CN105505400A - 一种土壤固化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于固化剂技术领域，具体涉及一种土壤固化剂及其制备方法。本发明的土壤固化剂主要由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、聚丙烯酰胺、硫酸钠、磷酸钙、多聚糖、木质素磺酸钠、硅酸钠、氢氧化钠和水组成。本发明提供的土壤固化剂配方搭配合理、科学，可以有效的缩短土壤的固化时间，增强土壤的固化和硬化效果，经试验发现：固化得到的固体砖可以达到甚至超过红砖的硬度，防水性能也达到红砖的防水标准，是一种较为理想的土壤固化剂。

Description

一种土壤固化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于固化剂技术领域，具体涉及一种土壤固化剂及其制备方法。

背景技术

土壤固化剂是由多种无机材料或有机材料经过一定的生产工艺处理后，用以固化各类土壤的新型工程材料。土壤固化剂具有在常温下能够直接胶结土体中土壤颗粒表面或能够与粘土矿物质反应生成胶凝物质的作用，可以改变土壤的组成和土体的工程性质，从而提高土体的强度，改善土质的压实性。

随着社会的发展，各行业的工程建设需求也越来越大，而传统的工程建设需要大量的自然资源，炸山碎石、挖河采砂，不仅破坏自然环境，而且原有的砂石材料已经远远不能满足日益增长的工程建设的需求。这造成了严重的自然环境破坏、资源大量投入且浪费严重、社会生存环境质量下降，工程建设的快速增长使整个社会付出了较大的代价。因此，节约资源、保护环境成为世界各国共同关心的重大课题。

20世纪70年代，美国等发达国家为了节约资源，保护环境，对土壤固化技术进行了深入的研究开发，研究出一种可以替代单一的石灰、水泥、粉煤灰的固化材料，是一种覆盖胶体化学、表面化学、力学结构理论等学科的高新技术产品。现在在国外已大量应用于公路、水利工程、机场跑道等领域。由于土壤固化剂固化土具有就地取材、施工工艺简单、工程造价低等方面优点，并且可以大幅度提高土壤的抗压强度，经济效益和环境效益显著，被美国《工程新闻》称为20世纪的伟大发明创造之一。

目前，各国对土壤固化剂的研究越来越深入，各种各样的土壤固化剂应运而生。中国专利申请201310705436.6公开了一种土壤固化剂，所述土壤固化剂由普通硅酸盐水泥、三乙醇胺、聚丙烯酰胺、脂肪胺和滑石粉组成，制备得到的土壤固化剂可以增强普通硅酸盐水泥的固化性能，具有很好的固化效果。

中国专利CN103013526B公开了一种土壤固化剂及土壤固化方法，所述土壤固化剂由粉煤灰、石灰、水玻璃、烧碱、石膏、普通硅酸盐水泥、萤石和硫酸钠组成，制备得到的土壤固化剂能使土壤固化，而且具有抗压强度高、防水防潮、原料廉价的优点。

中国专利CN102108298B公开了一种土壤固化剂，所述土壤固化剂由磺化丙酮的甲醛缩合物、聚丙烯酰胺、氯化钙、硫酸钙、碳酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、水玻璃、三乙醇胺和水组成，制备得到的土壤固化剂能够使土壤的性能大幅度提升，而且具有对固化成本低，固化土的耐久性能突出的优点。

然而，上述的土壤固化剂的固化和硬化效果仍不够理想，而且适用范围较窄，无法达到现代人对土壤固化剂的性能要求，不利于土壤固化剂的推广和应用。因此，研究和开发出一种适用范围广、固化和硬化效果强的土壤固化剂仍是目前亟需解决的难题。

发明内容

为了解决现有技术中土壤固化剂存在的适用范围窄，固化和硬化效果差的缺陷。本发明的目的在于提供一种土壤固化剂及其制备方法，以解决上述缺陷。

本发明提供了一种土壤固化剂，包括如下组分及其重量份数：

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20-40份、聚丙烯酰胺5-20份、硫酸钠5-25份、磷酸钙10-30份、多聚糖5-25份、木质素磺酸钠5-10份、硅酸钠4-10份、氢氧化钠2-10份和水40-70份。

进一步地，所述土壤固化剂包括如下组分及其重量份数：

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸25-35份、聚丙烯酰胺10-20份、硫酸钠10-20份、磷酸钙15-25份、多聚糖10-25份、木质素磺酸钠5-10份、硅酸钠4-10份、氢氧化钠4-10份和水40-60份。

