CN105542782A

CN105542782A - 一种土壤硬化稳定剂及土壤硬化稳定方法

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Publication number: CN105542782A
Application number: CN201510926457.XA
Authority: CN
Inventors: 马奎忠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2016-05-04

Abstract

本发明公开了一种土壤硬化稳定剂及土壤硬化稳定方法，主要涉及土壤硬化稳定领域。一种土壤硬化稳定剂是由以下重量份的原料混合制得：氧化钙4～10份，三氧化二铝2～9份，氧化硅2～7份，浓硫酸6～16份，含铁制剂13～34份，含镁制剂7～15份，二氯甲烷1～7份，萘磺酸钠盐甲醛缩合物2～9份。土壤硬化方法主要包括土壤预处理-药剂的施加-硬化施工的施工步骤。本发明即能实现节能减排，又能减少工序、节约成本，且对土壤的硬化效果显著，防水和节水性好，适合普及推广应用。

Description

一种土壤硬化稳定剂及土壤硬化稳定方法

技术领域

本发明涉及土壤硬化稳定领域，具体是一种土壤硬化稳定剂及土壤硬化稳定方法。

背景技术

在工程实际中，很多天然地基并不能满足施工要求，施工中会遇到很多软土地地基甚至淤泥地基，这类地基具有承载力低，强度增长缓慢，加荷后易变形且不均匀，变形速率大且稳定时间长，具有渗透性小、触变性及流变性大的特点。如果处理不当将会严重影响道路性能，主要表现为，路基不均匀沉陷导致路面结构破坏，因此软土地基的处理一直是困扰工程建设的一个难题。

目前国内大规模处理软土地基的办法是对土壤进行硬化稳定处理，来改变土壤的组成，改变土体的工程性质，从而达到提高土质强度、改善土质压实性的目的。处理后的土壤具有高强度、低渗透性的优点，被大量应用于国家高速公路、机场、海堤、港口、码头、水利防渗等工程项目。现有的土壤硬化稳定技术主要可以分为物理法、化学法、生物酶生化法、水泥砼凝固硬化稳定技术等等。

物理法：在各种粉碎或原来松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中，掺入一定数量的无机结合料(如石灰、水泥、工业废渣)及水，经拌合得到的混合料，经过压实、养生后，具有一定强度和稳定性，称无机结合料稳定土(半刚性材料)。根据材料不同硬化稳定土技术又可分为：水泥类、石灰类、工业废渣类、碎石粘土。其技术原理为，初期通过离子交换，压实作用；中后期自身硬化作用，火山灰反应原理，达到硬化稳定土的效果。

化学法：如二灰碎石掺加硫酸钠、土壤中拌合粉煤灰、加一定量的激发剂等胶凝材料，火山灰反应，压实等程序达到硬化稳定土效果。

生物酶生化法：如在各种粉碎或原来松散的土中加入生物酶剂和扩散剂，击实达到硬化稳定土效果。

在过去硬化稳定土流程中，不管是物理法、化学法、生物酶生化法，都离不开石灰类、碎石、粘土、大量水泥等材料，这些材料的来源，都离不开以破坏生态为代价，需要开山炸石、挖土填方、运输耗能、排放二氧化碳、加重空气污染，从而使道路基础建设与生态资源环境之间的矛盾日益凸显。

然而，二十一世纪我们倡导的是节能减排，保护环境和节约资源是我国的基本国策。我国的基础设施建设每年都要消耗大量的不可再生资源，矿产资源开采的回收率很低，损失浪费严重。由于人为的不合理开发、利用而引起的生态环境退化和生态系统的严重失衡，对生态环境的影响极为显著。铁路、公路等建设，大量开山取石、往往破坏地貌和植被，铺路搭桥中，由于管理和运作不善，造成新的水土流失。生态危机的后果比战争更危险，对于地球及地球上所有的生命具有毁灭性的影响。历史的经验说明，一个国家可以从战争的创伤中恢复起来，如第二次世界大战后的德国和日本；但是没有一个国家可以从被破坏的自然环境中迅速崛起。只有实现节能减排目标，我们国家才能实现经济的可持续发展。故现有技术的土壤硬化稳定方法及试剂均以牺牲环境资源为代价，与我国的可持续发展战略相悖。

除此之外，现有技术的土壤硬化方法及固化剂还普遍存在以下问题：

施工工艺繁琐：由于现有技术稳定剂及硬化方法对周围环境影响较大，且对于所处理土壤的要求较为苛刻，故在周围环境的处理、土壤的选择及预处理等方面需要复杂的工艺来配合，使现有技术的土壤硬化稳定施工的工序繁琐，例如：在土方施工的前期准备工作中，承包商就需要在工程师指定的区域内，对现存的灌木丛、树木和长草区的保护和日常维护。又例如：在进行原有沟渠改道的施工中，需要清除所有的有机物和松软的沉积物，再用合格的稳定土予以回填。

