CN104762088B - 一种土壤密实助剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种土壤密实助剂，特别涉及土壤密实助剂的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)使用不饱和酰胺、多乙烯多胺和甲醛，在引发剂作用下制备一种酰胺多胺共聚物；(2)将所制备的酰胺多胺共聚物、水性环氧树脂、水溶性硅酸盐、非离子性纤维素醚类、聚氧化乙烯(聚氧化丙烯)醚类消泡剂及水，加热并搅拌均匀即得到本发明的土壤密实助剂。本发明与少量水泥共掺用于淤泥质土时，能使土凝固紧密，无侧限强度大大提高，收缩及膨胀系数降低，土壤的抗渗、抗冻、抗裂性能良好；本发明应用于软土加固时施工简便，不受气温影响，工作效率高，能大大缩短工期，降低成本；本发明可以针对不同的土质，广泛应用于水利、渠道、公路等工程中。

Description

一种土壤密实助剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及于土木工程技术领域，具体涉及一种土壤密实助剂，特别涉及土壤密实助剂的制备方法。
背景技术
随着世界范围内的生态环境恶化、能源严重短缺的状况加剧，如何在土木工程建筑领域充分利用当地建筑材料，达到减少能源消耗、遏止环境恶化的目的是土木工程师们面临的一个重大课题。目前，加固土体的材料多采用石灰、水泥，其可以增强土体的强度，改善土体的水稳性，提高土体的工程性能。但是，石灰土的强度增加缓慢，而且增长强度有限；水泥土的强度较低，干缩性较大，耐久性较差。
土壤密实助剂是一种能够在常温下显著改善和提高土壤技术性能的材料，可在一定程度上克服灰土、水泥土的缺点。土壤密实助剂能与土壤发生化学作用和物理作用，产生一定程度的键合。键合后的土壤密实度加大，内部的结合力加强，承载力提高，抗压强度增大。可以用于修筑公路、停车场、渠道、水利堤坝以及城镇、乡村各类场所的地面铺设等。使用土壤密实助剂可以大幅度提高土壤的强度，故允许就地取土，与传统的筑路、修渠筑坝方式相比，可以节约原材料的费用和节省工时，从而能有效地节省工程投资。
发明内容
本发明的目的是提供一种土壤密实助剂的制备方法，使用该土壤密实助剂能够提高土壤的工程性能，使其满足各类工程对土体的力学、水理和耐久等特性的需求。本发明可以广泛应用于道路基础、堤防加固、渠道防渗、水土保持、边坡防护、桩基处理等工程，对于降低能源消耗、减少环境污染具有重要的意义。
本发明的土壤密实助剂的机理在于：土壤密实助剂中的组分不仅能够有效激发水泥中的硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙等成分反应，形成水化硅酸钙凝胶、三硫型水化硫铝酸钙等，而且可以激发土体中的活性硅、活性铝参与反应，更重要的是在强碱性条件下，粘土矿物表面的氧化硅、氧化铝在土体溶液中钙离子的参与下发生“解聚-胶结”反应，也形成大量的水化硅酸钙凝胶、三硫型水化硫铝酸钙，同时还伴随着钙离子的离子交换吸附作用、氢氧化钙的碳酸化作用等反应。通过上述的物理反应、化学反应和物理化学反应，增强了土颗粒之间的粘结力，使土体的工程性能得以改善。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种土壤密实助剂的制备方法，其包括以下步骤：
(1)酰胺多胺共聚物的制备：在装有搅拌器、温度计、回流冷凝装置的反应釜中加入一定量的不饱和酰胺和水，边搅拌边加热至温度为30℃～35℃；边搅拌边滴加甲醛，1h～1.5h滴完；多乙烯多胺加水配成单体溶液，引发剂加水配成质量比为10％左右的引发剂溶液；双滴单体溶液和引发剂溶液，2h～2.5h滴完；升温至50℃并保温2h～3h；降至室温，出料，即得淡黄色黏稠状液体。
(2)土壤密实助剂的制备：在反应釜内按照一定质量比，加入所制备的酰胺多胺共聚物、水性环氧树脂、水溶性硅酸盐、非离子性纤维素醚类、聚氧化乙烯(聚氧化丙烯)醚类消泡剂及水，加热至40℃并搅拌0.5h～1h，降至室温出料即可。
