CN103771787B - 一种活性粉末土壤固化剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种活性粉末土壤固化剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种活性粉末土壤固化剂及其制备方法与应用,该土壤固化剂的成份按其重量百分比包括:粘结材料4~8%、硅铝酸盐类材料76~89%、活性材料4~12%以及激发剂3~7%。该土壤固化剂中各种成份配比合理,且其原料就地取材、方便可取,生产工艺简单,能耗低,成本低,对不同的土壤试用范围广,固化强度高,固化土层性质稳定,制得的固化剂应用于现场施工工艺简单,易操作,跟传统的施工工艺相比较,用量少,创造了更好的社会经济效益和环境效益;同时利用废渣粉煤灰、煤矸石以及铁矿渣等,具有一定的环保作用。

Description

一种活性粉末土壤固化剂及其制备方法与应用
技术领域
[0001] 本发明涉及建筑领域中一种新型土壤固化剂,具体涉及一种活性粉末土壤固化剂 及其制备方法与应用。
背景技术
[0002] 土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用于固化各类土壤的新型节能环 保工程材料。它与土壤混合后通过一系列物理化学反应来改变土壤的工程性质,能将土壤 中大量的自由水以结晶水的形式固定下来,使得土壤胶团表面电流降低,胶团所吸附的双 电层减薄,电解质浓度增强,颗粒趋于凝聚,体积膨胀而进一步填充土壤孔隙,在压实功的 作用下,使固化土易于压实和稳定,从而形成整体结构,并达到常规所不能达到的压密度。 经过土壤固化剂处理过的土壤,其强度、密实度、回弹模量、弯沉值、CBR、剪切强度等性能都 得到了很大的提高,从而延长了道路的使用寿命,节省了工程维修成本,经济环境效益倶 佳,是当前理想的筑路材料选择。然而,现有的土壤固化剂大多价格较高,用量较大,效果不 是特别理想,且不太环保。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种活性粉末土壤固化剂及其制备方法与应用,该土壤固化 剂中各种成份配比合理,且其原料就地取材,生产工艺简单,能耗低,成本低,对不同的土壤 试用范围广,固化强度高,固化土层性质稳定,制得的固化剂应用于现场施工工艺简单,易 操作,跟传统的施工工艺相比较,用量少,创造了更好的社会经济效益和环境效益,按本发 明所述方法应用后土体具有良好的抗压、抗渗、抗冻性能,工程造价低、施工方便等;同时利 用废渣粉煤灰、煤矸石以及铁矿渣等,具有一定的环保作用。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现:
[0005] —种活性粉末土壤固化剂,所述土壤固化剂的成份按其重量百分比包括:粘结材 料4〜8%、硅铝酸盐类材料76〜89%、活性材料4〜12%以及激发剂3〜7%,其原料的总和 为 100%〇
[0006] 所述粘结材料包括氧化钙、水泥和熟石灰;所述硅铝酸盐类材料包括铁矿渣、煤矸 石以及粉煤灰中的一种或几种;所述活性材料包括铝酸三钙、三乙醇胺、氯化钙、硫代硫酸 钠、碳酸钙、氯化镁以及硅酸钠中的一种或几种;所述激发剂包括盐类激发剂和碱类激发剂 中的一种或两种;所述表面活性剂包括硬脂酸、聚丙烯酰胺、木质素磺酸钠中的一种或几 种。
[0007] 进一步地,所述土壤固化剂的成份按其重量百分比包括:粘结材料4〜6%、硅铝酸 盐类材料82〜85%、活性材料5〜8%以及激发剂5〜6%,其原料的总和为100%。
[0008] 进一步地,所述激发剂包括盐类激发剂和碱类激发剂。
[0009] 进一步地,所述盐类激发剂包括硫酸钙、硫酸钠、碳酸钠、碳酸钾、硫酸铝以及尿素 中的一种或几种。
[0010] 进一步地,所述碱类激发剂包括氢氧化钠、氢氧化钾以及氟化钠中的一种或几种。
