CN101684409A

CN101684409A - 一种土壤化学稳定剂配方及应用

Info

Publication number: CN101684409A
Application number: CN200810169827A
Authority: CN
Inventors: 孙建国; 文树桐; 王展国; 刘曰键
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-28
Filing date: 2008-09-28
Publication date: 2010-03-31

Abstract

一种土壤化学稳定剂配方及应用，其特征在于它的配方包括如下重量份原料组成：硫酸70～93重量份，松脂油3～30重量份，湿润剂1～6重量份，分散剂0.5～1.7重量份，增稠剂0.3～1.5重量份。土壤化学稳定剂掺加数量为土重的0.01％～0.04％，在最优含水量条件下，与土壤搅拌均匀，压实养护；稳定剂可单独使用，但多数情况需加少量水泥或石灰；稳定剂的施工采用传统设备，施工方法与常规工艺相同。本稳定剂具有成本低廉、性能优良及用料环保的特点，可广泛用于修筑路基、兴修水利、乡村道路、临时场地、简易路面、筑墙制砖等领域。

Description

一种土壤化学稳定剂配方及应用

技术领域

本发明属于土壤稳定处理用化学品技术领域，尤其涉及一种用于最优含水量压实土壤的稳定化处理用化学品及应用。

背景技术

在建筑材料领域中，应用数量最多和涉及范围最广的材料莫过于土壤，它是支撑我们人类和一切生物活动的基础。在享受土壤给我们带来充满幸福和希望的大自然同时，人类也不得不面对某些麻烦和灾难，如大风扬尘、道路泥泞、山体滑坡、地基塌陷、坝体和建筑物倒塌以及泥石流和地震等。这些麻烦和灾难，有些是不可避免的，有些则可通过人为努力降低它的危害，而这些危害大都与不稳定的土壤有关。稳定土壤，减灾防害，早已为人类所重视。在2000年前我国先人采用石灰和糯米浆稳定粘土制作夯实墙体，最先将无机材料(石灰)与液体有机多糖(糯米浆)表面活性剂相结合的理念付诸实践。上个世纪五十年代，由美国化学家雷诺先生发明的石油磺酸类阴离子表面活性剂用于土壤稳定，开创了土壤稳定化处理的一个新时代，这种土壤稳定剂被国外媒体称为是20世纪最伟大的发明之一。之后相继出现了高分子聚合物类、电化学离子类、生物酶类、沥青乳化液、表面活性剂和无机盐类等多种土壤稳定剂，其中表面活性剂技术在这个领域中引领着土壤稳定剂技术的飞速发展。

目前国内常用的土壤稳定剂基本上是以无机材料为主添加激发素而成，有些辅以能降低水的表面张力的表面活性剂。无机材料包括水泥、石灰、粉煤灰、钢渣、水渣、炉渣、有色金属矿渣、煤矸石、火山灰和某些建筑垃圾等。激发素主要包括碱类、硫酸盐类、含氟氯溴无机盐类等，将这些无机材料和激发素采用磨细混合或混合磨细形成粉状固化剂使用。粉状土壤固化剂在我国的工业废物利用和稳定地基建设中起到积极作用，并继续在这个领域中起着重要作用。但与引进国外的有机液体土壤稳定剂相比，粉状土壤固化剂的应用存在明显不足，其中主要问题是掺加数量较大，土壤固化效果不够理想。

自上个世纪九十年代开始，我国陆续从工业发达国家引进多个不同品种的土壤稳定剂。除日本的AUTO-SET和瑞士的CHEMILINK等少数粉状固化剂以外，大多数引进的是有机液体土壤稳定剂，如美国路邦EN-1电离子土壤稳定剂，美国PALMA土壤固化酶、美国POLYPAVEMENT和贝赛尔高分子聚合物乳液，美国ISS、南非的ISS2500、加拿大的ROADPACKER以及澳大利亚的TFISS是石油类磺酸，属电离子类土壤稳定剂。这些有机液体土壤稳定剂与粉状固化剂相比，具有掺加量少，固结土壤效率高的特点。从国外引进的土壤稳定剂技术在十多年的推广应用中，培训了一批工程技术人员和施工队伍，培育了市场，带动了国内土壤稳定剂产品的研发。实践证明，引进的土壤稳定剂在道路路基工程、简易道路工程、仓储及停车场地面工程、修筑河渠及池塘防渗漏工程、储水窖和沼气池的建造工程、污染物固结处理、临时机场地面工程、防地下水反盐碱阻断工程等诸多领域中，都发挥了极大的作用。虽然引进产品价格较贵，但相对性能优势已逐渐凸显出来，得到国内水利和建筑工程界的普遍认可。