施工成本高：由于我国国内土壤固化剂生产厂家很少，只有北京、天津几家生产单位，大量靠从美国、日本、澳大利亚进口，使得稳定剂的价格较为昂贵。同时，由于在现有技术的施工过程中，稳定剂的使用量通常较大，也使得施工成本倍增。

对土壤含水量要求高：现有技术的稳定剂多依赖土壤的颗粒度和含水量，对土壤的最佳含水量要求较高，当遇到含水量高且富含有机质的土壤时，往往硬化稳定效果较差，施工时难以压实。如果遇到土壤含水量过大的情况，现有技术的处理方法一般考虑将土摊开晾晒，待接近最佳含水量时再进行碾压，否则将出现因含水量过大碾压达不到标准或出现软弹现象，难以通过碾压达到到标准，故使得工期拖长。

耐水性不佳：现有技术的土壤稳定剂的性能欠佳，尤其是水剂，在进行土壤硬化稳定处理后如果遇到长时间的雨水浸泡，则容易出现松散失效，无法固结地基土壤的情况。

综上所述，随着我国工程建设步伐的逐步加快，亟需一种性价比更佳的环境友好型土壤硬化稳定药剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土壤硬化稳定剂及使用方法，它即能实现节能减排，又能减少工序、节约成本，且对土壤的硬化效果显著，防水和节水性好，适合普及推广应用。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种土壤硬化稳定剂，是由以下重量份的原料混合制得：氧化钙4～10份，三氧化二铝2～9份，氧化硅2～7份，浓硫酸6～16份，含铁制剂13～34份，含镁制剂7～15份，二氯甲烷1～7份，萘磺酸钠盐甲醛缩合物2～9份。

所述含铁制剂包括硫酸亚铁、硫化亚铁、氧化铁、三氧化二铁中的一种或几种。

所述含镁制剂包括硫酸镁、氯化镁、硝酸镁中的一种或几种。

作为进一步的优选方案，一种土壤硬化稳定剂是由以下重量份的原料混合制得：氧化钙4～10份，三氧化二铝2～9份，氧化硅2～7份，98％的浓硫酸6～16份，硫酸亚铁10～20份，硫化亚铁3～14份，硫酸镁7～15份，二氯甲烷1～7份，萘磺酸钠盐甲醛缩合物2～9份。

使用所述一种土壤硬化稳定剂进行土壤硬化稳定的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：土壤预处理：对需要硬化区域的土壤进行深翻、旋耕；

步骤2：药剂的施加：如果土壤的干密度小于1.8g/cm³，就地取土，将权利要求1～4任一项所述一种土壤硬化稳定剂按重量比0.14‰～0.2‰与土壤混匀，并布土摊铺；

步骤3：硬化施工：依照平路—撒布水泥—拌合水泥与土壤—压实—养生的流程进行施工。

在处理含水量过大的土壤时，步骤3的硬化施工流程为：平整路面—每立方米路基泥土中，撒布并拌合125㎏42.5p.o水泥和80kg粉煤灰—压实—养生。

作为一种优选方案，所述的土壤硬化稳定的施工方法包括以下步骤：

步骤2：药剂的施加：如果土壤的干密度小于1.8g/cm³，就地取土，将权利要求1～4任一项所述一种土壤硬化稳定剂按重量比0.147‰与土壤混匀，并按规定厚度回填布土摊铺；

步骤3：硬化施工：对布土区域进行整平，并在其上撒布水泥，将水泥与土壤拌合均匀后，喷洒权利要求1～4任一项所述一种土壤硬化稳定剂的5～10倍稀释液，并与土壤拌合均匀，再进行压实、养生。

处理后的土壤环境质量符合和满足中国《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准要求。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明区别现有技术的缺陷，配方仅含有比例极低的的氧化钙，且在施工过程中避免使用大量的水泥，从而摆脱了现有技术在土壤硬化稳定过程中对于石灰类、随时、粘土、大量水泥等矿产资源的过度依赖，减少传统材料开采、加工、存放等环节占用和破坏的土地，减少石灰、水泥生产时所消耗的大量石灰石和煤炭资源，从而减少CO₂的排放量，解决了基础建设与生态环境资源之间的矛盾，实现了加强环境保护，遏制破坏生态事件的高发态势，加强生态保护重点领域环境风险防控的目的，达到了《国家环境保护“十二五”规划》中要求，符合我国节能减排，保护环境和节约资源的基本国策。