[0011] —种所述的活性粉末土壤固化剂的制备方法,所述制备方法为:按重量百分比称 取粘结材料、硅铝酸盐类材料、活性材料以及激发剂,并将其磨至勃氏比表面积4600〜 8800cm2/g,充分混合,再置于反应釜,在温度为60〜100°C下活化1〜5h,即得所述的土壤固 化剂。
[0012] 进一步地,活化温度为70〜80°C,活化时间为2〜3h。
[0013] 进一步地,活化温度为74〜76°C。
[0014] 一种活性粉末土壤固化剂的应用,所述土壤固化剂与所要固化的干土壤的重量比 为0.015〜0.03:100,并将二者充分混合应用于水利工程建设、软基处理、回填造地、基础建 筑、公路建设、垃圾填埋、防沙固尘等领域。
[0015] 进一步地,所述土壤固化剂与固化干土混合料的重量比为0.02〜0.023:100。
[0016] 本发明提供了一种活性粉末土壤固化剂及其制备方法与应用,其主要具有的有益 效果有以下几点:
[0017] ①本发明根据粘结材料、硅铝酸盐类材料、活性材料以及激发剂中各种成份的自 身属性、化学成份性质等进行合理配比,并经过反复的测试与应用得到了各种成份的最佳 配比,在次配比下能够有效体现该土壤固化剂的最佳性能。
[0018] ②粉煤灰和煤矸石的化学成分组成中都含有大量的二氧化硅、三氧化二铁、三氧 化二铝,这些化合物的总含量在80%以上,这些化合物在经过配比激发剂,可与水反应形成 胶凝物质,而具有水硬活性,达到改良了土壤的物理性质,在使土体的基本结构单元无分 散、像界面紧密接触的同时,发挥土体硅铝酸盐矿物潜在的活性,使其界面形成牢固的多晶 粘土聚集体,从而改善土体颗粒相界面接触的本质,使其产生较高的强度和水稳定性。
[0019] ③该土壤固化剂利用了废渣粉煤灰、煤矸石以及铁矿渣等工业废渣或工业垃圾, 本发明将这些工业废渣或工业垃圾进行再利用,使之变废为宝,应用于各种道路或场地的 底基层、基层的施工,既解决了污染环境和占用土地资源等问题,具有一定的环保作用,同 时产生巨大的经济效益。
[0020] ④本发明的土壤固化剂的的各种成份普遍存在于我国大部分地区,原料就地取 材、方便可取,生产工艺简单,能耗低,成本低,对不同的土壤试用范围广,固化强度高,固化 土层性质稳定,制得的固化剂应用于现场施工工艺简单,易操作,跟传统的施工工艺相比 较,用量少,创造了更好的社会经济效益和环境效益;且将其应用于土体后,土体具有良好 的抗压、抗渗、抗冻性能,工程造价低、施工方便等优点。
具体实施方式
[0021] 本发明实施例所述的一种活性粉末土壤固化剂,所述土壤固化剂的成份按其重量 百分比包括:粘结材料4〜8 %、硅铝酸盐类材料76〜89 %、活性材料4〜12 %以及激发剂3〜 7%,其原料的总和为100%;所述粘结材料包括氧化钙、水泥和熟石灰;所述硅铝酸盐类材 料包括铁矿渣、煤矸石以及粉煤灰中的一种或几种;所述活性材料包括铝酸三钙、三乙醇 胺、氯化钙、硫代硫酸钠、碳酸钙、氯化镁以及硅酸钠中的一种或几种;所述激发剂包括盐类 激发剂和碱类激发剂中的一种或两种;所述表面活性剂包括硬脂酸、聚丙烯酰胺、木质素磺 酸钠中的一种或几种。
[0022] 作为进一步优选地,所述土壤固化剂的成份按其重量百分比包括:粘结材料4〜 6 %、硅铝酸盐类材料8 2〜8 5 %、活性材料5〜8 %以及激发剂5〜6 %,其原料的总和为 100%〇
[0023] 作为进一步优选地,所述激发剂包括盐类激发剂和碱类激发剂。
[0024] 作为进一步优选地,所述盐类激发剂包括硫酸钙、硫酸钠、碳酸钠、碳酸钾、硫酸铝 以及尿素。
[0025] 作为进一步优选地,所述碱类激发剂包括氢氧化钠、氢氧化钾以及氟化钠。
[0026] 一种所述的活性粉末土壤固化剂的制备方法为:按重量百分比称取粘结材料、硅 铝酸盐类材料、活性材料以及激发剂,并将其磨至勃氏比表面积4600〜8800cm2/g,充分混 合,再置于反应釜,在温度为60〜KKTC下活化1〜5h,即得所述的土壤固化剂。优选地,该活 化的温度为70〜80°C,活化的时间为2〜3h。更进一步优选地,活化的温度优选为74〜76°C。
