CN103224370A - 土壤固化剂及其制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液粉土壤固化剂及其制备和使用方法，其包括液剂，所述液剂为沥青磺酸钠、无机盐、有机聚合物和其他表面活性剂；制备方法为先将沥青磺酸钠与其他表面活性剂混合溶解，然后将无机盐和有机聚合物加入混合，搅拌均匀，在30-60℃温度下充分反应；使用方法为先将水泥与原地土拌和，然后将上述的土壤固化剂喷洒于水泥与原地土的混合物上，并翻拌混匀，最后将翻拌混匀的混合物摊铺于地面并碾压。本发明提供的一种液粉土壤固化剂及其制备和使用方法，应用于工程表明固化土体具有良好的力学性能，原料来源广泛，抗冻性和抗渗性良好，成本较低，是一种易于普及应用的土壤固化剂，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种土壤固化剂及其制备和使用方法，属于岩土工程材料领域。
技术背景
在工程建设中，由于天然土体压实后性能仍然不能满足工程的要求，岩土工程一直寻求提高固结土体强度和其他物理力学性能的途径。我国长期以来应用石灰、粉煤灰、水泥和各种工业废渣来固化土壤，提高土体的强度。工程实践表明，这些传统的方法存在一定的缺陷，例如：固化土体强度低，早期强度低，土体易开裂，水稳性差，抗渗性差等等。
土壤固化剂是近年来在岩土工程中得到应用的一项新的技术。20世纪40年代，国外在道路工程中首先应用土壤固化剂获得良好的效果，得到了迅速发展，20世纪90年代土壤固化剂技术进入中国，已经成功的应用于公路和水利等工程。工程试验表明，应用土壤固化剂可以有效的提高固化土体的强度和各项物理力学性能，而且就地取材，可以节约资源，保护环境，方便施工，节省工程投资，提高了工程质量，延长工程寿命等。近十几年来，国内一些单位从不同的原料和工程要求出发也研制了自己的土壤固化剂产品，并在一些岩土工程中得到了应用。可以说，土壤固化剂是继混凝土外加剂应用之后，采用化学、物理化学和生物化学方法解决工程技术问题又一成功措施，开拓了化学品在岩土工程技术中的应用，是一项很有发展前景的土工新技术。
按照行业标准《土壤固化剂》（CJ/T3073-1990），土壤固化剂分为两类，即液粉土壤固化剂和粉状土壤固化剂。但是，目前土壤固化剂在应用中存在一些值得关注的问题，主要是产品门类较少，增强效果欠佳，应用面窄，对土质的选择性大，价格较高，推广应用还不普及。研究土质适用性广，增强效果好，生产成本较低的优质土壤固化剂仍然是一项重要的课题。
申请号为95112495.1的发明专利申请公开说明书，公开了一种石灰类土壤固化剂，将生石灰、硬石膏、硫酸钠以及硫酸铝混合粉磨至比表面积250～900m2/kg，最佳范围在300500m2/kg。该固化剂适用于固化含水率25%(占干土比例)以下的土壤,它所固化的土壤强度比用生石灰所固化的土壤强度有较大幅度的提高,甚至高于相同掺量的325#矿渣水泥。
申请号为200410089791.6的发明专利申请公开说明书，公开了一种土壤用固化剂、土壤铺设材料及土壤铺设方法，土壤铺设材料,在该土壤铺设材料中使用的土壤用固化剂,以及使用该土壤用铺设材料的土壤铺设方法;其中土壤铺设材料的pH在中性或弱碱性区域,具有接近自然土的色调,而且表面硬度较高,是吸水性、保水性、冲击吸收性也良好的材料。为了实现上述目的,采用以含有氧化镁和异种金属盐为特征的土壤用固化剂,以及在土壤中添加该土壤用固化剂、并混合而形成的土壤铺设材料等。另外,材料含有30质量%～80质量%上述氧化镁的土壤用固化剂等。此外,根据本发明的土壤固化剂根据需要还可以含有增量剂、酸性剂。
申请号为200610083424.4的发明专利说明书，公开了一种淤泥固化剂及其应用，包括如下重量份数配比的粉剂和液剂原料组成,所述粉剂包括水泥熟料30～60,炉渣或矿渣30～60,石灰3～8,石膏1～7,其它硫酸盐1-7;所述液剂聚丙烯酰胺5～30,聚合氯化铝0～20,甘露醇0～30,木质素磺酸盐20～80,木质素磺酸盐与铁、铬离子络合物0～30,烷基酚聚氧乙烯醚0.2～2,丹宁酸0～10,腐殖酸盐0～10,Α-烯烃磺酸盐0.2～2.5。该淤泥固化剂所采用的各组分均为市售商品或容易得到的工业排放物,制作成本较低,同时进行淤泥固结处理时的掺加量少,固结体强度高、耐水性能好。可广泛的应用于清淤淤泥的固化处理、公路基层土的强化和水体底部泥层的防渗漏处理。
现有技术中土壤用固化剂没有采用沥青磺酸钠作为原材料，且所用原料来源有限、成本较高，固化效果不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土壤固化剂及其制备和使用方法，其原料来源广泛、成本较低，固化效果良好，属于液粉土壤固化剂。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