2、本发明含有多种组分，通过激发土粒活性、胶结、离子交换作用，增强土粒间的吸附力，减少孔隙，使土粒中的吸附水排出，土体含水量降低，使粘土由亲水性变为厌水性，并永久改变粘土的亲水性。碾压后形成致密土体，强度可提高40％～60％。经过本发明处理过的路基，压实度可以超过100％，根据无侧限抗压强度试验结果，7d路基的平均表观密度为2293kg/m3，抗压强度为3.07MPa。硬化稳定土壤环境质量完全满足、符合中国《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准要求，土壤的硬化稳定效果显著且环境适应能力强，环境温度在－25℃～40℃条件下对本发明所述一种土壤硬化稳定剂几乎没有影响，硬化稳定土层经冻胀实验，达到或超过国家《土工试验方法标准》GB/T50123-1999。且各类土壤均可采用，可广泛用于路基、坪基，垃圾处理、危险废物防渗底衬、基础加固等领域。

3、本法明的显著优势在于就地取土、用量较少、流程简单：本发明在土方施工中就地取土，不会对周边造成不良影响，故省去了在场地清理环节中对周围指定区域的大量维护工作。且土分布广泛、廉价，就地取材与传统的基层材料相比可降低成本40-50％。取土后仅加入土壤重量比的万分之1.4～2即可实现理想的固化效果，将土固结成板体，用做路面基层、场地基层等等。用量较少有助于降低施工成本。此外，本发明施工的流程较现有技术做出显著优化精简，大大节约了劳动力，提高施工效率，是一种性价比优良的土壤稳定剂。

4、本发明对于土壤含水量的要求显著降低，即便土壤中的含水量过大，也能够在不延长工期的情况下，实现理想的硬化效果。例如遇到荷塘暗塘等情况，现有技术的施工方法由于需要将土摊开晾晒，直到其符合含水量要求再行回填碾压，故回填可能有十几层，原地面可能就三四层。而本发明的处理方法为：每立方米路基泥土中，拌合125kg42.5p.o水泥、80kg粉煤灰拌合。避免复杂的施工步骤，节约了大量的劳动力，加快施工进度。

5、由于本发明处理后的土壤，很快形成一道板体土体，密实度高，土粒中的吸附水排出，土体含水量降低，形成了致密防水层，可长期抵抗风雨侵蚀，使粘土由亲水性永久改变为厌水性，土层渗透率低于1×10^－6cm/s，此时，土体比最佳含水量所用水量减少约25％。不但能够经受住长时间的雨水浸泡，保证土体致密性，且在节水方面有显著优势。

6、由于本发明的适用范围广泛，对土壤及周围环境的要求较为宽松，进一步简化了前期工作，有利于加快施工进度和节约施工成本。例如：在遇到原有沟渠改道的区域内，本发明仅对土壤中的有机物进行清除，即可完成准备工作，进入添加药剂及混合压实等工序，省去了挖出淤泥、有机物、其他松软沉积物，运输、回填合格料等施工程序。

7、所述含铁制剂包括多种物质，硫酸亚铁、硫化亚铁、氧化铁、三氧化二铁中的一种或几种均可作为原料使用，可替代范围较广，制作难度较低。

8、所述一种土壤硬化稳定剂为水溶剂，具有不可燃性、无毒无害、稀释后安全环保等优点。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

下述实施例中所涉及的设备、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规设备、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的施工方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规施工方法，检测方法等。

实施例1：一种土壤硬化稳定剂，是由以下重量份的原料混合制得：氧化钙9份，三氧化二铝8份，氧化硅5份，98％浓硫酸10份，硫酸亚铁15份，硫化亚铁10份，硫酸镁12份，二氯甲烷3份，萘磺酸钠盐甲醛缩合物5份。上述土壤硬化稳定剂为水溶剂，呈深褐色浓缩液体，具粘滞性，不可燃性，密度为2.2g/cm³，PH值为1.25，稀释后安全环保。

实施例2：一种土壤硬化稳定剂，是由以下重量份的原料混合制得：氧化钙5份，三氧化二铝3份，氧化硅4份，95％浓硫酸15份，氧化铁20份，氯化镁9份，二氯甲烷6份，萘磺酸钠盐甲醛缩合物7份。上述土壤硬化稳定剂为水溶剂，呈深褐色浓缩液体，具粘滞性，不可燃性，密度为2.3g/cm³，PH值为1.15，稀释后安全环保。

