CN107868663B - 一种用于道路工程的土壤固化剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于道路工程的土壤固化剂及其应用，属于建筑材料领域。所述土壤固化剂其由重量百分比2‑6％的高分子聚合物、5‑15％的增强剂、1‑5％的分散剂、1‑5％的表面活性剂，余量为水组成。

Description

一种用于道路工程的土壤固化剂

技术领域

本发明涉及一种用于道路工程的土壤固化剂及其应用，属于建筑材料领域。

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。随着土壤固化剂的应用，在道路建设、滩涂造地、河湖治理、水利工程、农田建设等多方面得到了应用。例如，在道路工程建设中，传统工艺方法要使用大量的砂石料，然而，随着我国建设的发展和环境保护的要求，不少地区开山取石，砂石生产与环境的矛盾日益突出，砂石供应日益困难，同时大大提高了建设费用。而采用土壤固化剂，可充分利用原地土，不用或少用砂石料。不仅施工方便、提高了工程质量，而且节约资源、减少工程费用。

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无机类固化剂、离子类固化剂、有机类固化剂和生物酶类固化剂。

无机类固化剂多集中于对水泥、石灰、矿渣等传统固化材料的改型、改性，使之成为具有综合稳定性能的固化材料。而离子固化剂(ISS) 是一种由多个强离子组合而成的化学物质，一般为水溶剂并具粘滞性。此类固化剂用水稀释后可产生强大的离子作用，使溶液呈高导电性，与土壤混合后，将与土壤颗粒表面吸附的活性阳离子进行强烈交换，促使土壤扩散层厚度减薄，电位势下降，联结加强，同时使土壤失去对水的静电吸引力，从而释放出束缚在吸附层和扩散层内的结合水，将土壤的亲水性变为疏水性，从而使土易于压实形成结构稳定的整体板块。

生物酶类固化剂通过向土壤加入固化酶，是土体中有机和无机物质会以较快的速度产生密实的、坚硬的结构层，并变得十分紧密而产生屏蔽作用，从而防止因吸收水分膨胀而降低密度。

有机类固化剂其包括多种树脂、纤维、表面活性剂等类固化剂。其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。

目前在我国的土壤固化剂研究方面，主要集中在无机类固化剂的研究及应用较多，而有机固化剂研究较少，但有机固化剂逐渐成为本领域的研究热点，例如，专利CN2009100585029公开了一种有机土壤固化剂，其由丙烯酸树脂、钙盐、矿物油、纤维素和水组成，但该固化剂在实际应用中具有早期强度和抗压强度低、抗水性能比较差的缺点，并且由于我国幅员辽阔，土壤类型多样化，该固化剂对于粗颗粒含量较多的土壤固化效果较差；另外该固化剂稳定性较差，不便于运输。

发明内容

本发明的第一方面是提供一种土壤固化剂，其由重量百分比2-6％的高分子聚合物、5-15％的增强剂、1-5％的分散剂、1-5％的表面活性剂，余量为水组成。

在一个实施方案中，所述高分子聚合物为热固性丙烯酸树脂和水性环氧树脂，热固性丙烯酸树脂和水性环氧树脂质量比为1-3：1，优选为2：1。

在另一个实施方案中，所述增强剂为硫酸钙、甲酸钙或氯化钙中的一种或多种，优选为氯化钙和甲酸钙组成，质量比为2：1。

在又一个实施方案中，所述分散剂为纤维素和聚乙二醇，所述纤维素和聚乙二醇的质量比为1：1；所述纤维素选自甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素或羧甲基纤维素中的一种，优选为羟丙基甲基纤维素；所述聚乙二醇为聚乙二醇400。

在又一个实施方案中，所述表面活性剂为木质素磺酸钠。

在进一步地实施方案中，所述土壤固化剂由重量百分比4％的高分子聚合物、7％的增强剂、2％的分散剂、1％的表面活性剂，余量为水组成。

本发明的第二方面是提供所述土壤固化剂在道路工程中的应用。

在本发明中，所述土壤固化剂和水泥配合使用，在应用过程中，热固性丙烯酸树脂和水性环氧树脂与土壤中的碱以水合形式发生特性反应，而逐步发生聚合和粘稠反应，在聚乙二醇的辅助下，高分子物质之间形成相互交联的网格状聚合物链，包裹联结土壤颗粒并且填充颗粒空隙，同时，这种高分子固化材料形成的凝胶化合物还填充在水泥以及土壤固化剂中的钙盐在水的作用下生成的凝胶状水化物和土体单元之间，而氯化钙和甲酸钙的配合使用可以有效提高土层的早期抗压强度和无侧限抗压强度。木质素磺酸钠不仅作为表面活性剂提高土壤固化剂的渗透深度，并且其作为阴离子表面活性剂可以与土壤中阳离子进行置换，降低土壤胶粒电势，同时使土壤失去对水的静电吸引力，从而释放出束缚在吸附层和扩散层内的结合水，将土壤的亲水性变为疏水性，从而使土易于压实形成结构稳定的整体板块。进一步地，本发明还发现使用木质素磺酸钠后土壤固化剂的稳定性和抗冻性也有了明显改善。

