CN102020990A - 新型高强耐水复合土壤固化剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种由有机高分子材料和无机材料复合制备而成的高强耐水型土壤固化剂，包括粘结组分、增强组分、分散剂、有机硅防水剂、填料，以上各组分重量份数分别为(20-50)，(10-40)，(5-20)，(3-10)，(1-8)。本发明的土壤固化剂固化土7天无侧限抗压强度可以达到9MPa以上，远超过传统无机材料(石灰、水泥、工业废渣等)固化土的强度，同时具有良好的耐水稳定性能，且施工方便，无污染，可广泛应用于建筑墙体材料，公路铁路路基及水利工程的防渗，渠道护坡处理等工程。

Description

新型高强耐水复合土壤固化剂

技术领域：本发明涉及一种新型建筑材料用土壤固化剂。特别是可应用于建筑墙体材料、公路铁路路基及水利工程的防渗、渠道护坡处理的一种强度高、耐水性能好的土质固化材料。

技术背景：传统的土壤加固材料主要是水泥、石灰和工业废渣(粉煤灰、矿渣、电石渣)等无机材料。石灰可用于浅层的路基或房基，但不能用于含水量高的软土底层；水泥虽可用于加固软土底层，但采用水泥加固土壤对土质的适应能力较差，固土效果不好，其造价也非常高；利用工业废渣虽然可以降低成本，但它需要相应的激发剂激发才能够产生效果，且适用的土壤范围较窄。另外，传统的土壤固化剂普遍存在强度低，耐水性差的弊端。发明专利“一种路用土壤固化剂”(专利号：CN100392042C)利用矿渣作为土壤固化剂，虽然节约了原料，降低了成本，由于其强度较低，只能用作道路施工，无法满足作为建筑墙体材料、公路铁路路基及水利工程的防渗等对强度和耐水性要求较高的工程。

发明内容：针对目前传统土壤固化剂存在的强度低，耐水性能差的问题，本发明的目的在于提供一种新型高强耐水复合土壤固化剂。在深入研究土壤固化机理的基础上，提出利用高性能的粘结增强剂，防水剂等有机高分子材料并复合无机材料，开发出具有强度高、耐水性优良、适用范围广的土壤固化剂。

本发明的一种新型高强耐水复合土壤固化剂由粘结组分、增强组分、分散剂、有机硅防水剂和填料组成。

各组分的重量比为：

进一步各组分的重量比为：

再进一步各组分的重量比为：

粘结剂为可再分散乳胶粉，可选择乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚醋酸乙烯-羧酸(类)/乙烯共聚物(VA/VeoVa)、聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(SAE)或聚丙烯酸酯(PAE)。其中优选乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。

增强组分为硅灰、粉煤灰、碳酸钙或硫酸钠中的一种，其中优选硅灰。

分散剂为分子末端含有大量羟基的纤维素，可选择甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素或羧甲基纤维素。其中优选羟丙基甲基纤维素。

有机硅防水剂可选择甲基硅醇钠、甲基硅酸钠、氟硅酸钠或硅酸钠。其中优选甲基硅醇钠。

填料为木质纤维或木屑，其中优选木质纤维。

本发明的新型高强耐水复合土壤固化剂是由具有高粘结性能的高分子材料和具有高分散性能的分散剂组成，配以有机硅防水剂，并复合无机增强组分从而获得具有强度高、防水性好的土壤固化剂。

可再分散乳胶粉是由醋酸乙烯酯与乙烯或丙烯酸酯等聚合生成的二元或三元的共聚物，经过喷雾干燥得到的改性乳液粉末，它具有良好的可再分散性，与水接触时重新分散成乳液，并且其化学性能与初始乳液完全相同。在建筑材料中被广泛用作胶粘剂，具有良好的粘结强度、成膜性、耐水及耐酸碱性能。将可再分散乳胶粉加入土壤中，可以吸收土壤中的水分形成强粘结性的乳液，从而实现将土壤颗粒粘聚在一起，提高其强度。

有机硅防水剂是一种小分子的有机硅聚合物，将有机硅防水剂加入到土壤中后，其分子中的硅羟基和水、二氧化碳发生反应，生成一种憎水物-甲基硅氧烷，并进一步缩聚成网状树脂防水膜；阻止了水进入土壤，增强密实性，提高抗渗性，从而使固化土具有良好的防水性能。

硅灰是在冶炼硅铁合金和工业硅时产生的Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种超细硅质粉体材料。硅灰主要成分为SiO₂，能够填充土壤颗粒间的孔隙，同时与土壤中的碱性材料反应生成凝胶体，可显著提高固化土的抗压、抗折强度和抗渗、防水性能。