国内土壤稳定剂的研发在走引进、消化吸收及再创新之路中，宜以发展有机液体土壤稳定剂为主。通过降低产品材料成本，提高使用性能，扩大应用范围，土壤稳定剂的发展前景将十分广阔。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺加量少、土壤固结体强度高、耐水浸泡性好的高效有机液体土壤稳定剂及应用。

本发明采用的技术方案如下：

一种土壤稳定剂，它包括如下原料组成：硫酸70～93重量份，松脂油3～30重量份，湿润剂2～6重量份，分散剂0.5～1.7重量份，增稠剂0.3～1.5重量份；稳定剂掺加数量为土重的0.01％～0.04％，常用量为0.02％，在最优含水量条件下，与土壤搅拌均匀，压实养护；稳定剂可单独使用，但多数情况需加少量水泥或石灰；稳定剂的施工采用工程常用设备，施工方法与常规工艺相同。

这里所述的硫酸是工业纯度大于95％的硫酸，如工业中常用的95％硫酸、98％硫酸、105％硫酸、115％硫酸及三氧化硫。

这里所述的松脂油包括α蒎烯、β蒎烯、松节油、松油及松脂的提取物液体等。

这里所述的湿润剂是指非离子表面活性剂，包括酚醚、醇醚吐温和平平加等。

这里所述的分散剂包括卡拉胶、黄原胶、罗望子胶及结冷胶等。

这里所述的增稠剂包括羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯、瓜尔豆胶及聚丙烯酸等。

土壤塑指在20以上的某些土壤中可单独掺加这种土壤稳定剂，用量至少为土重的0.03％。为扩大土壤适用范围可掺加2％～6％石灰或2％～5％水泥，亦可同时掺加石灰和水泥，土壤稳定剂掺量常用0.02％。这里水泥是指标准普通硅酸盐水泥、道路水泥、矿渣水泥等，水泥的初凝时间应大于4.5小时，强度等级大于22.5Mpa。这里石灰是指三级以上的生石灰粉或熟石灰粉，有效氧化钙含量大于65％。对于塑指小于4的砂土不能直接应用这种固化剂，可通过掺加外来土壤提高混合后土的塑指再应用。掺加的稳定剂及水泥或石灰必须与加固土搅拌均匀，经压实养护后使用。

稳定剂被水稀释100～400倍后掺加到土壤中，应使稳定土的含水量达到高出最优含水量1％～2％，稳定剂稀释比率按此计算；石灰在掺加稳定剂之前加入，水泥在掺加稳定剂之后加入；所用施工设备与常规相同。

本发明土壤稳定剂可作为修筑道路基层的固化处理应用，可作为简易道路的路面的固化处理应用，可作为河、湖、渠、水库水体的防渗漏处理剂应用，可作为仓储、简易停机坪及停车场地面土的稳定化处理应用，可作为黏土免烧砖的固化处理应用，可作为以黏土为主体建筑材料的建筑物、地窖、贮水窖和沼气池等的夯实墙体加固处理，可作为有毒污染物的固废处理，垃圾填埋场的无污染填埋处理等。

在道路基层和简易路面的修筑中使用本土壤稳定剂，可采用传统施工机械与施工工艺，可使固化土压实效率得到明显提高，可使水泥固化土和石灰固化土的水泥和石灰掺加比率降低一半左右，可使固化土的耐水浸泡能力得到大大提高，能让道路基层修筑费用节省50％以上，维护费用降低70％以上。与同类进口土壤稳定剂产品相比，采购价格能降低1/2～2/3。

