CN106190159A - 一种将泥土固化成生态道路的土壤外加剂及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将泥土固化成生态道路的土壤外加剂及其制备工艺，该土壤外加剂，由以下按照质量份的原料组成：甲基硅酸钾8‑10份、聚丙烯酰胺2‑3份、聚乙烯醇10‑15份、过硫酸铵2‑5份、丙三醇3‑5份、羟丙基甲基纤维素3‑5份、氢氧化钠10‑20份、乙二醇2‑3份、醇酯十二2‑3份、去离子水28‑40份、硫酸铝3‑8份。将甲基硅酸钾、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺、去离子水、丙三醇、过硫酸铵、硫酸铝、聚乙烯醇与氢氧化钠；在室温下搅拌均匀，再通入蒸汽搅拌，加入乙二醇、醇酯十二搅拌、过滤出料即得。本发明的土壤外加剂可以改变土壤的性质，从而起到稳定和硬化土壤的效果，施工方便，能使使土壤易于固化，稳定处理后承载力和抗冻性大大提升。

Description

一种将泥土固化成生态道路的土壤外加剂及其制备工艺

技术领域

本发明涉及生态园林景观道路建设、道路路基工程技术领域，具体是一种将泥土固化成生态道路的土壤外加剂及其制备工艺。

背景技术

土壤稳定、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，直接作为工程材料作为道路结构层。一般的土壤稳定剂、固化剂能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。

目前，各国对土壤固化剂的研究都很多，市场上也有各种各样的土壤固化剂稳定剂。如：中国专利CN103013526B、CN102108298B、CN 105505400 A等所制备得到的土壤固化剂稳定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。对降低工程成本、固化土壤、基层耐久性能均提出了自己的理论。但这些都只能作为道路基层或底基层使用，不可代理面层。

随着人们对大自然的回归，人们对水泥道路和沥青道路有加大的视觉疲劳，原生态道路让人们对古朴原生态的乡间田园生活产生了美好的憧憬，随着本技术在各地的应用这种复古泥土道路已逐渐受到人们的青睐。本发明的应用无论是从经济方面还是从生态环境方面来说，意义十分重大。

作为道路面层使用的土壤固化剂，已公布的专利CN102031119A但已无权，而专利CN104164239A主要仿照了前一个的主要材料和工艺。但两者从理论的角度注重了土体的强度，但忽视了作为土壤裸露使用的抗水性、耐磨性、抗冻性的不足。本发明着重从这些方面进行了技术创新，并通过多地应用性试验，证明就较好的解决了这些问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大大提升承载力和抗冻性的将泥土固化成生态道路的土壤外加剂及其制备工艺，针对现有土壤固化剂、稳定剂不可以作为生态道路面层，稳定性、抗磨性、抗水性不佳的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种将泥土固化成生态道路的土壤外加剂，由以下按照质量份的原料组成：

甲基硅酸钾 8-10份

聚丙烯酰胺 2-3份

聚乙烯醇 10-15份

过硫酸铵 2-5份

丙三醇 3-5份

羟丙基甲基纤维素 3-5份

氢氧化钠 10-20份

乙二醇 2-3份

醇酯十二 2-3份

去离子水 28-40份

硫酸铝 3-8份。

本发明的另一目的是提供一种将泥土固化成生态道路的土壤外加剂的制备工艺，包括以下步骤：

1)将甲基硅酸钾、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺投入搅拌机或进入搅拌式反应釜，启动搅拌机或搅拌式反应釜后加入去离子水、丙三醇、过硫酸铵、硫酸铝、聚乙烯醇与氢氧化钠；

2)在室温下搅拌均匀，再通入蒸汽使温度达到94-96℃，并在该温度下搅拌不少于1h后随即停止加热，然后降温至89-91℃，加入乙二醇、醇酯十二，然后在92-95℃的温度下搅拌0.5h后停止通入蒸汽，当温度降至39-41℃时，过滤出料，得到土壤外加剂。

作为本发明进一步的方案：步骤1)中，搅拌机采用行星式搅拌机。

作为本发明进一步的方案：步骤1)中，搅拌转速为80-120r/min，搅拌时间不少于0.5h。

作为本发明进一步的方案：步骤1)中，搅拌速度100r/min。

作为本发明进一步的方案：步骤2)中，在加入乙二醇、醇酯十二前，通入蒸汽使温度达到95℃。

作为本发明进一步的方案：步骤2)中，醇酯十二为净含量95％以上溶液，乙二醇纯度99％溶液。

本发明的另一目的是提供一种将泥土固化成生态道路的土壤外加剂的使用方法，施工时，土壤、水泥、土壤外加剂按照质量比94-95％：4-5.88％:1.2-1.5‰进行混合使用。

