CN108275960A - 一种土建材料固化剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固化剂领域，公开了一种土建材料固化剂及制备方法，其技术方案要点是一种土建材料固化剂包括以下原料及各原料的质量份数：矿渣100份，晶种8‑16份，石膏10‑17份，水性树脂20‑27份，熟石灰30‑40份，表面活性剂18‑27份，水泥18‑27份；制备方法为矿渣，石膏，熟石灰研磨混合后加入水性树脂粉末、表面活性剂、水泥、晶种振动混合至均匀即得到土建材料固化剂，提高土建材料固化剂固化所得固化土的抗折性能，避免其受到压力过大时发生脆断。

Description

一种土建材料固化剂及制备方法

技术领域

本发明涉及固化剂领域，特别涉及一种土建材料固化剂及制备方法。

背景技术

土建材料固化剂又称土壤固化剂，其为是一种由多种无机、有机材料合成的用于固化各类土壤的新型节能环保工程材料。它与土壤混合后通过一系列物理化学反应来改变土壤的工程性质，经过土壤固化剂处理过的土壤，其强度、密实度、回弹模量、弯沉值、CBR、剪切强度等性能都得到了很大的提高，从而延长了道路的使用寿命，节省了工程维修成本，经济环境效益俱佳，是当前理想的筑路材料选择。

现有土壤固化剂中固体土壤固化剂的使用情况较为广泛。固体土壤固化剂又分为石灰石水泥类固化剂和矿渣硅酸盐类固化剂两大类，两者的使用方法均为加水后与土壤搅拌混合后得到混合物，混合物内会发生水化反应生成水化产物，将混合物摊铺或灌填使用处，并待其失水固化后形成固化土。

混合物在固化前其内土壤颗粒表面带有负电荷，吸引液体内的阳离子附着与其表面，在相邻土壤颗粒之间形成双电子层，阻碍相邻的土壤颗粒相互聚沉，所得固化土内结构疏松抗折能力差，受到压力过大时会发生脆断。

发明内容

本发明的第一目的是针对现有技术的不足，提供一种土建材料固化剂，可提高固化土的抗折性能，减少其受压脆断的可能。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种土建材料固化剂，包括以下原料及各原料的质量份数：

矿渣100份，

晶种8-16份，

石膏10-17份，

水性树脂20-27份，

熟石灰30-40份，

表面活性剂18-27份

水泥18-27份。

通过采用上述技术方案，土建材料固化剂与土加水后搅合，矿渣中矿渣结晶体、水泥和土壤中的颗粒状矿物质内硅氧聚合链在碱性环境下发生键破坏，并反应生成水化产物；水化产物会在嵌于土壤颗粒外表面上的颗粒状矿物上结晶化生成水化结晶物；

由于颗粒状矿物新生成的结晶化表面和晶体的表面上带有羟基，会吸引水性树脂附着于其表面，减弱土壤颗粒和晶种表面带电，分散在混合物内的其他水性树脂还会破坏并削弱双电子层结构，使得土壤在混合物中形成的胶体被破坏发生聚沉，土壤颗粒、水泥和晶种相互靠拢；同时晶种可降低水化产物由离子变成晶体时的核势垒，诱导水化产物在晶种外表面上结晶化，由此以晶种为原点的晶体不断生长，与相邻的土壤颗粒或水泥上的水化产物结晶抵压粘连且不再分离，防止聚沉过程逆向进行，当混合物排水和失水固化时，混合物内固体颗粒之间紧密贴实，空隙少，提高结构强度，使得获得的固化土内部结构密实、黏连强度高；

再者水性树脂改善固化土弹性，使其可对抗变形，变形后可恢复的性能，

由此所得固化土内部结构密实、黏连强度高，不易脆断，同时具有抗变形、变形后可恢复的性能，进而提高了固化土的抗折性能，防止固化土受压弯折断裂。

作为优选地，所述晶种为硅酸钙晶种。

通过采用上述技术方案，固化剂和土壤颗粒中Ca²⁺较Al³⁺、Mg²⁺的含量较高，生产的水化产物中C-H-S含量最高，选用硅酸钙晶种其诱导结晶化效率高，且所得硅酸钙强度较硅酸铝和硅酸镁硬度较高。