[0027] 一种活性粉末土壤固化剂的应用,所述土壤固化剂与所要固化的干土壤的重量比 为0.015〜0.03:100,并将二者充分混合应用于水利工程建设、软基处理、回填造地、基础建 筑、公路建设、垃圾填埋、防沙固尘等领域。进一步优选地,所述土壤固化剂与固化干土混合 料的重量比为0.02〜0.023:100。
[0028] 下面以具体实验案例为例来说明具体实施方式,应当理解,此处所描述的具体实 施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0029] 实施例1
[0030 ]粘结材料6kg、娃错酸盐类材料85kg、活性材料5kg以及激发剂4kg。
[0031] 实施例2
[0032] 粘结材料5kg、硅铝酸盐类材料85kg、活性材料6kg、激发剂5kg。
[0033] 实施例3
[0034]粘结材料4kg、娃错酸盐类材料87kg、活性材料5kg、激发剂4kg。
[0035] 实施例4
[0036] 本发明所述的土壤固化剂应用于水利工程建设、软基处理、回填造地、基础建筑、 公路建设、垃圾填埋、防沙固尘等领域的施工;具体实施时,结合现场的实际情况和稳定土 施工工艺技术要求,需要在开工前做取土样送往实验室进行检测,按照实验室得出的无机 结合料稳定土的最佳工艺条件施工,现场要做好施工前必要的准备,并做好材料防雨防水 等措施。施工所使用的备土应尽量粉碎,越细越好,备土含水越低越好,采取提前翻晒措施 尽可能降低其含水量,从而达到最优的施工条件。然后,称重:将土体稳定剂按设计配比进 行称重待用;拌合:用拌和机将土体稳定剂和干土壤拌合均匀;刮平:用平地机刮平;压实: 刮平后用压路机进行压实;养生:碾压完成后覆土养生。
[0037] 实施例5
[0038] 土壤固化剂作为一种新型土壤加固材料,近年来受到了国内外土木工程领域的普 遍关注。它不仅适用范围广、性能稳定、价格低廉,而且施工及维修都很方便,非常适合目前 国内市场的需要。当前,固化土材料主要是以石灰、水泥、二灰等为主,因为它们是价廉易得 的优质固化材料,但是,这些材料仍存在不少缺点,如早期强度低、易开裂、水稳性差等。为 满足不同地区的不同土质的要求。本产品可以满足不同的场合和对不同的尾矿、矿渣、建筑 垃圾等方面的应用,为了保持使传统的降低成本,有效处理污染物,使其能达到最佳的社会 经济效益,我们经过多次实验,研发出试用于多种墙体、土体等方面的活化型粉末状固化 剂。本发明的土壤固化剂的合成材料普遍存在于我国大部分地区,原料就地取材、方便可 取,生产工艺简单,能耗低,成本低,对不同的土壤试用范围广,固化强度高,固化土层性质 稳定,制得的固化剂应用于现场施工工艺简单,易操作,跟传统的施工工艺相比较,用量少, 创造了更好的社会经济效益和环境效益。
[0039] 实施例6
[0040] 本发明的固化剂实施效果应用:将现场采取具有代表性的风干试验物料若干用木 锤和木碾碾碎,但应尽量避免破碎粒料的原始粒径。过土壤筛分类,进行颗粒分析。按照标 准测定无机结合料的最佳含水量和最大干密度。按本发明所述的配比将土壤固化剂的各种 成份进行拌合,拌合过程中,使混合物料的含水量达到最佳含水量。拌合均匀的加有水泥的 混合料在Ih内按照1^0805-1994+¾机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法制成试件。 试件脱模称重标记后,置于恒温恒湿标养室养生6天(北方地区一般为20±2°C,南方地区为 25 ± 2°C ),水浸1天后测得7天无测限抗压强度,如下表所示:下表为所述的活性粉末土壤固 化剂固化效果与普通硅酸盐水泥325#的固化效果对比:
[0041]
Figure CN103771787BD00061
[0042] 本发明不局限于上述最佳实施方式,任何人在本发明的启示下所作的有关本发明 的任何修饰或变更,凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案,均落在本发明的保护范 围之内。

