CN101298767B - 土质固化剂 - Google Patents
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Abstract
一种土质固化剂，包括主添加剂和助剂，其中主添加剂由甲基硅氧烷、水溶性硅油、三乙醇胺、磺化丙酮的甲醛缩合物、Na2SO4、、木质素与亚硫酸盐的深度磺化物、壬基酚聚氧乙烯醚、山梨醇单月桂酸酯、H2O组成，助剂由氟硅酸镁、硫酸铝、氯化铝中至少一种或两种以上的混合物与表面活性剂混合组成。本发明是一种电离子溶液环保型土壤固化剂，作用机理是将土壤中的矿物质和土壤的分子分解，使其重新结晶，结合成新的化学链。经过处理的土壤由“亲水性”变成“憎水性”，使土壤粒子间发生“胶结”作用，经机械反复的整平、振动、夯实，使土壤高度密实，变成一种新的土壤结构，无毒、无害、无污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种公路工程建设材料，尤其是涉及一种适用于道路工程中的路基建设、铺设乡间公路、油田公路、江河堤坝、广场等工程中加固土体的土质固化剂。
背景技术
土壤固化剂是在常温下能够直接胶结土体中土壤颗粒表面或能够与粘土矿物反应生成胶凝物质的土壤硬化剂。它的处理对象也扩充到砂土、淤泥、工业污水、生活垃圾等多种固体、半固体，处理的目的也不仅仅是单一的加固，还包括增加抗渗透性、提高抗冻能力等。从固化剂发展的过程以及固结机理来看，现有的固化剂大体可以分成以下四大类。
1石灰、水泥类固化剂
传统的石灰和水泥在建筑、道路施工上的广泛应用使得它们自然成为固化土壤的首选。这类固化材料的缺点是固化土壤的早期强度不高，固化剂加入量较大，固化土容易干缩，形成裂缝，破坏结构，影响水稳定性，石灰和水泥类筑路材料的生产中产生大量的CO2，为保护全球气候，这些产品必将受到限制。
2矿渣硅酸盐类固化剂
这一类固化剂的元素组成与土壤较为接近.主要是活性硅氧化物、铝氧化物等，它利用活性激发成分促进固化剂水化和产生胶结土壤颗粒的胶凝物质。这类固化剂的掺入量仍然较大，施工量没有降低，对于本地缺乏该资源的地区，进行施工需要较高的运输成本。
3高聚物类固化剂
这类固化剂种类很多，包括多种树脂、纤维、表面活性剂等。传统的高聚物改良土壤包括水土保持、土壤保湿、疏松土质等，利用聚合物交联形成立体结构包裹和胶结土粒，或者利用表面活性剂改变土粒表面亲水性质，形成有效的抗水能力。在土壤压实的基础上，可以得到较好的抗压强度。该类土壤固化剂有如下优点：固化剂的掺入量较少，运输方便，一般采用水溶液的形态与土壤混合，施工方便，加入催化聚合成分或者直接利用土壤成分来实现交联，土壤早期强度和后期稳定强度均可以满足要求。缺点是这类固化剂普遍的抗水性能比较差，遇水强度急剧降低。并且土壤的强度建立在聚合物本身的胶结能力上.土壤的结构成分复杂，对聚合物本身的稳定性也有待考验。
4电离子溶液(ZL-1、EN-1、ISS)类固化剂
这一类固化剂作用的机理是利用强离子来破坏土壤颗粒表面的双电层结构.减弱土壤表面与水的化学作用力，并且从根本上改变土壤颗粒的表面性质，使其趋于憎水性，在压力作用下使得土壤形成强度和良好的抗水性能，其中还包括一定的离子交换促使土壤具备一些活性，从而促进土壤的稳定和强度。另外这种固化剂对土壤成分有一定的要求，而且价格很高，这也在很大程度上限制了其应用。
综上所述，传统筑的路材料不仅在施工过程中对环境造成污染，而且也很难得到高质量的路基。近代虽然也出现了高聚物和电离子溶液的固化剂，但高聚物类还不够完善。电离子溶液固化剂对土壤成分要求苛刻，且成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种早期强度高、抗渗、抗裂、抗冻性能好的环保型筑路材料，一般情况下用量只占被固化灰土总量的万分之一至万分之三，用量少，运输费用低，施工方便，采用固化剂加固路基土，避免大量运输砂石类材料，节省工程造价。
为解决上述技术问题，本发明提供一种土质固化剂，其特征在于：包括主添加剂和助剂，其中主添加剂重量百分比组成为：
甲基硅氧烷10％-20％
水溶性硅油5％-20％
三乙醇胺5％-8％
磺化丙酮的甲醛缩合物10％-30％
Na2SO44％-6％
木质素与亚硫酸盐的深度磺化物4％-6％
