CN106929029A - 一种新型夯土墙专用土壤固化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于新型环保建筑材料领域，具体涉及一种新型夯土墙专用土壤固化剂及其制备方法。所述新型夯土墙专用土壤固化剂，其特征在于：包括的原料为水泥熟料、生石灰、矿物掺合料和外加剂，其重量比为：40‑50:18‑22:25‑37:3‑5；所述外加剂包括三异丙醇胺、丙三醇、硫酸钠、磷酸二氢钾、氟表面活性剂、硬脂酸钠、硅氧烷、甲酸钙、聚丙烯酰胺和水。所述土壤固化剂具有掺量少、造价低、强度高、耐候性强、抗风及水侵蚀性强、抗开裂性强等特点。

Description

一种新型夯土墙专用土壤固化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于新型环保建筑材料领域，具体涉及一种新型夯土墙专用土壤固化剂及其制备方法。

背景技术

夯土是一种历史悠久、应用广泛的生土建造技术。生土墙体材料具有取材方便，造价低廉，热工性能好，防火隔音、自动调节温湿的特点，能耗仅为烧结粘土砖生产能耗的1％，是生态型建筑材料，为居住空间创造了舒适环境，并且在服役结束后能够重新回归自然。但是，传统生土材料的强度低、耐水性差、易开裂、易风蚀水蚀导致老化，致使生土建筑在抗震、抗水和抗开裂性方面存在先天性不足，而且人们对生土材料性质和生土建筑建造过程缺乏足够的科学认知，这极大地妨碍了生土建筑质量的提高。如何对生土墙体材料进行改性，增强其耐水性能和力学性能，提高生土建筑的使用年限，成为生土墙体材料应用发展必须首先解决的技术问题。

土壤固化剂应用技术和传统夯土技术的有效结合为现代新型夯土墙技术的蓬勃发展迎来了春天。土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用以固化各类土壤的新型节能环保工程材料。对于需加固的土壤，根据各类土壤的物理和化学性质，掺入一定比例的固化剂，经拌匀、压实处理，即可达到一定的性能指标。然而国内目前市面上的土壤固化剂都是修筑路基用的，路基覆盖在路面层之下，对固化剂没有抗风及水侵蚀性、耐候性、抗开裂性、外观舒适性等要求。强度要求也不高。一般的路基要求7天无侧限抗压强度达到1到3兆帕即可。但夯土墙却对改性材料提出了更高的要求。夯土墙裸露在空气中，要经受气候的考验，更容易遭遇风蚀、水蚀以及人类活动的扰动。必须具备更高的抗压强度、耐候性、抗开裂性和耐侵蚀性才能免遭损坏。而且为了不影响夯土墙的透气性能，一般情况下，夯土墙就是清水墙，不会进行二次外观修饰和处理，这就对夯土墙颜色外观的舒适性提出了更高的要求。

如果把修筑路基用的土壤固化剂直接应用到夯土墙上会遇到以下几个问题：一是夯土墙抗压强度和颜色外观的矛盾。路用型固化剂及水泥、石灰等胶凝材料掺量超过6％一般就会改变夯土墙的颜色，颜色会变成灰黑色。掺量越大，夯土墙颜色越灰暗。这严重影响了夯土墙外观的舒适性。但如果掺量低于或等于6％，则夯土墙的无侧限抗压强度又偏小，根本无法满足现实中新型夯土墙对土壤固化剂等改性材料抗压强度的要求。这成了一个矛盾体。二是夯土墙对土壤固化剂等改性剂抗风及水侵蚀性、耐候性、抗开裂性的要求，筑路用的土壤固化剂根本无法满足。

发明内容

为了解决现有筑路用的土壤固化剂在新型夯土墙应用上的不足，本发明提供了一种新型夯土墙专用土壤固化剂及其制备方法，所述土壤固化剂具有掺量少、造价低、强度高、耐候性强、抗风及水侵蚀性强、抗开裂性强等特点。

本发明所采用的技术方案为：

一种新型夯土墙专用土壤固化剂，包括的原料为水泥熟料、生石灰、矿物掺合料和外加剂，其重量比为：40-50:18-22:25-37:3-5；所述外加剂包括三异丙醇胺、丙三醇、硫酸钠、磷酸二氢钾、氟表面活性剂、硬脂酸钠、硅氧烷、甲酸钙、聚丙烯酰胺和水。