Claims (7)

1. 一种活性粉末土壤固化剂,其特征在于:所述土壤固化剂的成分按其重量百分比包 括:粘结材料4〜6 %、硅铝酸盐类材料82〜85 %、活性材料5〜8 %以及激发剂5〜6 %,其原 料的总和为100%, 所述粘结材料包括氧化钙、水泥和熟石灰; 所述硅铝酸盐类材料包括煤矸石以及粉煤灰中的一种或几种;所述激发剂包括盐类激 发剂和碱类激发剂中的一种或两种;所述盐类激发剂包括碳酸钾、硫酸铝以及尿素中的一 种或几种,所述碱类激发剂包括氢氧化钠、氢氧化钾以及氟化钠中的一种或几种; 所述活性材料包括铝酸三钙、三乙醇胺、氯化钙、硫代硫酸钠、氯化镁以及硅酸钠中的 一种或几种。
2. 根据权利要求1所述的活性粉末土壤固化剂,其特征在于:所述激发剂包括盐类激发 剂和碱类激发剂。
3. —种根据权利要求1所述的活性粉末土壤固化剂的制备方法,其特征在于:所述制备 方法为:按重量百分比称取粘结材料、硅铝酸盐类材料、活性材料以及激发剂,并将其磨至 勃氏比表面积4600〜8800cm2/g,充分混合,再置于反应釜,在温度为60〜100°C下活化1〜 5h,即得所述的土壤固化剂。
4. 根据权利要求3所述的活性粉末土壤固化剂的制备方法,其特征在于:活化的温度为 70〜80°C,活化的时间为2〜3h。
5. 根据权利要求3所述的活性粉末土壤固化剂的制备方法,其特征在于:活化的温度为 74 〜76。。。
6. —种根据权利要求1所述的活性粉末土壤固化剂的应用,其特征在于:所述土壤固化 剂与所要固化的干土壤的重量比为0.015〜0.03:100,并将二者充分混合应用于水利工程 建设、软基处理、回填造地、基础建筑、公路建设、垃圾填埋以及防沙固尘领域。
7. 根据权利要求6所述的活性粉末土壤固化剂的应用,其特征在于:所述土壤固化剂与 所要固化的干土壤的重量比为〇. 02〜0.023:100。
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Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: RUIHAO (BEIJING) ENVIRONMENTAL ENGINEERING CO., LTD. TO: RUIHAO (BEIJING) ENVIRONMENT ENGINEERING GROUP CO., LTD.

CB02 Change of applicant information

Address after: 100043 Beijing, the ancient city of Shijingshan District, West Street, No. 19 R & D and production floor, building D, North building, room five, Room 501

Applicant after: RUIHAO (BEIJING) ENVIRONMENTAL ENGINEERING GROUP CO., LTD.

Address before: 100043, D, block 19, five West Street, Shijingshan District, Beijing

Applicant before: RUIHAO (BEIJING) ENVIRONMENT ENGINEERING CO., LTD.

GR01 Patent grant
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TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180723

Address after: 100043 A-1041, 2 floor, 3 building, 30 Shixing street, Shijingshan District, Beijing.

Patentee after: Beijing Rui Hao Amperex Technology Limited

Address before: 100043, 501 floor, five story, North Tower, block D, R & D building, 19 West Street, Shijingshan District, Beijing.

Patentee before: RUIHAO (BEIJING) ENVIRONMENTAL ENGINEERING GROUP CO., LTD.

Effective date of registration: 20180723

Address after: 100043 A-1041, 2 floor, 3 building, 30 Shixing street, Shijingshan District, Beijing.

Patentee after: Beijing Rui Hao Amperex Technology Limited

Address before: 100043, 501 floor, five story, North Tower, block D, R & D building, 19 West Street, Shijingshan District, Beijing.

Patentee before: RUIHAO (BEIJING) ENVIRONMENTAL ENGINEERING GROUP CO., LTD.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170815

Termination date: 20190220

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