进一步地，所述土壤固化剂包括如下组分及其重量份数：

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸30份、聚丙烯酰胺24份、硫酸钠18份、磷酸钙20份、多聚糖18份、木质素磺酸钠10份、硅酸钠8份、氢氧化钠6份和水50份。

进一步地，所述聚丙烯酰胺为离子型聚丙烯酰胺。

进一步地，所述聚丙烯酰胺为阴离子聚丙烯酰胺。

进一步地，所述多聚糖为葡萄糖酸钠。

另外，本发明还提供了一种土壤固化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1取一半量的水将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、硫酸钠、磷酸钙和木质素磺酸钠搅拌均匀，得混合物I；

S2取剩余的水将聚丙烯酰胺、多聚糖和硅酸钠搅拌均匀，得混合物II；

S3将氢氧化钠与步骤S1得到的混合物I和步骤S2得到的混合物II混合均匀，干燥，即得。

进一步地，所述步骤S3中干燥温度为30-50℃。

本发明提供的土壤固化剂中的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸是一种水溶性阴离子单体，是极具发展潜力的有机中间体，具有多种优异性能，广泛用于纺织、石油开采、水处理、塑料、造纸和涂料等领域。

本发明提供的土壤固化剂配方搭配合理、科学，可以改变土壤的性质，从而起到固化和硬化土壤的效果。经发明人研究发现：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸可以有效的增强淤泥的强度；硫酸钠、磷酸钙和木质素磺酸钠改变土壤中的物质架构；而氢氧化钠可以改善土壤的性质，使土壤易于固化，增加淤泥的防水性。

本发明提供的土壤固化剂固化的主要原理是：改变土壤的物质架构，降低淤泥土壤的吸水性，使淤泥土壤颗粒间的吸附性增强，从而达到固化和硬化的效果。该土壤固化剂主要应用于地铁淤泥，同时也可以应用于其他任何形式的淤泥固化和硬化，是一种适应性广、固化和硬化效果强的土壤固化剂。

经试验发现：本发明提供的土壤固化剂的抗压抗压强度在3.7MPa，而且本发明提供的土壤固化剂固化土壤时间短，固化和硬化的效果强。本发明的土壤固化剂用于淤泥土壤中的成型时间为8-12min，干化时为间10-12h，使用该土壤固化剂制成的固体砖的抗压强度在在7.8以上，吸水率和饱和系数较低，固化得到的固体砖可以达到甚至超过红砖的硬度，防水性能达到红砖的防水标准，其他性能也符合国家标准，是一种较为理想的土壤固化剂。

与现有技术相比，本发明提供的土壤固化剂具有以下优势：

（1）本发明提供的土壤固化剂原料丰富、成本低，适应性广，可以应用于其他任何形式的淤泥固化和硬化；

（2）本发明提供的土壤固化剂具有固化和硬化效果强，防水性能高的优点，是一种较为理想的土壤固化剂，有利于该土壤固化剂的推广和应用。

具体实施方式

以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。

实施例1、一种土壤固化剂

所述土壤固化剂包括如下组分及其重量份数：

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20份、阴离子聚丙烯酰胺5份、硫酸钠5份、磷酸钙10份、葡萄糖酸钠5份、木质素磺酸钠5份、硅酸钠4份、氢氧化钠2份和水40份。

制备方法：

S1取一半量的水将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、硫酸钠、磷酸钙和木质素磺酸钠搅拌均匀，得混合物I；

S2取剩余的水将聚丙烯酰胺、多聚糖和硅酸钠搅拌均匀，得混合物II；

S3将氢氧化钠与步骤S1得到的混合物I和步骤S2得到的混合物II混合均匀，在40℃条件下干燥，即得。

实施例2、一种土壤固化剂

所述土壤固化剂包括如下组分及其重量份数：

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸30份、阴离子聚丙烯酰胺24份、硫酸钠18份、磷酸钙20份、葡萄糖酸钠18份、木质素磺酸钠10份、硅酸钠8份、氢氧化钠6份和水50份。

制备方法与实施例1类似。

实施例3、一种土壤固化剂

所述土壤固化剂包括如下组分及其重量份数：

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸40份、阴离子聚丙烯酰胺20份、硫酸钠25份、磷酸钙30份、葡萄糖酸钠25份、木质素磺酸钠10份、硅酸钠10份、氢氧化钠10份和水70份。