本稳定剂与进口同类产品相比具有性能相当、价格便宜、更环保的特点。进口的电离子类产品中，其磺化用油主要是石脑油及柠檬油等。前者为石油类产品，受世界石油市场影响价格波动较大，而石油是不可再生能源。而后者为植物的皮和籽的榨油，在国内属香精原料，价格较高。按国内目前市场价格比较，松节油∶石脑油∶柠檬油的市价比值大约为1∶1∶50，故引进产品的推广将受到某些限制。松脂油类产品在我国资源广阔，产量丰足，价格低廉，实为可再生资源。

本发明稳定剂在用于河、湖、渠、水库水体的防渗漏方面，通过改变固化土的压实度，可获得10^-5～10^-9的渗透系数。用较高的压实密度可得到密不透水层，用较低的压实密度可得到适当透水层，这样有利于水体周围生态环境的保护，较用黏土层和塑料膜做水体防渗漏层，效果要好得多。

简易仓储、停机坪、停车场、田间小路、风力发电塔简易运输路、钻井运输路、管道建设临时路、军队演习场地等临时需硬化地面应用本土壤稳定剂，在解决一时之需同时并不破坏环境，因为这种固化土经粉碎后可还原成可种植土壤。

黏土砖逐渐退出建材市场是因为取土可能破环耕地和烧砖排放大量二氧化碳，但目前仍在应用是因为黏土砖具有价格优势。如上所述土壤稳定剂用于黏土免烧砖的固化处理应用，不但可避免排放大量二氧化碳，而且价廉，与普通黏土砖价格相当。稳定剂黏土免烧砖对制砖的土壤选择范围要大得多，尤其适宜在经济落后地区或受灾地区重建中使用。

以黏土为主体建筑材料的建筑物、地窖、贮水窖和沼气池等的夯实墙体加固处理使用本稳定剂，所构成墙体具有防潮隔湿、冬暖夏凉、防火避灾、隔音降噪、防白蚁、防地震等优异功能，这在国外的同类产品大量使用中已得到证实。在新农村住宅建设中还可以这样应用，利用挖坑形成地下室空间，地下室结构采用固化土夯实墙体，挖地下室取土用于地上固化土夯实墙体的建造，就地取材，经济耐用，既环保又实用，极具推广价值。

本稳定剂可用于有毒污染物的固废处理和垃圾填埋场的无污染化处理。如有被遗撒和泄漏的化学品对周围环境及地上和地下水源产生污染，需要处理，这里仅需将污染物与周围土壤一起加入本土壤稳定剂和少量水泥混合均匀，压实挤密即可，保证固废体中的有毒物质不被浸出；在垃圾填埋场的应用，需要用固化土构建大型垃圾池，待垃圾逐渐填满用固化土逐渐构建密封层，这样的垃圾场对环境的影响较小。

本发明土壤稳定剂，用量至少为土重的0.01％，常用量为0.02％。黏性土壤再掺加3％～6％石灰，7天无侧限抗压强度在0.8～1.8Mpa；砂性土壤再掺加3％～5％水泥，7天无侧限抗压强度在2～4Mpa，30～90天强度一般为5～15Mpa。国外同类产品实践证明，固化土的耐久性可达三十年以上。

本发明土壤稳定剂所采用的各组分均为容易得到的市售商品，制作成本较低，掺加量少，土壤固结体强度高，耐水浸泡性能好，可广泛应用于涉及土壤作为建筑材料的场合及领域。本土壤化学稳定剂的推广应用具有极大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1-2是不同土壤使用土壤稳定剂后的无侧限抗压强度与掺加水泥石灰数量比率关系图。