所述不饱和酰胺包括，(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺。
所述多乙烯多胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种。
所述引发剂为过硫酸盐-亚硫酸氢盐或过硫酸盐-焦亚硫酸盐混合体系，过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠中的一种，引发剂用量为单体质量的3％～8％。
所述不饱和酰胺、多乙烯多胺及甲醛三者的摩尔比为1∶(0.4～0.9)∶(0.6～1.2)。
所述各组分的质量比为酰胺多胺共聚物∶水性环氧树脂∶水溶性硅酸盐∶非离子性纤维素醚类∶聚氧化乙烯(聚氧化丙烯)醚类消泡剂∶水＝(16～35)∶(6～14)∶(10～15)∶(2～6)∶(0.5～3)∶(35～50)。
所述水溶性硅酸盐为硅酸钠和硅酸钾中的一种。
所述非离子性纤维素醚类包括甲基纤维素、乙基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、羟丙基纤维素。
所述聚氧化乙烯(聚氧化丙烯)醚类消泡剂为聚氧化乙烯油醚、聚氧化丙烯丁醚、聚氧化丙烯苯基醚、聚氧化乙烯壬基苯基醚中的一种。
本发明应用于土壤密实加固时应按照一定比例与水泥及土混合拌匀后使用。
本发明具有的有益效果：
(1)本发明与少量水泥共掺用于稳定土壤时，其无侧限强度大大提高，能满足筑路及修渠等要求。
(2)本发明能使土壤凝固紧密，收缩及膨胀系数降低，不易产生因受气温变化而产生热胀冷缩现象导致变形龟裂，土壤的抗渗、抗冻、抗裂性能良好。
(3)本发明应用于土壤加固时施工简便，省时省力，不受气温影响，工作效率高，能大大缩短工期，降低成本。
(4)使用本发明的工程，可就地取材不占空间，避免运废土的车辆影响交通及污染周围环境。对于降低能源消耗、减少环境污染具有重要的意义。
(5)本发明可以针对不同的土质，广泛应用于水利、渠道、公路、机场等工程中。
具体实施方式
以下用具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1：
(1)酰胺多胺共聚物的制备：在装有搅拌器、温度计、回流冷凝装置的反应釜中加入153.4份甲基丙烯酰胺和114.9份水，边搅拌边加热至温度为30℃～35℃；边搅拌边滴加120.3份甲醛，1h～1.5h滴完；184.4份三乙烯四胺加300份水配成单体溶液，9.6份过硫酸钾、9.4份亚硫酸氢钠加108份水配成引发剂溶液；双滴单体溶液和引发剂溶液，2h～2.5h滴完；升温至50℃并保温2h～3h；降至室温，出料，即得淡黄色黏稠状液体。
(2)土壤密实助剂的制备：在反应釜内加入330份所制备的酰胺多胺共聚物、80份水性环氧树脂、135份硅酸钾、39份羧甲基纤维素、12份聚氧化丙烯丁醚消泡剂及402份水，加热至40℃并搅拌0.5h～1h，降至室温出料即可。
实施例2：
(1)酰胺多胺共聚物的制备：在装有搅拌器、温度计、回流冷凝装置的反应釜中加入200.9份N-羟甲基丙烯酰胺和134.6份水，边搅拌边加热至温度为30℃～35℃；边搅拌边滴加149.2份甲醛，1h～1.5h滴完；122.9份二乙烯三胺加250份水配成单体溶液，13.5份过硫酸钠、8.9份焦亚硫酸钠加120份水配成引发剂溶液；双滴单体溶液和引发剂溶液，2h～2.5h滴完；升温至50℃并保温2h～3h；降至室温，出料，即得淡黄色黏稠状液体。
(2)土壤密实助剂的制备：在反应釜内加入175份所制备的酰胺多胺共聚物、123份水性环氧树脂、135份硅酸钠、47份羟甲基纤维素、25份聚氧化丙烯丁醚消泡剂及495份水，加热至40℃并搅拌0.5h～1h，降至室温出料即可。
实施例3：
(1)酰胺多胺共聚物的制备：在同实施例2。