进一步的，所述新型夯土墙专用土壤固化剂包括的原料为水泥熟料、生石灰、矿物掺合料、外加剂，其重量比为：45:20:30:4。

进一步的，所述矿物掺合料为粉煤灰、水淬矿渣、微硅粉、铝粉中的一种或至少两种的组合。

所述水泥熟料为硅酸盐水泥熟料，其主要化学成分为氧化钙、二氧化硅和少量的氧化铝和氧化铁。所述生石灰钙含量≥50％。

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂。所述水淬矿渣为高炉水淬矿渣。

微硅粉也叫硅灰或称凝聚硅灰，是铁合金在冶炼硅铁和工业硅时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO₂和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。

铝粉俗称“银粉”，即银色的金属颜料，主要成份是三氧化二铝，以纯铝箔加入少量润滑剂，经捣击压碎为粉末，再经抛光而成。

进一步的，所述外加剂包括如下重量份的原料组成：15-20份三异丙醇胺、10-15份丙三醇、10-15份硫酸钠、5-10份磷酸二氢钾、0.3份氟表面活性剂、10-12份硬脂酸钠、10-15份硅氧烷、1-4份甲酸钙、1-5份聚丙烯酰胺和3.7-27.7份水。

进一步的，所述外加剂包括如下重量份的原料组成：18份三异丙醇胺、13份丙三醇、14份硫酸钠、8份磷酸二氢钾、0.3份氟表面活性剂、11份硬脂酸钠、13份硅氧烷、3份甲酸钙、3份聚丙烯酰胺和16.7份水。

本发明还提供一种上述的新型夯土墙专用土壤固化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将水加入反应器中，搅拌过程中，加入氟表面活性剂，搅拌3-8分钟，加入三异丙醇胺，得到第一混合物；

步骤2、将步骤1所得第一混合物继续搅拌10-15分钟，加入丙三醇、硫酸钠和、磷酸二氢钾，得到第二混合物；

步骤3、将步骤2所得第二混合物继续搅拌15-20分钟，加入硅氧烷、硬脂酸钠和聚丙烯酰胺，得到第三混合物；

步骤4、将步骤3所得第三混合物边搅拌边加热到85-90摄氏度，最后加入甲酸钙；搅拌20-30分钟后，冷却至室温，得到外加剂；

步骤5、将水泥熟料、生石灰、矿物掺合料和步骤4所得外加剂均匀掺和，得到所述土壤固化剂。

进一步的，步骤1中所述搅拌的速度为600-800转/分。步骤2和步骤3中搅拌的速度为600-800转/分。步骤4中，加入甲酸钙后搅拌速度为200-500转/分。步骤5中，所述掺合后，在球磨机中粉磨至比表面积3000-5000㎡/kg，得到所述土壤固化剂。

本发明提供的新型夯土墙专用土壤固化剂由于加入了外加剂和矿物掺合料，可以减少水泥用量，降低成本；促进水泥熟料水化，降低水化热，抑制开裂；提高固化土的强度、密实度、抗渗性、耐候性、抗风及水的侵蚀性；所述土壤固化剂和土有良好的兼容性，不改变夯土墙的透气性和热工性能，不改变土的原色，不影响夯土墙外观的舒适性。能确保夯土墙原汁原味的乡土本色。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实施例1

一种新型夯土墙专用土壤固化剂，包括的原料为45吨水泥熟料、18吨生石灰、10吨高炉水淬矿渣、10吨微硅粉、10吨铝粉和4吨外加剂。所述外加剂原料包括：720公斤三异丙醇胺、520公斤丙三醇、560公斤硫酸钠、320公斤磷酸二氢钾、12公斤FSN-100氟表面活性剂、440公斤硬脂酸钠、520公斤硅氧烷、120公斤甲酸钙、120公斤聚丙烯酰胺和668公斤水。

其制备方法包括如下步骤：

步骤1、称取668公斤水加入反应器中，以600转/分的速度中速搅拌，搅拌过程中，加入12公斤FSN-100氟表面活性剂，搅拌3分钟，缓慢加入720公斤三异丙醇胺，得到第一混合物；