具体实施方式

实施例1

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯度95％浓硫酸91kg，松节油5kg，酚醚OP-10乳化剂3kg，黄原胶0.6kg，卡拉胶0.4kg；应用本稳定剂对北京朝阳区某村道路基层砂性亚黏土进行固结处理实验。测定土的最优含水量为14％，实际含水量按15％计算；掺入稳定剂为土重的0.02％，掺入P.O22.5普通硅酸盐水泥3％；日均气温25℃，固化土固结厚度200mm，施工面积4000M²，土壤液限30％，塑指9；采用道路机械化施工，压实度大于97％，试样养护箱养护6天，浸水1天后测定无侧限抗压强度为2.86Mpa。

实施例2

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯95％浓硫酸91kg，松节油5kg，吐温-80乳化剂3kg，羧甲基纤维素钠0.7kg，瓜尔豆胶0.3kg；应用本稳定剂对北京朝阳区某停车场地面砂性黏土进行固结处理实验。测定砂性粘土的最优含水量为12％，实际土壤含水量按14％计算；掺入该固化剂为土重的0.02％，掺入P.O 22.5普通硅酸盐水泥4％；日均气温22℃，固化土固结厚度100mm，施工面积1200M²，土壤液限26％，塑指7；采用蛙夯机压实，压实度大于95％，试样养护箱养护6天，浸水1天后测定其无侧限抗压强度为2.55Mpa。

实施例3

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯95％浓硫酸90kg，松节油7kg，OP-10乳化剂3kg；应用本稳定剂对北京大兴某建筑楼板码放地面砂性粉土进行固结处理实验。掺入稳定剂为土重的0.02％，掺入P.O 22.5普通硅酸盐水泥5％；固化土固结厚度150mm，施工面积800M²，土壤液限22％，塑指5，最优含水量12％；采用蛙夯机压实，压实度大于97％；试样养护箱养护6天，浸水1天后测定其无侧限抗压强度为2.25Mpa。

实施例4

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯95％浓硫酸90kg，松节油6kg，OP-10乳化剂3kg，黄原胶0.6kg，聚氧化乙烯0.4kg；应用本稳定剂对北京丰台某居民小区地面含砂粉黏土进行固结处理实验。掺入稳定剂为土重的0.02％，掺入P.O22.5普通硅酸盐水泥4％；固化土固结厚度100mm，施工面积2000M²，土壤液限36％，塑指12，最优含水量16％；试样养护箱养护6天，浸水1天后测定其无侧限抗压强度为3.26Mpa。

实施例5

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯95％浓硫酸91kg，松节油5kg，OP-10乳化剂3kg，黄原胶0.6kg，聚氧化乙烯0.4kg；应用本稳定剂对北京朝阳区某驾校路面砂性黏土进行固结处理实验。掺入稳定剂为土重的0.02％，掺入P.O22.5普通硅酸盐水泥5％；固化土固结厚度150mm，施工面积200M²，土壤液限34％，塑指14，最优含水量14％；试样养护箱养护6天，浸水1天后测定其无侧限抗压强度为3.86Mpa。

实施例6

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯115％浓硫酸76kg，松节油20kg，平平加乳化剂3.2kg，黄原胶0.5kg，聚丙烯酸0.3kg；应用本稳定剂对北京房山含砂亚黏土进行固结处理实验，用于沥青路面修补。掺入稳定剂为土重的0.03％，掺入P.O 32.5普通硅酸盐水泥6％，最优含水量14％，蛙夯机夯实，第二天在固化土表面铺撒商售沥青油，用于沥青破损路面修补，两年后仍在使用。

实施例7

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯105％浓硫酸81kg，松节油15kg，酚醚OP-10乳化剂3kg，黄原胶0.6kg，卡拉胶0.4kg；应用本稳定剂对北京通州乡村小路亚黏土进行固结处理实验；掺入稳定剂为土重的0.02％，掺入生石灰粉6％；土固结厚度100mm，施工面积400M²，土壤液限41％，塑指17，最优含水量16％，蛙夯机夯实；试样养护箱养护6天，浸水1天后测定其无侧限抗压强度为1.44Mpa。