本发明在作业时，作业面的土壤晾晒水分，根据最佳含水量的差值吸湿所需要的土壤外加剂，要求吸湿搅拌均匀，采用洒水设备将土壤外加剂均匀喷实在土壤中，采用拌合机将4-5.88％的325或425的水泥均匀拌合，使用8-20吨的压力机进行静压与震动碾压，表面修平后使用草帘或养生布养生7天，养生期间注意发白的地方进行补水。7天后抗压强度达到2.5-7MPa。

使用本发明施工时参照CJ/T468-2015《土壤固化外加剂》的相关规则。

根据CJT486-2015《土壤外加剂》的相关规范(如表1所示)对上述发明的土壤外加剂进行性能测试，基本指标均优于规定值。

表1

序号	项目	数据指标
			1	凝结时间影响系数比％	≥110
2	无侧限抗压强度比％	≥125
			3	水稳系数比％	≥110

本发明中各原料的作用机理：

本发明提供的土壤外加剂中的甲基硅酸钾(选用硅酮含量不低于22的溶液)这是一种水溶性阴离子单体，可与空气中的CO₂形成活性物质聚甲基硅酸产生防水性能。形成一层不能溶解的网状防水透气膜，使结构层土壤具有加强的防水效果和抗老化的优点。

本发明提供的土壤外加剂中的羟丙基甲基纤维素(HPMC)是一种高度纯净的棉纤维素，分散剂和稳定剂非常好，与其他材料都具有良好相溶性，与土壤混合后能起到网状架构增强土体承载力。氢氧化钠能与土壤的硅、铝、镁进行置换反应，生成相对稳定的二氧化硅等材料。氢氧化钠与掺与的水泥同步产生反应，生成稳定的硅酸钠成分，多重稳定土体。增强结构层表面土壤的耐磨性。

土壤颗粒是由大小孔隙的土壤结构，而土壤水分占据土壤的中小孔隙，土壤空气占据土壤大孔隙。丙三醇是一种吸湿的材料，通过化学吸附减少颗粒间间隙，使用外力碾压的方式，减小空气大大颗粒间的间隙，通过物理化学作用达到提升结构层密实度，整体提升土壤的强度。

硫酸铝Al₂(SO₄)₃是以铝盐为主的促进剂，可快速促进水泥的凝结硬化，强度也可以达到较高水平并在在土壤中形成多核络合物，在没有水泥面层会沥青面层的情况下，使结构层具有较大承载力和抗磨性.

聚乙烯醇，是一种带有仲羟基的线型高分子聚合物。遇水不膨胀、不脆化，使土壤颗粒有高粘着性，同时具备成膜性和耐水性。

过硫酸铵为聚合式的引发剂，醇酯十二为成膜助剂，乙二醇的加入大大提高了固化后的土壤抗冻能力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的土壤外加剂配方搭配合理、科学，可以改变土壤的性质，从而起到稳定和硬化土壤的效果，解决了土壤因亲水性而不稳定的问题。改变土壤中的物质架构，使用本发明的土壤外加剂施工方便，能使使土壤易于固化，稳定处理后承载力和抗冻性大大提升。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例中，一种将泥土固化成生态道路的土壤外加剂的制备工艺，包含以下步骤：

1)将甲基硅酸钾10质量份、羟丙基甲基纤维素3质量份、聚丙烯酰胺2质量份投入搅拌机，或进入搅拌式反应釜，开动搅拌机(转速：80-120r/min)加入去离子水30质量份、丙三醇5质量份、过硫酸铵2质量份、硫酸铝5质量份、聚乙烯醇20质量份及氢氧化钠20质量份；常温下将上述原料充分搅拌溶化。

2)于室温下搅拌0.5h，后加入蒸汽物料温度达到95℃左右，再持续保温搅拌下经过1h后。随即停止加热，使其降温。当物料的温度降低到90℃左右，加入乙二醇3质量份、醇酯十二溶液3质量份，并在92-95℃左右恒温搅拌0.5h后停止通入蒸汽，使温度快速下降，冷却到40℃左右时，过滤出料，得到本发明外加剂。

实施例2

本发明实施例中，一种将泥土固化成生态道路的土壤外加剂的制备工艺，包含以下步骤：

1)将甲基硅酸钾10质量份、羟丙基甲基纤维素4质量份、聚丙烯酰胺2质量份投入搅拌机，或进入搅拌式反应釜，开动搅拌机(转速：80-120r/min)加入去离子水35质量份、丙三醇4质量份、过硫酸铵2质量份、硫酸铝4质量份、聚乙烯醇20质量份及氢氧化钠15质量份；常温下将上述原料充分搅拌溶化。