（1）一种土壤固化剂，包括液剂，所述液剂为沥青磺酸钠、无机盐、有机聚合物和其他表面活性剂。
（2）根据（1）所述的土壤固化剂，液剂总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为15-35%，无机盐为30-50%，有机聚合物为5-15%，其他表面活性剂为5-20%。
（3）根据（1）-（2）任一项所述的土壤固化剂，液剂总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为15%，无机盐为50%，有机聚合物为15%，其他表面活性剂为20%。
（4）根据（1）-（3）任一项所述的土壤固化剂，液剂总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为20%，无机盐为45%，有机聚合物为15%，其他表面活性剂为20%。
（5）根据（1）-（4）任一项所述的土壤固化剂，液剂总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为25%，无机盐为45%，有机聚合物为10%，其他表面活性剂为20%。
（6）根据（1）-（5）任一项所述的土壤固化剂，液剂总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为30%，无机盐为45%，有机聚合物为10%，其他表面活性剂为15%。
（7）根据（1）-（6）任一项所述的土壤固化剂，液剂总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为35%，无机盐为40%，有机聚合物为10%，其他表面活性剂为15%。
（8）根据（1）-（7）任一项所述的土壤固化剂，液剂总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为35%，无机盐为30%，有机聚合物为15%，其他表面活性剂为20%。
（9）根据（1）-（8）任一项所述的土壤固化剂，液剂总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为35%，无机盐为50%，有机聚合物为5%，其他表面活性剂为10%。
（10）根据（1）-（9）任一项所述的土壤固化剂，液剂总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为35%，无机盐为50%，有机聚合物为10%，其他表面活性剂为5%。
（11）根据（1）-（10）任一项所述的土壤固化剂，所述沥青磺酸钠为沥青磺化产物的溶液，磺酸钠基含量＞10%。
（12）根据（1）-（11）任一项所述的土壤固化剂，所述无机盐为含有碱金属、碱土金属和过渡金属离子的硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐或氯化物中的两种或两种以上的盐溶液。
（13）根据（1）-（12）任一项所述的土壤固化剂，所述过渡金属离子为Al3+或Fe3+。
（14）根据（1）-（13）任一项所述的土壤固化剂，所述有机聚合物为聚氧乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、纤维素醚其中的一种或两种的混合溶液。
（15）根据（1）-（14）任一项所述的土壤固化剂，所述其他表面活性剂为磷酸三丁酯、多聚醇胺、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚其中一种或两种。
（16）根据（1）-（15）任一项所述的土壤固化剂，还包括粉剂，所述粉剂为水泥、石灰或两者混合物。
（17）根据（1）-（16）任一项所述的土壤固化剂，：所述土壤固化剂为液粉土壤固化剂。
（18）一种土壤固化剂的制备方法，先将沥青磺酸钠与其他表面活性剂混合溶解，然后将无机盐和有机聚合物加入混合，搅拌均匀，在30-60℃温度下充分反应。
（19）根据（18）所述的土壤固化剂的制备方法，所述土壤固化剂液剂总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为15-35%，无机盐为30-50%，有机聚合物为5-15%，其他表面活性剂为5-20%。
（20）一种土壤固化剂的使用方法，先将水泥与原地土拌和，然后将（1）-（17）任一项所述的土壤固化剂喷洒于水泥与原地土的混合物上，并翻拌混匀，最后将翻拌混匀的混合物摊铺于地面并碾压。