作为优选地，所述石膏为烧石膏。

通过采用上述技术方案，烧石膏结构较稳定且含水量低在混合制作过程中不易因局部高温而失水，保证成分含量稳定；烧石膏在混合物中会吸水并在碱性环境下与土壤颗粒中的Al³⁺反应生成钙钒石，可促进水化产物在土壤颗粒表面结晶化，减少固化剂对土壤颗粒度的依赖，并且由于其含结晶水低，掺水与土壤混合时，其更易随土壤吸收水分而附着于土壤表面，增加钙钒石的产生。

作为优选地，还包括硅烷改性处理得到的疏水改性纳米二氧化硅20-27份。

通过采用上述技术方案，疏水改性纳米二氧化硅作为固化土的补强剂，提高固化土的强度，同时还可加强混合物内水分流动，加强水分扩散和排出，起到加快固化和提高早期固化土强度的作用。

作为优选地，所述水性树脂为水性环氧树脂与水性丙烯酸树脂。

通过采用上述技术方案，水性环氧树脂提高混合物的粘度以及半固化和早期固化土的韧性，增强为固化的固化土的操作性；水性丙烯酸树脂其在水中分散性能优于水性环氧树脂，使得在混合物混合更加均匀，且强化固化土固化后的弹性；同时水性环氧树脂与水性丙烯酸树脂混合使用还可达到减少固化剂土内水性树脂的透水性，防止固化土浸水后分散解离，增强固化土的耐候性，减少固化土使用环境含水量对其抗折能力的影响。

作为优选地，所述表面活化剂选用十二烷基苯磺酸钠。

通过采用上述技术方案，十二烷基苯磺酸钠作为活化剂在混合物中帮助水性树脂分散外，其亲水端吸附与土壤颗粒的表面，其有机端背向土壤颗粒，削弱双电子层结构，破坏土壤由双电子层结构形成的凝胶体系，促进混合物内水的渗透，加快水的扩散和失去，根据固化环境内的含水量渗出多余的水或补充水，固化土内外凝固层次更均匀，提高固化土的整体结构强度。

本发明的第二目的是针对现有技术的不足，提供一种土建材料固化剂的制备方法，其得到的土建材料固化剂活性好，固化时间快。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种土建材料固化剂的制备方法，包括以下步骤；

S1研磨混合：按质量份数将矿渣、石膏、熟石灰和表面活性剂、加入球磨机进行研磨，待其研磨至颗粒粒径在200-400um之间，继续研磨15min且混合均匀后，获得矿物混合物；

S2：将S1获得矿物混合物转至振动混合器，按质量份数加入水性树脂粉末、水泥、研磨至100-200um的晶种，混合至均匀即可得到土建材料固化剂。

通过采用上述技术方案，S1中研磨固体物料在受到冲击、剪切、摩檫等机械力作用后，其内部晶体结构会不规则化和产生多相晶型转变，随着球磨时间的增加，尽管矿渣粒度不再减小，但是颗粒表面仍然可能会产生新的活化点，同时内部产生缺陷和裂纹，使矿渣粉体在碱性水溶液中易于均匀分散，有利于OH-离子进入矿渣发生水化反应；

表面活性剂除其可在土建材料固化剂使用起到加快土建材料固化剂分散，提高混合均匀程度外，在S1中在机械力粉磨的过程中，强烈的机械冲击、剪切、磨削作用和颗粒之间相互的挤压、碰撞作用，表面活性剂促使矿渣玻璃体发生一定程度的解聚，使得玻璃体中的分相结构在一定程度上得到均化，提高矿渣活性；

晶种在振动混合机混合避免晶种在研磨下重结时将部分石膏或熟石灰结合至其表面，影响其诱导结晶化的效果，由此保证所得的土建材料固化剂活性好，固化时间快。

作为优选地，还包括步骤S0预处理，所述水性树脂粉末由水性树脂颗粒与疏水改性纳米二氧化硅按质量份数配比混合磨制而成。

通过采用上述技术方案，混合磨制过程中，疏水改性纳米二氧化硅作为助磨剂加快水性树脂颗粒碾磨，细化得到的水性树脂粉末，有利于水性树脂分散，同时稀释碾磨时水性树脂粉末的含量，避免碾磨局，防止研磨的局部高温时使得水性树脂发生自聚反应。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.土建材料固化剂固化得到的固化土内部结构密实、黏连强度高、具有抗变形、变形后可恢复的性能，提高了固化土的抗折性能，防止受压弯折脆断；