(2)土壤密实助剂的制备：在反应釜内加入280份所制备的酰胺多胺共聚物、104份水性环氧树脂、123份硅酸钠、42份羟甲基纤维素、19份聚氧化丙烯丁醚消泡剂及432份水，加热至40℃并搅拌0.5h～1h，降至室温出料即可。
实施例4：
(1)酰胺多胺共聚物的制备：在装有搅拌器、温度计、回流冷凝装置的反应釜中加入180.2份N,N-二甲基丙烯酰胺和122.4份水，边搅拌边加热至温度为30℃～35℃；边搅拌边滴加121.4份甲醛，1h～1.5h滴完；150份二乙烯三胺加260份水配成单体溶液，15.6份过硫酸钠、10.4份亚硫酸氢钠加140份水配成引发剂溶液；双滴单体溶液和引发剂溶液，2h～2.5h滴完；升温至50℃并保温2h～3h；降至室温，出料，即得淡黄色黏稠状液体。
(2)土壤密实助剂的制备：在反应釜内加入225份所制备的酰胺多胺共聚物、134份水性环氧树脂、142份硅酸钠、26份甲基纤维素、8份聚氧化乙烯壬基苯基醚消泡剂及465份水，加热至40℃并搅拌0.5h～1h，降至室温出料即可。
实施例5：
(1)酰胺多胺共聚物的制备：在装有搅拌器、温度计、回流冷凝装置的反应釜中加入份139.7丙烯酰胺和100份水，边搅拌边加热至温度为30℃～35℃；边搅拌边滴加163.9份甲醛，1h～1.5h滴完；186份四乙烯五胺加300份水配成单体溶液，7.7份过硫酸铵、7.7份亚硫酸氢钠加95份水配成引发剂溶液；双滴单体溶液和引发剂溶液，2h～2.5h滴完；升温至50℃并保温2h～3h；降至室温，出料，即得淡黄色黏稠状液体。
(2)土壤密实助剂的制备：在反应釜内加入267份所制备的酰胺多胺共聚物、108份水性环氧树脂、136份硅酸钾、33份乙基纤维素、16份聚氧化乙烯壬基苯基醚消泡剂及440份水，加热至40℃并搅拌0.5h～1h，降至室温出料即可。
实施例6：
(1)酰胺多胺共聚物的制备：同实施例5。
(2)土壤密实助剂的制备：在反应釜内按照一定质量比，加入300份所制备的酰胺多胺共聚物、82份水性环氧树脂、118份硅酸钾、56份乙基纤维素、24份聚氧化乙烯壬基苯基醚消泡剂及420份水，加热至40℃并搅拌0.5h～1h，降至室温出料即可。
应用实施例1：
土样：选自长江南京段淤泥质粉土，土样的组成以粉粒(0.075～0.005mm)为主，其含量59.3％，粘粒(＜0.005mm)的含量35.8％，砂粒含量(＞0.075mm)4.9％，土的化学成分及物理性能见表1；
水泥：中国水泥厂有限公司生产的海螺P.O.42.5水泥；
试验方法：采用静力压实法制备试件，试件直径×高＝50mm×50mm，试件从试模内脱出，养护至规定龄期的前一天将试件浸泡在水中，将浸水一昼夜的试件从水中取出，测定其无侧限抗压强度；进行本发明的实施例性能试验时将土、水泥、土壤密实助剂按照干质量为100∶10∶0.10混匀，对比例则将土、水泥按照干质量比为100∶10混匀即可。
表1 土的化学成分及物理性能
SiO2 Al2O3 FeO2 CaO MgO 烧失量 最佳含水量 最大干密度
72.77 11.14 3.31 3.28 0.94 3.95 14.7 1.79
表2 本发明的效果试验
样品编号 7d无侧限强度(MPa) 28d无侧限强度(MPa)
对比例 2.05 3.06
实施例1 2.97 4.16
实施例2 2.92 4.38
实施例3 2.96 4.84
实施例4 2.87 4.56
实施例5 2.89 4.62
实施例6 2.93 4.72
虽然本发明通过实施例进行了描述，但实施例并非用来限定本发明。本领域技术人员可在本发明的精神的范围内，做出各种变形和改进，例如成分比例或时间范围的调整，这种调整后的效果是可预测的，所以其同样在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求相同或等同的技术特征所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种土壤密实助剂，其特征在于，它包含以下组分：酰胺多胺共聚物、水性环氧树脂、水溶性硅酸盐、非离子性纤维素醚类、聚氧化乙烯醚类消泡剂或聚氧化丙烯醚类消泡剂、水；