壬基酚聚氧乙烯醚4％
山梨醇单月桂酸酯2％
H2O30％；
土质固化剂助剂：
氟硅酸镁、硫酸铝、氯化铝中至少一种或两种以上的混合物与表面活性剂混合组成，二者的重量百分比组成为93-95∶5-7。
表面活性剂为烷基苯环氧乙烷缩合物。
上述固化剂主添加剂生产工艺简述如下：
在装有回流冷凝器、搅拌装置和加热装置的反应器中，加入40份的水和20份的木质素磺酸钠，加入氢氧化钠调节PH值＝10，加入15份的甲醛溶液和10份的亚硫酸氢钠，在80-170℃下反应制得深度磺化物，再与磺化丙酮的甲醛缩合物按1∶5的比例混合，降温至30℃，然后，在充分搅拌的情况下，依次加入甲基硅氧烷、三乙醇胺、水溶性硅油、壬基酚聚氧乙烯醚、Na2SO4、山梨醇单月桂酸酯，反应结束所得物为水溶性良好的红褐色液体。
土质固化剂助剂工艺简述：
采用混拌的方法，在混拌机中按二者的比例进行混拌，均匀后即可。
本发明所用原料壬基酚聚氧乙烯醚、山梨醇单月桂酸酯可到山东德州华联助剂厂购买。
本发明是一种电离子溶液环保型土壤固化剂，作用机理是将土壤中的矿物质和土壤的分子分解，使其重新结晶，结合成新的化学链。经过处理的土壤由“亲水性”变成“憎水性”，使土壤粒子间发生“胶结”作用，经机械反复的整平、振动、夯实，使土壤高度密实，变成一种新的土壤结构，无毒、无害、无污染。
以塑性指数为9.5的砂性粉土为例，加入本发明的土质固化剂150-200PPm，实验结果如下：
①抗压强度
石灰类7d浸水抗压强度≥1.2Mpa
水泥类7d浸水抗压强度≥2.5Mpa
②抗弯拉强度
石灰类：0.45Mpa～0.52Mpa
水泥类：0.49Mpa～0.69Mpa
③抗压回弹模量
石灰类：1100Mpa～1300Mpa
水泥类：1300Mpa～1600Mpa
④水稳性
常温下浸水180d无散解现象，水稳定系数在90％-95％之间。
⑤冻稳定性
石灰类：90d10次冻融抗压强度0.86Mpa
水泥类：90d10次冻融抗压强度2.10Mpa
具体实施方式
实例1：
针对塑性指数为11.0的粉土的土质固化剂有：
主添加剂：甲基硅氧烷10％、水溶性硅油20％、磺化丙酮的甲醛缩合物20％、三乙醇胺5％、Na2SO45％、木质素与亚硫酸盐的深度磺化物4％、壬基酚聚氧乙烯醚4％、山梨醇单月桂酸酯2％、H2O30％。
助剂：氯化铝∶烷基苯环氧乙烷缩合物＝93∶7。
实例2：
针对塑性指数为9.5的低液限粉土的土质固化剂有：
主添加剂：甲基硅氧烷15％、水溶性硅油10％、磺化丙酮的甲醛缩合物22％、三乙醇胺8％、Na2SO44％、木质素与亚硫酸盐的深度磺化物6％、壬基酚聚氧乙烯醚4％、山梨醇单月桂酸酯2％、H2O30％。
助剂：硫酸铝∶烷基苯环氧乙烷缩合物＝93∶7。
实例3：
针对塑性指数为7.0的低液限粉土的土质固化剂有：
主添加剂：甲基硅氧烷20％、水溶性硅油5％、磺化丙酮的甲醛缩合物25％、三乙醇胺5％、Na2SO44％、木质素与亚硫酸盐的深度磺化物5％、壬基酚聚氧乙烯醚4％、山梨醇单月桂酸酯2％、H2O30％。
助剂：氟硅酸镁∶烷基苯环氧乙烷缩合物＝95∶5。
Claims (1)
1.一种土质固化剂，其特征在于：包括主添加剂和助剂，其中主添加剂重量百分比组成为：
甲基硅氧烷10％-20％，水溶性硅油5％-20％，三乙醇胺5％-8％，磺化丙酮的甲醛缩合物10％-30％，Na2SO4 4％-6％，木质素与亚硫酸盐的深度磺化物4％-6％，壬基酚聚氧乙烯醚4％，山梨醇单月桂酸酯2％，H2O30％，上述固化剂主添加剂生产工艺如下：
在装有回流冷凝器、搅拌装置和加热装置的反应器中，加入40份的水和20份的木质素磺酸钠，加入氢氧化钠调节PH值＝10，加入15份的甲醛溶液和10份的亚硫酸氢钠，在80-170℃下反应制得深度磺化物，再与磺化丙酮的甲醛缩合物按1∶5的比例混合，降温至30℃，然后，在充分搅拌的情况下，依次加入甲基硅氧烷、三乙醇胺、水溶性硅油、壬基酚聚氧乙烯醚、Na2SO4、山梨醇单月桂酸酯，反应结束所得物为水溶性良好的红褐色液体；
助剂：
氟硅酸镁、硫酸铝、氯化铝中一种或两种以上的混合物与表面活性剂混合组成，二者的重量百分比组成为93-95∶5-7；
表面活性剂为烷基苯环氧乙烷缩合物。
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