2)于室温下搅拌0.5h，后加入蒸汽物料温度达到95℃左右，再持续保温搅拌下经过1h后。随即停止加热，使其降温。当物料的温度降低到90℃左右，加入乙二醇2质量份、醇酯十二溶液2质量份，并在92-95℃左右恒温搅拌0.5h后停止通入蒸汽，使温度快速下降，冷却到40℃左右时，过滤出料，得到本发明外加剂。

实施例3

本发明实施例中，一种将泥土固化成生态道路的土壤外加剂的制备工艺，包含以下步骤：

1)将甲基硅酸钾10质量份、羟丙基甲基纤维素5质量份、聚丙烯酰胺2质量份投入搅拌机，或进入搅拌式反应釜，开动搅拌机(转速：80-120r/min)加入去离子水35质量份、丙三醇5质量份、过硫酸铵3质量份、硫酸铝4质量份、聚乙烯醇20质量份及氢氧化钠10质量份；常温下将上述原料充分搅拌溶化。

2)于室温下搅拌0.5h，后加入蒸汽物料温度达到95℃左右，再持续保温搅拌下经过1h后。随即停止加热，使其降温。当物料的温度降低到90℃左右，加入乙二醇3质量份、醇酯十二溶液3质量份，并在92-95℃左右恒温搅拌0.5h后停止通入蒸汽，使温度快速下降，冷却到40℃左右时，过滤出料，得到本发明外加剂。

应用例1

使用上述发明实施例3土壤外加剂于2013年7月在河南郑州某生态园区进行了生态景观道路应用的试验：道路总长7km，设计宽幅3m，厚度15cm，原设计为水泥混凝土。使用本发明土壤外加剂1.5‰与5％的水泥与现场土壤进行混合，搅拌压实后，7天取芯完整，平均抗压强度3.7MPa，裸露使用3年表面不起灰、不起泥巴，未损坏，与自然风光融于一体，生态效果显著，而且成本较混凝土节省1/3。

应用例2

使用上述发明实施例2土壤外加剂于2012年10月在天津大港某生态园区进行了生态景观道路应用的试验：道路总长5.5km，设计宽幅3m，施工厚度20cm，原设计为水泥混凝土。使用本发明土壤外加剂1.5‰与4％的425硅酸盐水泥与现场土壤进行混合，搅拌压实后，7天取芯完整，平均抗压强度3.2MPa，成本较混凝土节省1/3，并且分段加入了其他颜色，形成彩色花纹的泥土生态道路。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种将泥土固化成生态道路的土壤外加剂，其特征在于，由以下按照质量份的原料组成：

甲基硅酸钾 8-10份

聚丙烯酰胺 2-3份

聚乙烯醇 10-15份

过硫酸铵 2-5份

丙三醇 3-5份

羟丙基甲基纤维素 3-5份

氢氧化钠 10-20份

乙二醇 2-3份

醇酯十二 2-3份

去离子水 28-40份

硫酸铝 3-8份。

2.一种如权利要求1所述的将泥土固化成生态道路的土壤外加剂的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)将甲基硅酸钾、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺投入搅拌机或进入搅拌式反应釜，启动搅拌机或搅拌式反应釜后加入去离子水、丙三醇、过硫酸铵、硫酸铝、聚乙烯醇与氢氧化钠；

2)在室温下搅拌均匀，再通入蒸汽使温度达到94-96℃，并在该温度下搅拌不少于1h后随即停止加热，然后降温至89-91℃，加入乙二醇、醇酯十二，然后在92-95℃的温度下搅拌0.5h后停止通入蒸汽，当温度降至39-41℃时，过滤出料，得到土壤外加剂。

3.根据权利要求2所述的将泥土固化成生态道路的土壤外加剂的制备工艺，其特征在于，步骤1)中，搅拌机采用行星式搅拌机。

4.根据权利要求2所述的将泥土固化成生态道路的土壤外加剂的制备工艺，其特征在于，步骤1)中，搅拌转速为80-120r/min，搅拌时间不少于0.5h。

5.根据权利要求2所述的将泥土固化成生态道路的土壤外加剂的制备工艺，其特征在于，步骤1)中，搅拌速度100r/min。

6.根据权利要求2所述的将泥土固化成生态道路的土壤外加剂的制备工艺，其特征在于，步骤2)中，在加入乙二醇、醇酯十二前，通入蒸汽使温度达到95℃。

7.根据权利要求2所述的将泥土固化成生态道路的土壤外加剂的制备工艺，其特征在于，步骤2)中，醇酯十二为净含量95％以上溶液，乙二醇纯度99％溶液。

8.根据权利要求1所述的将泥土固化成生态道路的土壤外加剂的使用方法，其特征在于，施工时，土壤、水泥、土壤外加剂按照质量比94-95％：4-5.88％:1.2-1.5‰进行混合使用。