实施例3：土壤硬化稳定的施工

使用实施例1所述一种土壤硬化稳定剂进行土壤硬化稳定的施工，具体步骤如下：

一)场地清理

因为本发明所述一种土壤硬化稳定剂的主要优势之一在于就地取土，不会对周边环境带来不良影响。故不需要像以往施工那样对周遭的灌木丛、树木、草坪等进行保护。

二)土方施工

在通常施工中必须将原有沟渠改道的区域内，要清除所有的有机物和松软的沉积物，用合格的稳定土予以回填。采用本发明所述一种土壤硬化稳定剂，只需清除有机物，而对淤泥就采取水泥作为拌料与所述一种土壤硬化稳定剂混合压实即可，省去了挖出淤泥、有机物、其他松软沉积物，运输、回填合格料等施工程序。

土方施工的工艺流程如下：

1、布土：就地取土布土，将实施例1所述一种土壤硬化稳定剂按重量比0.147‰与土壤混匀。

2、按规定厚度进行布土摊铺。

3、平地机整平。(根据现场施工经验，在压实前最好实测一下填料的实际含水量，这是决确定本发明所述一种土壤硬化稳定剂稀释时兑水量的依据。路基土壤的实际含水量＝在土壤最佳含水量+本发明所述一种土壤硬化稳定剂稀释时兑水量)。

不同类型土压实时的最大容许含水量，见下表(供参考)

4、撒布水泥。

5、拌和：拌和机将水泥与土壤充分拌合均匀。

6、洒水车喷洒实施例1中的一种土壤硬化稳定剂的5倍稀释液。

7、药剂拌合：拌和机将土壤与土壤硬化稳定剂稀释液充分拌合均匀。

8、路基碾压：用履带式机械，将拌合好的路基压四遍，压平。

震动压路机静压进行稳压，然后再震动压实，具体要求是：(1)直线段和大半径曲线段，应先压边缘，后压中间；小半径曲线段因有较大的超高，碾压顺序应先低(内侧)后高(外侧)。(2)，压路机碾压轮重叠轮宽的1/3—1/2；(3)，碾压遍数，震动压路机震8遍，就可以达到密实度要求。(4)压路机的行驶速度过慢影响生产率，过快则对土的接触时间过短，压实效果差。一般光轮静压压路机的最佳速度为2-5公里/小时，震动压路机为3-6公里/小时。所以各种压路机械的最大速度不应超过4公里/小时。路基土壤的实际含水量的正负2％-5％进行碾压效果最好。

9、工程验收：土壤经一种土壤硬化稳定剂作用后，很快形成一道板体土体，密实度高。土质由原来的亲水性变为厌水性。形成了致密防水层，可长期抵抗风雨侵蚀，经一种土壤硬化稳定剂处理的土层渗透率低于1×10^－6cm/s。此时，土体比最佳含水量所用水量减少约25％。经过一种土壤硬化稳定剂处理过的路基，压实度可以超过100％，根据无侧限抗压强度试验结果，7d路基的平均表观密度为2293kg/m³，抗压强度为3.07MPa。硬化稳定土壤环境质量完全符合和满足中国《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准要求。硬化稳定土层经冻胀实验，达到或超过国家《土工试验方法标准》GB/T50123-1999。

Claims

1.一种土壤硬化稳定剂，其特征在于：是由以下重量份的原料混合制得：氧化钙4～10份，三氧化二铝2～9份，氧化硅2～7份，浓硫酸6～16份，含铁制剂13～34份，含镁制剂7～15份，二氯甲烷1～7份，萘磺酸钠盐甲醛缩合物2～9份。

2.根据权利要求1所述一种土壤硬化稳定剂，其特征在于：所述含铁制剂包括硫酸亚铁、硫化亚铁、氧化铁、三氧化二铁中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述一种土壤硬化稳定剂，其特征在于：所述含镁制剂包括硫酸镁、氯化镁、硝酸镁中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述一种土壤硬化稳定剂，其特征在于：是由以下重量份的原料混合制得：氧化钙4～10份，三氧化二铝2～9份，氧化硅2～7份，98％的浓硫酸6～16份，硫酸亚铁10～20份，硫化亚铁3～14份，硫酸镁7～15份，二氯甲烷1～7份，萘磺酸钠盐甲醛缩合物2～9份。

5.使用权利要求1～4任一项所述一种土壤硬化稳定剂进行土壤硬化稳定的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的土壤硬化稳定的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

7.如权利要求5所述一种土壤硬化稳定方法，其特征在于：处理后的土壤环境质量符合和满足中国《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准要求。

8.如权利要求5所述一种土壤硬化稳定方法，其特征在于：在处理含水量过大的土壤时，步骤3的硬化施工流程为：平整路面—每立方米路基泥土中，撒布并拌合125㎏42.5p.o水泥和80kg粉煤灰—压实—养生。