本发明提供的一种土壤固化剂及其制备和使用方法，其土壤固化剂应用于工程表明固化土体具有良好的力学性能，原料来源广泛，抗冻性和抗渗性良好，成本较低，是一种易于普及应用的土壤固化剂，具有广阔的市场前景。
具体实施方式
实施例1：
一种土壤固化剂，包括液剂和粉剂，所述液剂为沥青磺酸钠、无机盐、有机聚合物和其他表面活性剂。总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为15%，无机盐为50%，有机聚合物为15%，其他表面活性剂为20%。所述沥青磺酸钠为沥青磺化产物的溶液，磺酸钠基含量＞10%。所述无机盐为含有碱金属、碱土金属和过渡金属离子的硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐或氯化物中的两种或两种以上的盐溶液。所述过渡金属离子为Al3+或Fe3+。所述有机聚合物为聚氧乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、纤维素醚其中的一种或两种的混合溶液。所述其他表面活性剂为磷酸三丁酯、多聚醇胺、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚其中一种或两种。其中，所述粉剂为水泥、石灰或两者混合物。
实施例2：
一种土壤固化剂，包括液剂和粉剂，所述液剂为沥青磺酸钠、无机盐、有机聚合物和其他表面活性剂。总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为20%，无机盐为45%，有机聚合物为15%，其他表面活性剂为20%。所述沥青磺酸钠为沥青磺化产物的溶液，磺酸钠基含量＞10%。所述无机盐为含有碱金属、碱土金属和过渡金属离子的硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐或氯化物中的两种或两种以上的盐溶液。所述过渡金属离子为Al3+或Fe3+。所述有机聚合物为聚氧乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、纤维素醚其中的一种或两种的混合溶液。所述其他表面活性剂为磷酸三丁酯、多聚醇胺、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚其中一种或两种。其中，所述粉剂为水泥、石灰或两者混合物。
实施例3：
一种土壤固化剂，包括液剂和粉剂，所述液剂为沥青磺酸钠、无机盐、有机聚合物和其他表面活性剂。总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为25%，无机盐为45%，有机聚合物为10%，其他表面活性剂为20%。所述沥青磺酸钠为沥青磺化产物的溶液，磺酸钠基含量＞10%。所述无机盐为含有碱金属、碱土金属和过渡金属离子的硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐或氯化物中的两种或两种以上的盐溶液。所述过渡金属离子为Al3+或Fe3+。所述有机聚合物为聚氧乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、纤维素醚其中的一种或两种的混合溶液。所述其他表面活性剂为磷酸三丁酯、多聚醇胺、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚其中一种或两种。其中，所述粉剂为水泥、石灰或两者混合物。
实施例4：
一种土壤固化剂，包括液剂和粉剂，所述液剂为沥青磺酸钠、无机盐、有机聚合物和其他表面活性剂。总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为30%，无机盐为45%，有机聚合物为10%，其他表面活性剂为15%。所述沥青磺酸钠为沥青磺化产物的溶液，磺酸钠基含量＞10%。所述无机盐为含有碱金属、碱土金属和过渡金属离子的硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐或氯化物中的两种或两种以上的盐溶液。所述过渡金属离子为Al3+或Fe3+。所述有机聚合物为聚氧乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、纤维素醚其中的一种或两种的混合溶液。所述其他表面活性剂为磷酸三丁酯、多聚醇胺、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚其中一种或两种。其中，所述粉剂为水泥、石灰或两者混合物。