步骤2、将步骤1所得第一混合物以800转/分的速度继续搅拌15分钟，加入520公斤丙三醇、560公斤硫酸钠、320公斤磷酸二氢钾，得到第二混合物。

步骤3、将步骤2所得第二混合物以800转/分的速度继续搅拌10分钟，加入520公斤硅氧烷、440公斤硬脂酸钠和120公斤聚丙烯酰胺，得到第三混合物。

步骤4、将步骤3所得第三混合物边搅拌边加热到85摄氏度，最后加入120公斤甲酸钙；以200转/分的速度低速搅拌30分钟后，冷却至室温，得到外加剂；

步骤5、称取45吨水泥熟料、18吨生石灰、10吨高炉水淬矿渣、10吨微硅粉、10吨铝粉和4吨外加剂均匀掺和，并在球磨机中粉磨至勃式比表面积3000-5000㎡/kg，得到所述土壤固化剂。

将实施例1制备的土壤固化剂按15％的掺量掺和到土里，然后加水混合搅拌均匀，用夯土机按每层松铺20厘米的厚度夯至完全密实。常温下养护7天。经检测，采用该系列土壤固化剂成型的各类土质的固化体的无侧限抗压强度可达13MPa以上，渗透系数小于10-8cm/s，冻融循环次数达45次以上。

实施例2

一种新型夯土墙专用土壤固化剂，包括的原料为50吨水泥熟料、20吨生石灰、25吨高炉水淬矿渣和5吨外加剂；所述外加剂原料包括：1吨三异丙醇胺、750公斤丙三醇、750公斤硫酸钠、500公斤磷酸二氢钾、15公斤FSN-100氟表面活性剂、600公斤硬脂酸钠、750公斤硅氧烷、200公斤甲酸钙、250公斤聚丙烯酰胺和185公斤水。

其制备方法包括如下步骤：

称取185公斤去离子水加入反应器中，以600转/分的速度中速搅拌，缓慢加入15公斤FSN-100氟表面活性剂，搅拌5分钟，缓慢加入1吨三异丙醇胺，搅拌10分钟，缓慢加入750公斤丙三醇，750公斤硫酸钠和500公斤磷酸二氢钾，中速搅拌15分钟，缓慢加入750公斤硅氧烷，600公斤硬脂酸钠和250公斤聚丙烯酰胺，边搅拌边加热到90摄氏度，最后缓慢加入200公斤甲酸钙。以200转/分的速度低速搅拌20分钟后敞开反应器盖子，让其慢慢冷却至室温，形成外加剂。

称取50吨水泥熟料、20吨生石灰、高炉水淬矿渣25吨、外加剂5吨。均匀掺和分批在球磨机中粉磨至勃式比表面积3000-5000㎡/kg，制成所述土壤固化剂。

将实施例2制备的土壤固化剂按15％的掺量掺和到土里，然后加水混合搅拌均匀，用夯土机按每层松铺20厘米的厚度夯至到完全密实。常温下养护7天。经检测，采用该系列土壤固化剂成型的各类土质的固化体的无侧限抗压强度可达15MPa以上，渗透系数小于10-8cm/s，冻融循环次数达50次以上。

实施例3

一种新型夯土墙专用土壤固化剂，包括的原料为40吨水泥熟料、20吨生石灰、20吨高炉水淬矿渣、15吨粉煤灰和5吨外加剂；所述外加剂的原料包括：750公斤三异丙醇胺、500公斤丙三醇、750公斤硫酸钠、500公斤磷酸二氢钾、15公斤FSN-100氟表面活性剂、600公斤硬脂酸钠、750公斤硅氧烷、200公斤甲酸钙、600公斤聚丙烯酰胺和685公斤水。生产100吨土壤固化剂。

其制备方法包括如下步骤：

称取685公斤去离子水加入反应器中，中速搅拌，缓慢加入15公斤FSN-100氟表面活性剂，搅拌5分钟，缓慢加入750公斤三异丙醇胺，搅拌10分钟，缓慢加入500公斤丙三醇，750公斤硫酸钠和500公斤磷酸二氢钾，中速搅拌15分钟，缓慢加入750公斤硅氧烷，600公斤硬脂酸钠和250公斤聚丙烯酰胺，边搅拌边加热到90摄氏度，最后缓慢加入200公斤甲酸钙。低速搅拌20分钟后敞开反应器盖子，让其慢慢冷却至室温，形成外加剂。

称取40吨水泥熟料、20吨生石灰、高炉水淬矿渣20吨、粉煤灰15吨、外加剂5吨。均匀掺和分批在球磨机中粉磨至勃式比表面积3000～5000㎡/kg，制成所述土壤固化剂。