实施例8

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯98％浓硫酸92kg，松节油4kg，吐温-80乳化剂3kg，黄原胶0.6kg，瓜尔豆胶0.4kg；应用本稳定剂对北京房山乡村道路亚黏土进行固结处理实验；掺入稳定剂为土重的0.02％，掺入生石灰粉4％，掺入水泥4％；试样养护箱养护6天，浸水1天后测定其无侧限抗压强度为1.84Mpa。

实施例9

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯95％浓硫酸92kg，松节油4kg，酚醚OP-10乳化剂3kg，黄原胶0.6kg，瓜尔豆胶0.4kg；应用本稳定剂对河南某景区地面含砂粉黏土进行固结处理实验。掺入稳定剂为土重的0.02％，掺入P.O 22.5普通硅酸盐水泥4％；试样养护箱养护6天，浸水1天后测定其无侧限抗压强度为2.25Mpa。

实施例10

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯95％浓硫酸92kg，松节油5kg，OP-10乳化剂3kg；应用本稳定剂对北京朝阳区某养狗基地狗舍地面砂性黏土进行固结处理实验。掺入该固化剂为土重的0.02％，掺入P.O 22.5普通硅酸盐水泥4％；土固结厚度100mm，施工面积400M²，土壤液限34％，塑指14，最优含水量14％；试样养护箱养护6天，浸水1天后测定无侧限抗压强度为2.56Mpa。

实施例11

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯95％浓硫酸92kg，松节油5kg，OP-10乳化剂3kg；应用本稳定剂对北京海淀区某中学园内淤泥质土进行固结处理实验。掺入稳定剂为土重的0.02％，掺P.O 22.5普通硅酸盐水泥3％，石灰3％，含水率20％，最大干密度1.59g/cm³；试样养护箱养护6天，浸水1天后测定无侧限抗压强度为0.67Mpa。

实施例12

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯95％浓硫酸88kg，松节油8kg，酚醚OP-10乳化剂3kg，黄原胶0.6kg，瓜尔豆胶0.4kg；应用本稳定剂对房山黏土进行免烧砖固结处理实验，免烧砖黏土组成在如下范围：黏土5％～25％，粉土10％～30％，砂土55％～70％；掺入稳定剂为土重的0.03％，掺入P.O 32.5普通硅酸盐水泥5％，含水量7％～11％，砖坯经挤压成型。养护28天，按标准检测免烧砖强度，抗压强度达7～11Mpa。

实施例13

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯95％浓硫酸92kg，松节油4kg，酚醚OP-10乳化剂3kg，黄原胶0.6kg，瓜尔豆胶0.4kg；应用本稳定剂对河南驻马店公路路基粉黏土进行固结处理实验。稳定剂掺量为土重的0.02％，掺入P.O 32.5普通硅酸盐水泥3％，石灰3％；液限34，塑指15，最优含水量13％，最大干密度1.78g/cm³；试样养护箱养护6天，浸水1天后测定其无侧限抗压强度为1.64Mpa。

实施例14

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯95％浓硫酸92kg，松节油4kg，酚醚OP-10乳化剂3kg，黄原胶0.6kg，瓜尔豆胶0.4kg；应用本稳定剂对北京平谷新农村建设某村地基亚黏土进行固结处理实验。掺入稳定剂为土重的0.02％，掺入石灰5％；液限39，塑指17，最优含水量15％，最大干密度1.74g/cm³；试样养护箱养护6天，浸水1天后测定其无侧限抗压强度为1.34Mpa。

实施例15

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯95％浓硫酸90kg，松节油6kg，平平加乳化剂3kg，黄原胶0.6kg，瓜尔豆胶0.4kg；应用本土壤稳定剂对北京房山砂性黏土墙体夯实进行试验，掺入稳定剂为土重的0.03％，掺入P.O 32.5普通硅酸盐水泥5％，含水量13％；墙宽350mm，每层夯实厚度100mm，错开夯实，土墙高度2米，经夏天雨水冲刷未见明显侵蚀，冬天冷冻未见开裂。