制备方法与实施例1类似。

对比例1、一种土壤固化剂

所述土壤固化剂包括如下组分及其重量份数：

磺化丙酮的甲醛缩合物30份、阴离子聚丙烯酰胺24份、硫酸钠18份、磷酸钙20份、葡萄糖酸钠18份、木质素磺酸钠10份、硅酸钠8份、氢氧化钠6份和水50份

制备方法与实施例1类似。

对比例2、一种土壤固化剂

所述土壤固化剂包括如下组分及其重量份数：

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸30份、阴离子聚丙烯酰胺24份、硫酸钠18份、磷酸钙20份、木质素磺酸钠10份、硅酸钠8份、氢氧化钠6份和水50份。

制备方法与实施例1类似。

对比例3、一种土壤固化剂

所述土壤固化剂的组分及其重量份数如实施例2所示。

制备方法：

将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、阴离子聚丙烯酰胺、硫酸钠、磷酸钙、葡萄糖酸钠、木质素磺酸钠、硅酸和氢氧化钠混合，接着加入水搅拌均匀，干燥，即得。

试验例一、土壤固化剂的抗压强度试验

1、试验材料：实施例1、实施例2、实施例3、对比例1和对比例2制备的土壤固化剂。

2、试验方法：

参考CJ/T3073-1998中规定的测定方法测定实施例1、实施例2、实施例3、对比例1和对比例2制备的土壤固化剂的抗压强度。

3、试验结果

试验结果如表1所示。

表1土壤固化剂的抗压强度试验

由表1可知，本发明实施例1-3制备的土壤固化剂的抗压强度在3.7MPa，而对比例1和对比例2制备的土壤固化剂的抗压强度低于3MPa，说明本发明提供的土壤固化剂的配方搭配合理、科学，各组分协同起增强抗压强度的作用。

试验例二、固体砖的性能试验

1、试验材料：实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2和对比例3制备的土壤固化剂。

2、试验方法：

将实施例1、实施例2、实施例3、对比例1和对比例2制备的土壤固化剂喷洒在装有地铁淤泥搅拌器中搅拌均匀，做成固体砖。参考GB/T2542规定的方法测定固体砖的抗压强度，5h煮沸吸收率%和饱和系数。

3、试验结果：

试验结果如2表所示。

表2固体砖的性能试验

由表2可知，使用本发明实施例1-3制备的土壤固化剂制成的固体砖的抗压强度、防水性均达到红砖的国家相关标准，而使用对比例1、对比例2和对比例3制备的土壤固化剂制成的固体砖的抗压强度、吸收率和饱和系均比本发明实施例1-3的固体砖性能差，说明本发明的土壤固化剂的配方搭配合理、科学，各组分协同增强器抗压、防水的作用，是一种较为理想的土壤固化剂。

Claims (8)

1.一种土壤固化剂，其特征在于，包括如下组分及其重量份数：

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20-40份、聚丙烯酰胺5-20份、硫酸钠5-25份、磷酸钙10-30份、多聚糖5-25份、木质素磺酸钠5-10份、硅酸钠4-10份、氢氧化钠2-10份和水40-70份。

2.如权利要求1所述的土壤固化剂，其特征在于，包括如下组分及其重量份数：

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸25-35份、聚丙烯酰胺10-20份、硫酸钠10-20份、磷酸钙15-25份、多聚糖10-25份、木质素磺酸钠5-10份、硅酸钠4-10份、氢氧化钠4-10份和水40-60份。

3.如权利要求2所述的土壤固化剂，其特征在于，包括如下组分及其重量份数：

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸30份、聚丙烯酰胺24份、硫酸钠18份、磷酸钙20份、多聚糖18份、木质素磺酸钠10份、硅酸钠8份、氢氧化钠6份和水50份。

4.如权利要求1-3任一所述的土壤固化剂，其特征在于，所述聚丙烯酰胺为离子型聚丙烯酰胺。

5.如权利要求4所述的土壤固化剂，其特征在于，所述聚丙烯酰胺为阴离子聚丙烯酰胺。

6.如权利要求1-3任一所述的土壤固化剂，其特征在于，所述多聚糖为葡萄糖酸钠。

7.一种如权利要求1-6任一所述的土壤固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1取一半量的水将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、硫酸钠、磷酸钙和木质素磺酸钠搅拌均匀，得混合物I；

S2取剩余的水将聚丙烯酰胺、多聚糖和硅酸钠搅拌均匀，得混合物II；

S3将氢氧化钠与步骤S1得到的混合物I和步骤S2得到的混合物II混合均匀，干燥，即得。

8.如权利要求7所述的土壤固化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中干燥温度为30-50℃。