木质纤维素具有强劲的交联织补功能，它与其他材料混合后纤维之间搭接成三维立体结构，使其有效地减少龟裂。将其加入到土壤中不仅能够提高固化土的强度，而且能够有效提高固化土的抗裂性，且由于其具有良好的尺寸稳定性，可以降低固化土的收缩。

以上各组分不仅各自发挥作用，而且具有相互协同效应，共同对土壤进行加固，提高固化土的强度和耐久性能。本发明的土壤固化剂用于固化土7天无侧限抗压强度可以达到9MPa以上，远超过水泥、石灰、矿渣固化土的强度，不仅完全满足CJ/T3073-1998《土壤固化剂》规定要求的用于道路基层的抗压强度，而且可以满足用作建筑墙体材料的要求，同时使用范围广、操作方便、无污染，可广泛应用于水利工程的防渗透水堤坝、渠道、池塘，修筑公路铁路路基和建筑业的免烧砖瓦等工程。因此，本发明的土壤固化剂的广泛应用必将产生积极的社会效益和巨大的经济效益。

具体实施方式：下面通过实施例进一步说明本发明的高强耐水型土壤固化剂。

固化剂的制备

有机硅防水剂购自济南国邦化工有限公司，固含量为32％；木质纤维长度3mm，堆积密度为0.25g/cm³；其它添加物质均为固体粉末。因此，在制备固化剂时，先将固体粉末和木质纤维按配比混合均匀制得固相组分；将有机硅防水剂作为液相组分在具体应用中按配比加到土壤中。

实施例1～16

分别按照表1中乙烯-醋酸乙烯酯、羟丙基甲基纤维素、硅灰和木质纤维的重量比取料，搅拌混合均匀作为固相组分；然后按配比称取甲基硅醇钠作为液相组分。

表1不同实施例中各组成配比

对比例1、2和3

采用目前国内常用于道路施工的材料作为固化剂，其中对比例1采用普通硅酸盐水泥32.5为固化剂；对比例2采用矿渣超细粉为固化剂；对比例3采用熟石灰作为固化剂；在土壤中的掺量均为10％。

实验测试

按照如下方法用以上实施例1～16中制备的固化剂和对比例1的固化剂进行土壤加固，并对加固土进行7天无测限抗压强度和7天浸水吸水率的测定。

用于加固的土壤为临沂滨河大道附近的砂土，使用前用2.36mm的圆孔筛子过筛，首先按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ 057-94)，通过击实试验确定最佳含水量和最大干密度，其化学成分和物理性质见表2。施工时，考虑到土壤的天然含水量是经常变化的，因而在拌合中以略低于最佳含水量的3个百分点的用水量进行控制，以保证料土中含水量不会过高。将各实施例的固化剂分别以一定比例添加到待加固的土壤中，按照常规的固化剂加固土的工程实施方法施工，然后按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057-94)分别测定加固土的7天无侧限抗压强度和7天浸水吸水率。

实施例1～16的固化剂分别以5重量份的量加入到5重量份的水泥和90重量份的土壤混合物中，测得加固土7天无侧限抗压强度和7天浸水吸水率的结果见表3所示。

表2素土的化学成分及物理性能

表3实施例1～16的试验结果

由表3可以看出，利用本发明的土壤固化剂固化土相比用水泥、矿渣和熟石灰做固化剂固化土，7天抗压强度有较大的提高，可以达到9MPa以上，7天浸水吸水率也有了大幅下降，说明本发明的固化剂能够显著提高加固土的强度和耐水性能。

Claims (8)

1.一种高强耐水复合土壤固化剂，由粘结组分、增强组分、分散剂、有机硅防水剂、填料组成，各组分的重量比为：

2.根据权利要求1所述的土壤固化剂，其特征在于所述的各组分重量比为：

3.根据权利要求1所述的土壤固化剂，其特征在于所述的各组分重量比为：

4.根据权利要求1所述的土壤固化剂，其特征在于所述的粘结剂为可再分散乳胶粉，可选择乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚醋酸乙烯-羧酸(类)/乙烯共聚物、聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚物或聚丙烯酸酯。

5.根据权利要求1所述的土壤固化剂，其特征在于所述的分散剂为分子末端含有大量羟基的纤维素，可选择甲基纤维素，乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素，羟乙基纤维素或羧甲基纤维素。

6.根据权利要求1所述的土壤固化剂，有机硅防水剂可选择甲基硅醇钠、甲基硅酸钠、氟硅酸钠或硅酸钠。

7.根据权利要求1所述的土壤固化剂，其特征在于所述的增强组分为硅灰、粉煤灰、碳酸钙或硫酸钙中的一种。

8.根据权利要求1所述的土壤固化剂，其特征在于所述的填料为木质纤维或木屑。