实施例16

按下述重量组分配比组成土壤稳定剂配方：工业纯95％浓硫酸92kg，松节油4kg，酚醚OP-10乳化剂3kg；应用本土壤稳定剂对鞍山某中学操场地面进行固结试验。含砾石砂黏土，掺入该固化剂为土重的0.02％，掺入P.O 32.5普通硅酸盐水泥4％；试样养护箱养护6天，浸水1天后测定其无侧限抗压强度为2.44Mpa。

Claims

1.一种土壤化学稳定剂(以下简称稳定剂)配方及应用，其特征在于它的配方包括如下重量份原料组成：硫酸70～93重量份，松脂油3～30重量份，湿润剂1～6重量份，分散剂0.5～1.7重量份，增稠剂0.3～1.5重量份。稳定剂掺加数量为土重的0.01％～0.04％，在最优含水量条件下，与土壤搅拌均匀，压实养护；稳定剂可单独使用，但多数情况需加少量水泥或石灰；稳定剂的施工采用工程传统设备，施工方法与常规工艺相同。

2.根据权利要求1所述的稳定剂配方，其特征在于所述的硫酸是纯度大于95％的工业浓硫酸，如工业中常用的95％硫酸、98％硫酸、105％硫酸、115％硫酸及三氧化硫。

3.根据权利要求1所述的稳定剂配方，其特征在于所述配方中的松脂油包括α蒎烯、β蒎烯、松节油、松油及松脂的提取物液体等。这些化学品可单独掺加，亦可以两种及两种以上一起掺加。

4.根据权利要求1所述的稳定剂配方，其特征在于所述配方中的湿润剂是指非离子表面活性剂，包括酚醚、醇醚、吐温和平平加等。这些化学品可单独掺加，亦可以两种及两种以上一起掺加。

5.根据权利要求1所述的稳定剂配方，其特征在于所述配方中的分散剂包括卡拉胶、黄原胶、罗望子胶及结冷胶等。这些化学品可单独掺加，亦可以两种及两种以上一起掺加。

6.根据权利要求1所述的稳定剂配方，其特征在于所述配方中的增稠剂包括羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯、瓜尔豆胶及聚丙烯酸等。这些化学品可单独掺加，亦可以两种及两种以上一起掺加。

7.根据权利要求1所述的土壤，其特征在于所述土壤的塑指大于4即可。土壤的塑指大于20，一般可单独掺加本发明稳定剂。土壤掺加稳定剂用量为土重的0.01％～0.04％，常用量为0.02％。掺加2％～6％石灰或2％～5％水泥可扩大本发明稳定剂的应用范围，石灰和水泥亦可同时掺加。

8.根据权利要求1所述的水泥，其特征在于所述的水泥是指工程上常用的标准普通硅酸盐水泥、道路水泥、矿渣水泥等，水泥的初凝时间应大于4.5小时，强度等级大于22.5Mpa。

9.根据权利要求1所述的石灰，其特征在于所述的石灰是指三级以上的生石灰粉或熟石灰粉，有效氧化钙含量大于65％。

10.根据权利要求1所述的稳定剂，其特征在于所述的配方所形成的一种深褐色粘稠液体是多种表面活性剂的复配产物，被水稀释100～400倍后，呈乳状液使用。

11.根据权利要求1所述的施工设备与工艺，其特征在于所述的稳定剂在被稀释后掺加到土壤中，应使稳定土的含水量达到高出最优含水量1％～2％，稳定剂稀释比率按此计算；石灰在掺加稳定剂之前加入，水泥在掺加稳定剂之后加入；所用施工设备及施工工艺与常规相同。

12.权利要求1所述的稳定剂，可作为修筑道路基层土的稳定化处理应用，可作为简易道路的路面土的稳定化处理应用。

13.权利要求1所述的稳定剂，可作为河、湖、渠、水库水体的底层防渗漏处理的应用。

14.权利要求1所述的稳定剂，可作为仓储及停车场地基土的稳定化处理应用。

15.权利要求1所述的稳定剂，可作为免烧砖及夯实土墙的土的稳定化处理应用，如建筑物墙体、围墙、储水窖和沼气池等。