CN105419815A - 一种高分子土壤固化剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分子土壤固化剂，属于建筑材料技术领域。所述的高分子土壤固化剂是由以下重量份配比的各组分制成：普通硅酸盐水泥4～8份、粘结剂35～45份、增强剂15～25份、早强剂4～6份、防水剂4～9份、填充剂7～9份、减水剂2～4份、表面活性剂0.3～0.7份、分散剂4～6份、引气剂0.01～0.03份。本发明所公开的土壤固化剂具有配方合理、渗透深度大(18mm)、抗压强度大(7天无侧限抗压强度12.42MPa)，且耐水性能好(7天浸水吸水率0.86％)，可应用于公路、铁路、地铁等工程。

Description

一种高分子土壤固化剂

技术领域

本发明涉及一种高分子土壤固化剂，属于建筑材料技术领域。

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改善和提高土壤工程技术性能的复合材料。其具有固化速度快、早期强度高、固结时间长、后期强度高、用量少、就地取材、节省施工时间以及降低工程造价等优点，在公路、铁路、地铁、水利、房屋等工程建设中具有广阔的应用前景。

现有的土壤固化剂种类繁多，但按固化剂的发展过程可分为石灰水泥类固化剂、矿渣硅酸盐类固化剂、高聚物类固化剂和电离子溶液类固化剂。其中，高聚物类固化剂还包括多种树脂、纤维、表面活性剂等类固化剂。高聚物类固化剂，是一种利用表面活性剂改变土粒表面亲水性质，或者利用聚合物交联形成立体结构包裹和胶结土粒，在土壤压实的基础上，可以得到较好的抗压强度的土壤固化剂。其具有掺量少、成本低、施工方便、土壤早期强度和后期稳定强度均可以满足要求等的优点；但其也存在抗水性能比较差，遇水强度急剧降低等的缺点。

为了解决这样技术的瓶颈，人们对高聚物类固化剂进行了多方面的研究并取得一定的成果，如发明专利“一种高分子有机土壤固化剂及其合成方法”(专利号：CN105038806A)利用2-6份氯化镁、4-8份氯化钙、0.3-0.8份氧化钙、0.3-0.8份氧化镁、3-8份丙烯酰胺、0.1-0.4份过硫酸铵、0.2-0.6份过硫酸钾、10-20份可溶性纤维素、5-15份羧甲基纤维素钠、0.5-1份氢氧化钠、50-70份水来制备高分子有机土壤固化剂。虽然其具有操作简单，成本低廉，见效快，绿色环保和较强的抗压能力的优点，但是抗水性能仍然没能够有效地解决。

又如发明专利“一种碱性土壤固化剂及其制作工艺”(专利号：CN102517033B)利用聚乙烯醇、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、氯化钙、氢氧化铝、蒸馏水来制备碱性土壤固化剂。虽然其具有施工工艺简单，抗压强度高，水稳定性好，冻稳定性好，节能环保，可延长道路使用寿命等优点，但是其仅适用于碱性土壤，应用范围比较狭窄，从而限制了其的推广使用。同时其也没有公开具体的抗压强度、水稳定性、冻稳定性等数据。

再如发明专利“高强耐水复合土壤固化剂”(专利号：CN102020990B)利用粘结组分、增强组分、分散剂、有机硅防水剂、填料来制备高强耐水复合土壤固化剂。虽然其具有良好的耐水性能和抗压强度，且施工方便，无污染，可广泛应用于建筑、路基、水利等工程，但是其渗透深度不是那么理想，容易被雨水冲破固化层而影响固化效果，进而影响固化剂的使用寿命。因此，开发一种高分子土壤固化剂将对建筑材料起到非常重要的作用。

发明内容

针对上述现有技术中土壤固化剂渗透深度不是那么理想的技术问题，本发明所要解决的技术问题是提出了一种渗透深度大、抗压强度大，且耐水性能好的高分子土壤固化剂。

本发明为解决上述问题所采取的技术方案为：

一种高分子土壤固化剂，由以下重量份配比的各组分制成：普通硅酸盐水泥4～8份、粘结剂35～45份、增强剂15～25份、早强剂4～6份、防水剂4～9份、填充剂7～9份、减水剂2～4份、表面活性剂0.3～0.7份、分散剂4～6份、引气剂0.01～0.03份。