具体实施方式

还可进一步通过实施例来理解本发明，其中所述实施例说明了一些制备或使用方法。然而，要理解的是，这些实施例不限制本发明。现在已知的或进一步开发的本发明的变化被认为落入本文中描述的和以下要求保护的本发明范围之内。

实施例1-6

按照下表所列组分和重量百分比进行物理混合即可，具体如下：

所述高分子聚合物为热固性丙烯酸树脂和水性环氧树脂，热固性丙烯酸树脂和水性环氧树脂质量比为1-3：1，优选为2：1。

在另一个实施方案中，所述增强剂为硫酸钙、甲酸钙或氯化钙中的一种或多种，优选为氯化钙和甲酸钙组成，质量比为2：1。

在又一个实施方案中，所述分散剂为纤维素和聚乙二醇，所述纤维素和聚乙二醇的质量比为1：1；所述纤维素选自甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素或羧甲基纤维素中的一种，优选为羟丙基甲基纤维素；所述聚乙二醇为聚乙二醇400。

在又一个实施方案中，所述表面活性剂为木质素磺酸钠。

由重量百分比2-6％的高分子聚合物、5-15％的增强剂、1-5％的分散剂、 1-5％的表面活性剂，余量为水组成。

在进一步地实施方案中，所述土壤固化剂由重量百分比4％的高分子聚合物、8％的增强剂、2％的分散剂、1％的表面活性剂，余量为水组成。

试验例1无侧限抗压强度测定

按照《公路土工试验规程》(JTGE40-2007)规定，用四分法取代表性土样3000g，因为土样中含有黏土粒，采用水筛分析的方法，进行颗粒分析试验，试验结果如下：

1、土样1

①粗粒组含量：小于60mm颗粒占土质总质量100％，大于0.075mm 颗粒占总土质量48.9％

②粗粒组中砾粒组含量：60～2mm颗粒占总土质量19.7％

③粗粒组中砂粒组含量：2～0.075mm颗粒占总土质量29.2％

④细粒组含量：小于0.075颗粒占总土质量51.1％

2、土样2

①粗粒组含量：小于60mm颗粒占土质总质量100％，大于0.075mm 颗粒占总土质量77.8％

②粗粒组中砾粒组含量：60～2mm颗粒占总土质量20.7％

③粗粒组中砂粒组含量：2～0.075mm颗粒占总土质量57.1％

④细粒组含量：小于0.075颗粒占总土质量22.2％

3、土样3

①粗粒组含量：小于60mm颗粒占土质总质量100％，大于0.075mm 颗粒占总土质量78.4％

②粗粒组中砾粒组含量：60～2mm颗粒占总土质量49.0％

③粗粒组中砂粒组含量：2～0.075mm颗粒占总土质量29.4％

④细粒组含量：小于0.075颗粒占总土质量21.6％

分别将实施例1-6制备的土壤固化剂与水泥添加到上述土样1-3中，具体重量比为4％的土壤固化剂、6％的水泥和90％的土样。按照常规的固化剂加固土的工程实施方法制备试件，参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51-2009进行。温度20℃±2℃，相对湿度95％以上的条件下，保湿养生6d、浸水1d后的7d无侧限抗压强度和浸水吸水率，具体结果如下：

对比例1为专利CN2009100585029说明书实施例三制备的土壤固化剂

试验例2冻稳定性试验

将试验例1获得的试件，浸水1天后，在-20度冰箱内冷冻12小时，取出在室温和相对湿度94％的环境下融12小时，经10次冻融循环后，测定抗压强度，计算强度损失比(强度损失比＝(未冻融抗压强度-冻融后抗压强度)/未冻融抗压强度×100％)，具体结果如下：

对比例1为专利CN2009100585029说明书实施例三制备的土壤固化剂

试验例3土壤固化剂稳定性试验

将实施例1-6制备的土壤固化剂置于-20度冰箱冷冻16小时，然后置于室温完全溶解，反复冻融10次后，按照试验例1的方法测定试件的7d 无侧限抗压强度，具体结果如下：

对比例1为专利CN2009100585029说明书实施例三制备的土壤固化剂对比例2为本发明实施例1，区别在于组分中去除木质素磺酸钠

本发明内容仅仅举例说明了要求保护的一些具体实施方案，其中一个或更多个技术方案中所记载的技术特征可以与任意的一个或多个技术方案相组合，这些经组合而得到的技术方案也在本申请保护范围内，就像这些经组合而得到的技术方案已经在本发明公开内容中具体记载一样。

Claims (2)

1.一种土壤固化剂，其特征在于，由重量百分比2.7％的热固性丙烯酸树脂、1.3％的水性环氧树脂、5.3％的氯化钙、2.7％的甲酸钙、1％的羟丙基甲基纤维素、1％的聚乙二醇400、1％的木质素磺酸钠，余量为水组成。

2.权利要求1所述土壤固化剂在道路工程中的应用。