将实施例3制备的土壤固化剂按15％的掺量掺和到土里，然后加水混合搅拌均匀，用夯土机按每层松铺20厘米的厚度夯至到完全密实。常温下养护7天。经检测，采用该系列土壤固化剂成型的各类土质的固化体的无侧限抗压强度可达10MPa以上，渗透系数小于10-8cm/s，冻融循环次数达40次以上。

实施例4

一种新型夯土墙专用土壤固化剂，包括的原料为40吨水泥熟料、20吨生石灰、20吨高炉水淬矿渣、17吨粉煤灰和3吨外加剂；所述外加剂的原料包括：450公斤三异丙醇胺、300公斤丙三醇、450公斤硫酸钠、300公斤磷酸二氢钾、9公斤FSN-100氟表面活性剂、360公斤硬脂酸钠、450公斤硅氧烷、120公斤甲酸钙、150公斤聚丙烯酰胺和411公斤水。生产100吨土壤固化剂。

其制备方法包括如下步骤：

称取411公斤去离子水加入反应器中，中速搅拌，缓慢加入9公斤FSN-100氟表面活性剂，搅拌5分钟，缓慢加入450公斤三异丙醇胺，搅拌10分钟，缓慢加入300公斤丙三醇，450公斤硫酸钠和300公斤磷酸二氢钾，中速搅拌15分钟，缓慢加入450公斤硅氧烷，360公斤硬脂酸钠和150公斤聚丙烯酰胺，边搅拌边加热到90摄氏度，最后缓慢加入120公斤甲酸钙。低速搅拌20分钟后敞开反应器盖子，让其慢慢冷却至室温，形成外加剂。

称取40吨水泥熟料，20吨生石灰，高炉水淬矿渣20吨，粉煤灰17吨，外加剂3吨。均匀掺和分批在球磨机中粉磨至勃式比表面积3000～5000㎡/kg，制成所述土壤固化剂。

将实施例4制备的土壤固化剂按15％的掺量掺和到土里，然后加水混合搅拌均匀，用夯土机按每层松铺20厘米的厚度夯至到完全密实。常温下养护7天。经检测，采用该系列土壤固化剂成型的各类土质的固化体的无侧限抗压强度可达7MPa以上，渗透系数小于10-8cm/s，冻融循环次数达30次以上。

实施例5

一种新型夯土墙专用土壤固化剂，包括的原料为42吨水泥熟料、22吨生石灰、10吨高炉水淬矿渣、20吨粉煤灰和3吨外加剂；所述外加剂的原料包括：600公斤三异丙醇胺、450公斤丙三醇、300公斤硫酸钠、150公斤磷酸二氢钾、9公斤FSN-100氟表面活性剂、300公斤硬脂酸钠、300公斤硅氧烷、30公斤甲酸钙、30公斤聚丙烯酰胺和831公斤水。

其制备方法包括如下步骤：

称取831公斤去离子水加入反应器中，中速搅拌，缓慢加入9公斤FSN-100氟表面活性剂，搅拌5分钟，缓慢加入600公斤三异丙醇胺，搅拌10分钟，缓慢加入450公斤丙三醇，300公斤硫酸钠和150公斤磷酸二氢钾，中速搅拌15分钟，缓慢加入300公斤硅氧烷，300公斤硬脂酸钠和30公斤聚丙烯酰胺，边搅拌边加热到90摄氏度，最后缓慢加入30公斤甲酸钙。低速搅拌20分钟后敞开反应器盖子，让其慢慢冷却至室温，形成外加剂。

称取42吨水泥熟料、22吨生石灰、高炉水淬矿渣10吨、粉煤灰20吨、外加剂3吨。均匀掺和分批在球磨机中粉磨至勃式比表面积3000～5000㎡/kg，制成所述土壤固化剂。

将实施例5制备的土壤固化剂按15％的掺量掺和到土里，然后加水混合搅拌均匀，用夯土机按每层松铺20厘米的厚度夯至到完全密实。常温下养护7天。经检测，采用该系列土壤固化剂成型的各类土质的固化体的无侧限抗压强度可达6MPa以上，渗透系数小于10-8cm/s，冻融循环次数达35次以上。