优选地，

一种高分子土壤固化剂，由以下重量份配比的各组分制成：普通硅酸盐水泥6份、粘结剂40份、增强剂20份、早强剂5份、防水剂7份、填充剂8份、减水剂3份、表面活性剂0.5份、分散剂5份、引气剂0.02份。

其中，所述的粘结剂为复合粘结剂，按重量份由聚氨酯改性聚丙烯酸酯复合胶粉25～30份、海藻酸钠5～7份、乳化沥青5～8份混合而成。

所述的增强剂为复合增强剂，按重量份由硫酸钙2～5份、硅灰10～15份、聚丙烯纤维3～5份混合而成。

所述的早强剂为复合早强剂，按重量份由三乙醇胺2～3份、氢氧化锂2～3份混合而成。

所述的防水剂为复合防水剂，按重量份由氯化铝1～2份、硅酸钠1～2份、甲基硅酸钠1～2份、硬脂酸钙1～3份混合而成。

所述的填充剂为复合填充剂，按重量份由滑石粉3～4份、珍珠岩4～5份混合而成。

所述的减水剂为复合减少剂，按重量份由聚羧酸高效减水剂1～2份、木质素磺酸钙1～2份混合而成。

所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；所述的分散剂为羟乙基纤维素；所述的引气剂为改性松香树脂。

聚丙烯酸酯具有良好的粘接性、耐候性、耐老化性能等优点，而聚氨酯具有耐低温、高度黏合性、优良的耐水性等优点，将丙烯酸酯与聚氨酯进行复合改性制备聚氨酯改性聚丙烯酸酯复合胶粉，能够克服各自的缺点，使胶膜性能得到明显地改善。当将其加入土壤中时，能使分散的土壤颗粒牢固粘合在一起，且不易剥落，从而提高其强度。海藻酸钠虽然粘着性小，但是其具有增稠、分散、胶凝作用，尤其是能与土壤发生化学反应生成不溶性的盐，并填充在土壤颗粒间孔隙或是空隙，可进一步提高固化土的强度，同时还能提高其抗渗、防水功能。当沥青掺入土中，土壤颗粒就会吸附沥青，使其表面自由能降低，提高固化剂渗透深度。当沥青土遇水时，由于水的极性远大于沥青的极性，水将会被吸附的沥青从土粒表面挤掉。同时，沥青中的沥青酸与土粒表面上的阳离子相互作用，生成稳定的有机酸盐，在土粒表面形成憎水层，使固化土具有较高的强度与水稳性。

聚丙烯纤维(长度5～8mm)具有强度高、耐酸、耐碱、抗微生物等优良特性，能对土壤起到加固作用，并使土壤沉降均匀，减少地面龟裂。同时，还可以改变聚氨酯改性聚丙烯酸酯复合胶粉的力学性能，提高固化土的性能。

氯化铝中铝离子与固化剂中钙离子(或土壤中钙离子)、羧酸根离子发生化学反应，形成网络状的配合物，能使土壤颗粒连接成为一个整体，提高固化土的强度。硅酸钠可提高固化土的密实度、强度、抗渗性、抗冻性及耐水性等。其模数越大，粘度越大，粘结力就越强，但会影响固化剂渗透深度。因此，选取模数为2.0～2.4的硅酸钠。当甲基硅酸钠进入土壤后发生化学反应，从而形成优异的憎水层，同时还具有良好的渗透结晶、微膨胀、增加密实度功能。硬脂酸钙的防水性能，可以增强固化剂的耐水性能；其润滑作用，可以提高固化剂渗透深度。

滑石粉具有优良的润滑性和抗黏性，能够提高固化剂渗透土壤的深度，从而延长固化剂的寿命。珍珠岩能与硅酸钠、水泥等胶结料作用，使固化剂具有防水性能和隔热性能，其中，隔热可以减少聚合物原子间或分子间化学键断裂。同时珍珠岩还具有一定的吸附能力，可以吸附一定的阳离子和水分子等物质，提高固化剂性能。