所述各组分质量比：酰胺多胺共聚物∶水性环氧树脂∶水溶性硅酸盐∶非离子性纤维素醚类∶聚氧化乙烯醚类消泡剂或聚氧化丙烯醚类消泡剂∶水 = (16~35)∶(6~14)∶(10~15)∶(2~6)∶(0.5~3)∶(35~50)。
2.根据权利要求1所述土壤密实助剂，其特征在于：所述水溶性硅酸盐为硅酸钠和硅酸钾中的一种。
3.根据权利要求1所述土壤密实助剂，其特征在于：所述非离子性纤维素醚类包括甲基纤维素、乙基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、羟丙基纤维素。
4.根据权利要求1所述土壤密实助剂，其特征在于：所述聚氧化乙烯醚类消泡剂或聚氧化丙烯醚类消泡剂为聚氧化乙烯油醚、聚氧化丙烯丁醚、聚氧化丙烯苯基醚、聚氧化乙烯壬基苯基醚中的一种。
5.一种权利要求1所述的土壤密实助剂的应用，其特征在于：土壤密实助剂在土壤密实加固时按照一定比例与水泥及淤泥质土混合拌匀后使用。
6.一种权利要求1至4之一的土壤密实助剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、酰胺多胺共聚物的制备：在装有搅拌器、温度计、回流冷凝装置的反应釜中加入一定量的不饱和酰胺和水，边搅拌边加热至温度为30℃~35℃；边搅拌边滴加甲醛，1h~1.5h滴完；多乙烯多胺加水配成单体溶液，引发剂加水配成引发剂溶液；双滴单体溶液和引发剂溶液，2h~2.5h滴完；升温至50℃并保温2h~3h；降至室温，出料，即得淡黄色黏稠状液体；
步骤二、土壤密实助剂的制备：在反应釜内按照一定质量比，加入所制备的酰胺多胺共聚物、水性环氧树脂、水溶性硅酸盐、非离子性纤维素醚类、聚氧化乙烯醚类消泡剂或聚氧化丙烯醚类消泡剂及水，加热至40℃并搅拌0.5h~1h，降至室温出料即可。
7.根据权利要求6所述的酰胺多胺共聚物的制备方法，其特征在于：所述不饱和酰胺包括，（甲基）丙烯酰胺、N,N-二甲基（甲基）丙烯酰胺、N-羟甲基（甲基）丙烯酰胺。
8.根据权利要求6所述的酰胺多胺共聚物的制备方法，其特征在于：所述多乙烯多胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种。
9.根据权利要求6所述的酰胺多胺共聚物的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸盐-亚硫酸氢盐或过硫酸盐-焦亚硫酸盐混合体系，过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠中的一种，引发剂用量为单体质量的3%~8%。
10.根据权利要求6所述的酰胺多胺共聚物的制备方法，其特征在于：所述不饱和酰胺、多乙烯多胺及甲醛三者的摩尔比为1∶(0.4~0.9)∶(0.6~1.2)。
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Inventor after: Fang Xushun

Inventor after: Jin Jianfeng

Inventor after: Bao Hongyan

Inventor after: Zhang Xiaofang

Inventor after: Zhang Xiaowen

Inventor after: Wang Hui

Inventor after: Chen Guoxin

Inventor after: Zhu Yeran

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Inventor after: Fu Danhua

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Inventor after: Wang Wei

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