实施例5：
一种土壤固化剂，包括液剂和粉剂，所述液剂为沥青磺酸钠、无机盐、有机聚合物和其他表面活性剂。总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为35%，无机盐为40%，有机聚合物为10%，其他表面活性剂为15%。所述沥青磺酸钠为沥青磺化产物的溶液，磺酸钠基含量＞10%。所述无机盐为含有碱金属、碱土金属和过渡金属离子的硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐或氯化物中的两种或两种以上的盐溶液。所述过渡金属离子为Al3+或Fe3+。所述有机聚合物为聚氧乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、纤维素醚其中的一种或两种的混合溶液。所述其他表面活性剂为磷酸三丁酯、多聚醇胺、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚其中一种或两种。其中，所述粉剂为水泥、石灰或两者混合物。
实施例6：
一种土壤固化剂，包括液剂和粉剂，所述液剂为沥青磺酸钠、无机盐、有机聚合物和其他表面活性剂。总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为35%，无机盐为30%，有机聚合物为15%，其他表面活性剂为20%。所述沥青磺酸钠为沥青磺化产物的溶液，磺酸钠基含量＞10%。所述无机盐为含有碱金属、碱土金属和过渡金属离子的硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐或氯化物中的两种或两种以上的盐溶液。所述过渡金属离子为Al3+或Fe3+。所述有机聚合物为聚氧乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、纤维素醚其中的一种或两种的混合溶液。所述其他表面活性剂为磷酸三丁酯、多聚醇胺、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚其中一种或两种。其中，所述粉剂为水泥、石灰或两者混合物。
实施例7：
一种土壤固化剂，包括液剂和粉剂，所述液剂为沥青磺酸钠、无机盐、有机聚合物和其他表面活性剂。总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为35%，无机盐为50%，有机聚合物为5%，其他表面活性剂为10%。所述沥青磺酸钠为沥青磺化产物的溶液，磺酸钠基含量＞10%。所述无机盐为含有碱金属、碱土金属和过渡金属离子的硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐或氯化物中的两种或两种以上的盐溶液。所述过渡金属离子为Al3+或Fe3+。所述有机聚合物为聚氧乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、纤维素醚其中的一种或两种的混合溶液。所述其他表面活性剂为磷酸三丁酯、多聚醇胺、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚其中一种或两种。其中，所述粉剂为水泥、石灰或两者混合物。
实施例8：
一种土壤固化剂，包括液剂和粉剂，所述液剂为沥青磺酸钠、无机盐、有机聚合物和其他表面活性剂。总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为35%，无机盐为50%，有机聚合物为10%，其他表面活性剂为5%。所述沥青磺酸钠为沥青磺化产物的溶液，磺酸钠基含量＞10%。所述无机盐为含有碱金属、碱土金属和过渡金属离子的硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐或氯化物中的两种或两种以上的盐溶液。所述过渡金属离子为Al3+或Fe3+。所述有机聚合物为聚氧乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、纤维素醚其中的一种或两种的混合溶液。所述其他表面活性剂为磷酸三丁酯、多聚醇胺、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚其中一种或两种。其中，所述粉剂为水泥、石灰或两者混合物。
实施例9：