聚羧酸高效减水剂，具有吸附-分散作用、润滑作用和润湿作用，能够减少土壤中含水量，提高固化剂渗透深度，提高固化土的强度。同时，其又属于表面活性剂，能够降低水的表面张力，提高固化剂渗透深度。此外，细小的土壤颗粒具有一定的表面能和吸附能力，能用与表面活性剂发生作用，从而置换土壤中固有阳离子，降低土壤胶粒ξ电势，减薄土胶粒双电层厚度使土壤颗粒聚集成团，形成团粒化和砂质化结构，提高固化土强度。木质素磺酸钙，能与表层的土壤颗粒结合，并通过静电引力、氢键、络合等化学作用，在土壤颗粒之间产生架桥作用，促进土壤颗粒的聚集，从而使得表层土壤颗粒彼此紧密结合，形成具有一定强度的致密的固结层，进而提高固化剂的强度。

本发明的有益效果是：

本发明通过采用多种复合物，并配以普通硅酸盐水泥、表面活性剂、分散剂、引气剂相互作用下，获得渗透深度大、抗压强度大，且耐水性能好的高分子土壤固化剂。

首先，石灰水泥类固化剂与高聚物类固化剂复合使用，克服单一类固化剂的缺陷，从而提高固化剂的性能；其次，聚氨酯改性聚丙烯酸酯复合胶粉和聚羧酸高效减水剂都能形成羧酸根，而羧酸根带负电荷，能够中和土壤颗粒正电荷，实现离子交换作用，从而提高固化土的强度；然后，硬脂酸钙润滑性、滑石粉润滑性、抗黏性和减水剂润滑特性相互作用，提高固化剂渗透深度，从而延长固化剂使用寿命；最后，珍珠岩与硅酸钠、水泥等胶结料作用，使固化剂具有防水性能和隔热性能，从而为高聚物提供一个稳定的整体体系，进而提高固化剂耐久性。

此外，本发明所公开的土壤固化剂具有配方合理、渗透深度大、抗压强度大，且耐水性能好，可应用于公路、铁路、地铁等工程。

具体实施方式

实施例1

本实施中，聚丙烯纤维的长度7mm，硅酸钠的模数为2.2；

一种高分子土壤固化剂，由以下重量份配比的各组分制成：普通硅酸盐水泥6份、聚氨酯改性聚丙烯酸酯复合胶粉28份、海藻酸钠6份、乳化沥青6份、硫酸钙4份、硅灰12份、聚丙烯纤维4份、三乙醇胺2份、氢氧化锂3份、氯化铝1份、硅酸钠1份、甲基硅酸钠2份、硬脂酸钙3份、滑石粉4份、珍珠岩4份、聚羧酸高效减水剂2份、木质素磺酸钙1份、十二烷基苯磺酸钠0.5份、羟乙基纤维素5份、改性松香树脂0.02份。

实施例2

本实施中，聚丙烯纤维的长度5mm，硅酸钠的模数为2.0；

一种高分子土壤固化剂，由以下重量份配比的各组分制成：普通硅酸盐水泥4份、聚氨酯改性聚丙烯酸酯复合胶粉25份、海藻酸钠5份、乳化沥青5份、硫酸钙2份、硅灰10份、聚丙烯纤维3份、三乙醇胺2份、氢氧化锂2份、氯化铝1份、硅酸钠1份、甲基硅酸钠1份、硬脂酸钙1份、滑石粉3份、珍珠岩4份、聚羧酸高效减水剂1份、木质素磺酸钙1份、十二烷基苯磺酸钠0.3份、羟乙基纤维素4份、改性松香树脂0.01份。

实施例3

本实施中，聚丙烯纤维的长度8mm，硅酸钠的模数为2.4；

一种高分子土壤固化剂，由以下重量份配比的各组分制成：普通硅酸盐水泥8份、聚氨酯改性聚丙烯酸酯复合胶粉30份、海藻酸钠7份、乳化沥青8份、硫酸钙5份、硅灰15份、聚丙烯纤维5份、三乙醇胺3份、氢氧化锂3份、氯化铝2份、硅酸钠2份、甲基硅酸钠2份、硬脂酸钙3份、滑石粉4份、珍珠岩5份、聚羧酸高效减水剂2份、木质素磺酸钙2份、十二烷基苯磺酸钠0.7份、羟乙基纤维素6份、改性松香树脂0.03份。

