CN103771787B - 一种活性粉末土壤固化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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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
技术领域
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
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，经济环境效益俱佳，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
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。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
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。
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％。
进一步地，所述激发剂包括盐类激发剂和碱类激发剂。
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。
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。
一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℃下活化1～5h，即得所述的土壤固化剂。
进一步地，活化温度为70～80℃，活化时间为2～3h。
进一步地，活化温度为74～76℃。
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。
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：
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。
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。
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。
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
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。
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82～85％、活性材料5～8％以及激发剂5～6％，其原料的总和为100％。
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。
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。
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。
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60～100℃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℃，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℃。
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。
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。
实施例1
粘结材料6kg、硅铝酸盐类材料85kg、活性材料5kg以及激发剂4kg。
实施例2
粘结材料5kg、硅铝酸盐类材料85kg、活性材料6kg、激发剂5kg。
实施例3
粘结材料4kg、硅铝酸盐类材料87kg、活性材料5kg、激发剂4kg。
实施例4
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。
实施例5
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。
实施例6
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1h内按照T_0805-1994_无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℃，南方地区为25±2℃)，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：
| 编号 | 活性粉末土壤固化剂(MPa) | 普通硅酸盐水泥325#(MPa) |
| 1 | 2.01 | 1.45 |
| 2 | 1.98 | 1.45 |
| 3 | 1.65 | 1.45 |
| 4 | 1.86 | 1.45 |
| 5 | 1.97 | 1.45 |
| 6 | 2.36 | 1.45 |
| 7 | 1.73 | 1.45 |
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。
3.一种根据权利要求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℃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℃，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℃。
6.一种根据权利要求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0.02～0.023∶100。
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