一种土壤固化剂的制备方法，先将沥青磺酸钠与其他表面活性剂混合溶解，然后将无机盐和有机聚合物加入混合，搅拌均匀，在30-60℃温度下充分反应。所述土壤固化剂总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为15-35%，无机盐为30-50%，有机聚合物为5-15%，其他表面活性剂为5-20%。
实施例10：
一种土壤固化剂的使用方法，先将水泥与原地土拌和，然后将上述实施例中的土壤固化剂的液剂喷洒于水泥与原地土的混合物上，并翻拌混匀，最后将翻拌混匀的混合物铺于地面并碾压。
以下为工程实例
（1）华北某路基工程，试验室测定该土最大干密度为1.73g/cm3、最佳含水率为15.6%。以6%325矿渣水泥与原地土拌和，以土干基重量0.02%液剂用水稀释后，喷洒于水泥土上，翻拌混匀后碾压6-8次，密实度达到95%，固化土强度达到3.32MPa.。
（2）按照某防渗工程要求，以工程土加入5%425普通硅酸盐水泥，翻拌均匀，并在拌合水中加入干土重量0.02%的本发明的固化剂，一起喷入水泥土中，拌和并碾压6-8次，密实度达到95%，固化土体厚度15cm，取样测定固化土体渗透系数达到3x10-7cm/s。进一步加入防渗料，渗透系数可以降低到10-8cm/s。
上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其他的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。
此专利说明书使用实例去展示本发明，其中包括最佳模式，并且使熟悉本领域的技术人员制造和使用此项发明。此发明可授权的范围包括权利要求书的内容和说明书内的具体实施方式和其它实施例的内容。这些其它实例也应该属于本发明专利权要求的范围，只要它们含有权利要求相同书面语言所描述的技术特征，或者它们包含有与权利要求无实质差异的类似字面语言所描述的技术特征。
所有专利，专利申请和其它参考文献的全部内容应通过引用并入本申请文件。但是如果本申请中的一个术语和已纳入参考文献的术语相冲突，以本申请的术语优先。
本文中公开的所有范围都包括端点，并且端点之间是彼此独立地组合。
Claims (12)
1.一种土壤固化剂，其特征在于：包括液剂，所述液剂为沥青磺酸钠、无机盐、有机聚合物和其他表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的土壤固化剂，其特征在于：液剂总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为15-35%，无机盐为30-50%，有机聚合物为5-15%，其他表面活性剂为5-20%。
3.根据权利要求1或者2所述的土壤固化剂，其特征在于：所述沥青磺酸钠为沥青磺化产物的溶液，磺酸钠基含量＞10%。
4.根据权利要求1或者2所述的土壤固化剂，其特征在于：所述无机盐为含有碱金属、碱土金属和过渡金属离子的硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐或氯化物中的两种或两种以上的盐溶液。
5.根据权利要求4所述的土壤固化剂，其特征在于：所述过渡金属离子为Al3+或Fe3+。
6.根据权利要求1或者2所述的土壤固化剂，其特征在于：所述有机聚合物为聚氧乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、纤维素醚其中的一种或两种的混合溶液。
7.根据权利要求1或者2所述的土壤固化剂，其特征在于：所述其他表面活性剂为磷酸三丁酯、多聚醇胺、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚其中一种或两种。
8.根据权利要求1所述的土壤固化剂，其特征在于：还包括粉剂，所述粉剂为水泥、石灰或两者混合物。
9.根据权利要求8所述的土壤固化剂，其特征在于：所述土壤固化剂为液粉土壤固化剂。
10.一种土壤固化剂的制备方法，其特征在于：先将沥青磺酸钠与其他表面活性剂混合溶解，然后将无机盐和有机聚合物加入混合，搅拌均匀，在30-60℃温度下充分反应。
11.根据权利要求10所述的土壤固化剂的制备方法，其特征在于：所述土壤固化剂总剂量为100%，其中沥青磺酸钠为15-35%，无机盐为30-50%，有机聚合物为5-15%，其他表面活性剂为5-20%。
12.一种土壤固化剂的使用方法，其特征在于：先将水泥与原地土拌和，然后将权利要求1-7任一项所述的土壤固化剂喷洒于水泥与原地土的混合物上，并翻拌混匀，最后将翻拌混匀的混合物铺于地面并碾压。
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