另外，为了说明本发明土壤固化剂的功效，申请人进行了如下性能测试：

试验例1：抗压强度和浸水吸收率

采用砂性土作为基本土样，使用前过2.36mm圆孔筛，将本发明实施例1～3和对比例(对比例1采用普通硅酸盐水泥32.5为固化剂、对比例2采用现有技术中高聚物土壤固化剂，其主要成分为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等)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，检测结果见表1。

表1为固化剂7天抗压强度和7天浸水吸水率检测结果

固化剂类型	固化剂：土壤	7天无侧限抗压强度(MPa)	7天浸水吸水率(％)
				实施例1	10：90	12.42	0.86
实施例2	10：90	11.78	0.91
				实施例3	10：90	12.15	0.88
对比例1	10：90	2.86	2.52
				对比例2	10：90	10.18	0.96

由表1可以看出，与现有技术相比，本发明具有高的抗压强度、低的浸水吸水率，这表明了本发明所提供的固化剂能够显著提高加固土的强度和耐水性能。

试验例2：抗冻性

本试验主要参照现有技术中混凝土抗冻性能试验方法，对本发明实施例1～3和对比例(对比例1采用普通硅酸盐水泥32.5为固化剂、对比例2采用现有技术中高聚物土壤固化剂，其主要成分为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等)的固化剂进行抗冻性能检测，检测结果见表2。

表2为固化剂抗冻性检测结果

由表2可以看出，与现有技术相比，本发明具有低的强度损失率，这表明了本发明所提供的固化剂具有良好的抗冻性能。

试验例3：水稳定性系数、渗透深度、渗透系数

本试验主要参照现有技术对本发明实施例1～3和对比例1(对比例1采用现有技术中高聚物土壤固化剂，其主要成分为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等)的固化剂进行水稳定性系数、渗透深度、渗透系数检测，检测结果见表3。

表3为固化剂性能检测结果

固化剂类型	7天水稳定性系数(％)	渗透深度(mm)	渗透系数(cm/s)
				实施例1	92.6	18	8×10-9
实施例2	90.2	17	8×10-9
				实施例3	91.5	17	9×10-9
对比例1	87.2	12	1×10-8

由表3可以看出，与现有技术相比，本发明具有高的水稳定性系数、大的渗透深度、低的渗透系数，这表明了本发明所提供的固化剂具有良好的水稳定性、耐用性、抗渗性。

当然，上面只是本发明优选的具体实施方式作了详细描述，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明的原理、构造以及结构所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种高分子土壤固化剂，其特征在于：由以下重量份配比的各组分制成：普通硅酸盐水泥4～8份、粘结剂35～45份、增强剂15～25份、早强剂4～6份、防水剂4～9份、填充剂7～9份、减水剂2～4份、表面活性剂0.3～0.7份、分散剂4～6份、引气剂0.01～0.03份；

其中，所述的粘结剂为复合粘结剂，按重量份由聚氨酯改性聚丙烯酸酯复合胶粉25～30份、海藻酸钠5～7份、乳化沥青5～8份混合而成；

所述的增强剂为复合增强剂，按重量份由硫酸钙2～5份、硅灰10～15份、聚丙烯纤维3～5份混合而成；

所述的早强剂为复合早强剂，按重量份由三乙醇胺2～3份、氢氧化锂2～3份混合而成；

所述的防水剂为复合防水剂，按重量份由氯化铝1～2份、硅酸钠1～2份、甲基硅酸钠1～2份、硬脂酸钙1～3份混合而成；

所述的填充剂为复合填充剂，按重量份由滑石粉3～4份、珍珠岩4～5份混合而成；

所述的减水剂为复合减少剂，按重量份由聚羧酸高效减水剂1～2份、木质素磺酸钙1～2份混合而成；

所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；所述的分散剂为羟乙基纤维素；所述的引气剂为改性松香树脂。

2.根据权利要求1所述的高分子土壤固化剂，其特征在于：由以下重量份配比的各组分制成：普通硅酸盐水泥6份、粘结剂40份、增强剂20份、早强剂5份、防水剂7份、填充剂8份、减水剂3份、表面活性剂0.5份、分散剂5份、引气剂0.02份。