡槽内，所述的筒口套箍8-3为环状结构，环状结构的底端设有与筒身顶端相配的第二卡槽8-8，所述的筒身顶端卡接在第二卡槽8-8内，所述的把手8-5有2个，分别焊接在2个筒壁的外表面，所述的筒身套箍8-6为卡箍式结构，分别固定在筒身的外周，所述的空心桩配件包括中心管8-10，所述的中心管的顶端两侧分别焊接有l形的连接板，所述的连接板的竖直段8-11位于外侧且竖直段为弧形，
在竖直段的外表面设有外螺纹，2个竖直段的外螺纹配合使用，并共同与筒口套箍8-3内侧壁表面的内螺纹螺接，空心桩配件连接后与筒口套箍之间留有一定的距离，方便能量桩混凝土浇筑。装配式模型桩模具的使用方法：在使用之前先将筒身内壁涂刷脱模剂，然后再将筒身连接好固定在底座上，然后分别将筒口套箍、筒身套箍固定好，其中筒口套箍与空心桩配件螺接，然后通过入料口8-4将能量桩用料灌入其中，至其高度达到筒口套箍下沿为止，然后通过均匀的敲击筒身侧壁模拟振捣过程，去除混凝土中的气泡。待养护至脱模阶段，先轻轻将桩筒身与底座分离，然后去除筒口套箍以及筒身套箍，最后拉住把手将左筒壁和右筒壁分离即完成脱模。需要说明的是，左筒壁和右筒壁的卡接方式有多种，图3即给出了一种卡接方式，在左筒壁的2个自由端分别沿长度方向设有卡槽，右筒壁的2个自由端对应设有卡块，将卡槽与卡块卡接即完成了左筒壁和右筒壁的连接，这种方式，需要上下错动的方式拉开左筒壁和右筒壁。
48.如图8-20所示，所述的装配式蓄水恒温试验箱9为上端敞口的立方体形结构，并通过构件一9-1、构件二9-2、构件三装配而成，所述的构件一用以构成箱体的两个相对的侧壁，所述的构件一为凹字形结构，2个构件一9-1的凹口相对，相对的凹口的突出端均匀分布有多个插管9-11，在相对的2个突出端之间设有构件二，所述的构件二为方形板状结构，在构件二朝向突出端的一侧与插管相对设有多个插孔9-14；所述的构件二的底端也均匀分布有多个插孔9-14；所述的构件二的内侧设有第一附加板9-13，所述的第一附加板的底端与构件二底端以上10cm处齐平，第一附加板的顶端与构件二的顶端齐平；所述的第一附加板9-13的两侧端向外延伸，并与对应的突出端的内表面贴紧(第一附加板的作用是遮挡构件一、二之间的缝隙，避免实验材料进入缝隙)；构件三构成箱体的底部，在构件三的下端开设有多个凹槽9-9，凹槽的槽底设有多个贯通构件三上表面的预留出液孔9-10，所述的构件三与构件二9-2底部的插孔对应处设有插管9-11，所述的构件一9-1、构件二9-2、构件三均为设有空心夹层的结构，空心夹层通过插管或插孔与外界连，相对应的插孔与插管插接，并通过设于插管处的密封圈9-12实现插接口的密封，所述的构件三上端设有第二附加板9-15，所述的第二附加板的两端延伸入第一附加板的底部，第二附加板的端部与构件二的内表面相抵，第二附加板的上表面与第一附加板的下端相抵，所述的构件一、构件二、构件三的相交处通过卡扣件连接，在其中一个构件二的上端设有入水口9-3，另一个构件二的上端设有出水口9-4，所述的入水口和出水口分别设有密封盖(图中未画出)，所述的空心夹层在注水后形成储水层9-5，在空心夹层内分别设有温度传感器(图中未画出)和加热棒(图中未画出)，所述的装配式蓄水恒温试验箱的外壁上还设有温控仪9-8，所述的温控仪分别通过导线与温度传感器、加热棒、控制器电连接。本发明使用中，箱体内部也可以进行水流循环以完成更多种不同温度情况下的能量桩试验，装配式蓄水恒温试验箱在使用时先将2块构件二安装到构件三上并用卡扣件连接牢固，然后再将构件一与构件二安装连接在一起，最后将构件一与构件三之间、构件一和构件二之间的卡扣件扣死。
49.如图1所示，所述的三相水流蠕动泵1包括蠕动泵本体1-1，所述的蠕动泵本体的一个进水端连接有净水桶1-2，出水端连接有废水桶1-3，另一个进出水端连接有管道，所述的管道的端部通过接头连接有若干与预留出液孔一一对应的支管，每个支管端部与对应的预留出液孔密封连接。
50.本发明的使用原理：
51.1、工作原理：本系统由控制器及人机交互装置，可以自动完成大豆破碎、豆粉与净水搅拌、静置24小时后提取上层清液(大豆脲酶粗提取液)、离心、与胶结液(尿素和无水氯化钙混合液)混合、注浆以及废液排出等一系列eicp矿化技术的单相法注浆工作，控制器通过无线网络或有线网络对仪器进行控制，除了必要的投料工作之外，其他工作都可由控制器控制完成。
52.2、使用方法：在实验开始之前，将大豆和胶结液通过对应的大豆进料斗和液体入料口分别输入破碎搅拌冷冻一体机和搅拌注浆机内，然后通过控制器，系统在同时从左右两端开始工作，左侧的三相水流蠕动泵从净水桶里抽取干净的纯净水通过装配式蓄水恒温试验箱底部的预留出液孔向上对试验箱进行注水(将与蠕动泵本体1-1进出水端的管道端部通过接头连接多个支管，每个支管端部与1个预留出液孔密封连接，从而避免一边注水，一边漏水)，通过向上排气法排出试验箱内土样或砂样孔隙内的空气；右端会开始eicp处理液的调配工作，大豆经破碎后与水搅拌一段时间后，打开第二电控密封门流入冰箱内静置24个小时，然后第一电磁阀打开，由自供给离心机将上层的大豆脲酶粗提取液抽入离心机内开始离心工作，等离心完成后，经过离心的大豆脲酶精提取液被泵送到搅拌注浆机内与胶结液进行混合搅拌，然后得到的eicp处理液由第三水泵泵送到装配式蓄水恒温试验箱内开始注浆工作，于此同时三相水流蠕动泵再次开始工作，将试验箱内的水抽离，直至eicp处理液将试验箱内的土样或砂样完全填充，整个过程保持试验箱内的砂样或土样的顶面被液面淹没，整个过程视为一个处理周期。
53.根据处理周期不同，可以在控制器上设置处理周期间隔的时间，并且提前完成投料工作，控制器根据设置的时间自动完成下一个周期的注浆处理工作。