实验证明，添加本发明提供的新型夯土墙专用土壤固化剂的夯土墙强度能够达到6到15兆帕，并且不怕水浸泡，不怕冻融，最大的特点在于无毒无害，保持高强度的同时能保证夯土墙的透气性和颜色的自然性。

该土壤固化剂可以充分激发矿物质材料与土体各种物理、化学和物理化学反应，使得固化土的工程性能大大改善，强度增大，干缩性降低，耐久性增强。可广泛应用于道路基础、渠道防渗、新型夯土墙、仿夯土黄泥抹面等领域。可提高固化土的强度、密实度、抗渗性、耐候性、抗风及水的侵蚀性。远超过传统无机材料固化土的强度，且施工方便，无污染，材料廉价易得，在用于修筑新型夯土墙时掺量少，但强度更高，抗开裂，耐候性更强、抗风及水侵蚀性强。最重要的是它和土有良好的兼容性，不改变夯土墙的透气性和热工性能，不改变土的原色，不影响夯土墙外观的舒适性。能确保夯土墙原汁原味的乡土本色。能满足土壤固化剂国家标准(CJ/T 3073-1998)的相关要求，且性能更优。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其配方或组份上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型夯土墙专用土壤固化剂，其特征在于：包括的原料为水泥熟料、生石灰、矿物掺合料和外加剂，其重量比为：40-50:18-22:25-37:3-5；所述外加剂的原料包括三异丙醇胺、丙三醇、硫酸钠、磷酸二氢钾、氟表面活性剂、硬脂酸钠、硅氧烷、甲酸钙、聚丙烯酰胺和水。

2.根据权利要求1所述的新型夯土墙专用土壤固化剂，其特征在于：包括的原料为水泥熟料、生石灰、矿物掺合料、外加剂，其重量比为：45:20:30:4。

3.根据权利要求1所述的新型夯土墙专用土壤固化剂，其特征在于：所述矿物掺合料为粉煤灰、水淬矿渣、微硅粉、铝粉中的一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求1所述的新型夯土墙专用土壤固化剂，其特征在于：所述外加剂包括如下重量份的原料组成：15-20份三异丙醇胺、10-15份丙三醇、10-15份硫酸钠、5-10份磷酸二氢钾、0.3份氟表面活性剂、10-12份硬脂酸钠、10-15份硅氧烷、1-4份甲酸钙、1-5份聚丙烯酰胺和3.7-27.7份水。

5.根据权利要求1所述的新型夯土墙专用土壤固化剂，其特征在于：所述外加剂包括如下重量份的原料组成：18份三异丙醇胺、13份丙三醇、14份硫酸钠、8份磷酸二氢钾、0.3份氟表面活性剂、11份硬脂酸钠、13份硅氧烷、3份甲酸钙、3份聚丙烯酰胺和16.7份水。

6.权利要求1-5任一所述的新型夯土墙专用土壤固化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、将水加入反应器中，搅拌过程中，加入氟表面活性剂，搅拌3-8分钟，加入三异丙醇胺，得到第一混合物；

步骤2、将步骤1所得第一混合物继续搅拌10-15分钟，加入丙三醇、硫酸钠和、磷酸二氢钾，得到第二混合物；

步骤3、将步骤2所得第二混合物继续搅拌15-20分钟，加入硅氧烷、硬脂酸钠和聚丙烯酰胺，得到第三混合物；

步骤4、将步骤3所得第三混合物边搅拌边加热到85-90摄氏度，最后加入甲酸钙；搅拌20-30分钟后，冷却至室温，得到外加剂；

步骤5、将水泥熟料、生石灰、矿物掺合料和步骤4所得外加剂均匀掺和，得到所述土壤固化剂。

7.根据权利要求6所述的新型夯土墙专用土壤固化剂的制备方法，其特征在于：步骤1中所述搅拌的速度为600-800转/分。

8.根据权利要求6所述的新型夯土墙专用土壤固化剂的制备方法，其特征在于：步骤2和步骤3中搅拌的速度为600-800转/分。

9.根据权利要求6所述的新型夯土墙专用土壤固化剂的制备方法，其特征在于：步骤4中，加入甲酸钙后搅拌速度为200-500转/分。

10.根据权利要求6所述的新型夯土墙专用土壤固化剂的制备方法，其特征在于：步骤5中，所述掺合后，在球磨机中粉磨至比表面积3000-5000㎡/kg，得到所述土壤固化剂。