2.水性树脂为水性环氧树脂与水性丙烯酸树脂，还可达到减少固化剂土内水性树脂的透水性，防止固化土浸水后分散解离，增强固化土的耐候性，减少固化土使用环境含水量对其抗折能力的影响；

3.研磨得矿渣在发生内部结晶体的重结，提高矿渣的活性；水性树脂粉末、表面活性剂、水泥、晶种不与矿渣一同研磨，防止研磨的局部高温后降低水性树脂粉末、表面活性剂的效果，由此保证所得的土建材料固化剂活性好，固化时间快。

附图说明

图1为土建材料固化剂的制备方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图1对本发明作进一步详细说明。

实施例1，

一种土建材料固化剂的制备方法，包括以下步骤；

S1研磨混合：按质量份数将矿渣100份，石膏10份，熟石灰30份和表面活性剂18份加入球磨机进行研磨，待其研磨至颗粒粒径在200-400um之间且混合均匀时获得矿物混合物；

S2：将S1获得矿物混合物转至振动混合器，按质量份数加入水性树脂粉末(含水性树脂20份)、水泥18份、研磨至100-200um的晶种8份，混合至均匀即可得到土建材料固化剂。

其中石膏选用烧石膏，水性树脂为水性丙烯酸树脂，晶种为硅酸钙，表面活化剂选用十二烷基苯磺酸钠，疏水改性纳米二氧化硅为化学处理改性气相白炭黑，其来源自宜昌汇富硅材料有限公司的商品HB-151或HB-612或HB-615气相白炭黑。

实施例2A-2F，

在实施例1的基础上，改变晶种和水性树脂的加入量，获得多组土建材料固化剂。

对比例1，

在实施例1的基础上，不加入晶种，获得土建材料固化剂。

对比例2，

在实施例1的基础上，不加入水性树脂，获得多组土建材料固化剂。

对比例3，

在实施例1的基础上，不加入晶种和水性树脂，获得多组土建材料固化剂。

抗折试验：使用实施例1、实施例2A-2F和对比例1-3所获得的土建材料固化剂固化土壤，得到150mm×150mm×550mm的固化土试件，并养护25天后参考标准G/T50081-2016中抗折强度试验的试验步骤对固化土试件进行使用抗折试验，试验结果如下表，

由上可知，土壤固化剂同时添加晶种和水性树脂可显著提高得到的固化土抗折性能。

实施例3A-3C，

在实施例1的基础上，晶种改为钙钒石或水镁石或硅酸钠，获得两组土建材料固化剂。并进行抗折试验，试验结果如下表，

	实施例3A	3B	3C
				晶种类型	钙钒石	水镁石	硅酸钠
抗折强度/MPa	3.8	3.7	3.8

由上可知，晶种优选为硅酸钙时对固化土的抗折强度提高较好。

实施例4，

在实施例1的基础上，石膏改为硬石膏，获得两组土建材料固化剂。并进行抗折试验，抗折强度为3.9MPa。

对比实施例1和实施例4可知，石膏优选为烧石膏。

实施例5，

在实施例1的基础上，改变土建材料固化剂各原料质量份数，矿渣均为100份，获得多组土建材料固化剂。并进行抗折试验，试验结果如下表，

由上可知，矿渣质量份数为100份时，晶种质量份数控制在8-16份，石膏质量份数控制在10-17份，水性树脂质量份数控制在20-27份，熟石灰质量份数控制在30-40份，表面活性剂质量份数控制在18-27份，水泥质量份数控制在18-27份，由此获得的土建材料固化剂制得的固化土抗折强度较好且稳定。

实施例6，

在实施例1的基础上，还包括S0预处理：将20份水性树脂颗粒与20份疏水改性纳米二氧化硅按质量份数配比混合磨制8min，得到水性树脂粉末并使用，获得土建材料固化剂。

实施例7，

在实施例6的基础上，改变S0预处理中水性树脂颗粒与疏水改性纳米二氧化硅的添加量，获得多组的水性树脂粉末并使用，获得多组土建材料固化剂。

对实施例1、实施例6和实施例7中其水性树脂粉末颗粒粒径进行检测、抗折试验和固化时间检测。检测和试验结果如下表，

由上可知，土建材料固化剂中对水性树脂预处理和加入疏水改性纳米二氧化硅均可提高固化土抗折强度和减少固化时间。

实施例8A-8B，

在实施例1的基础上，水性树脂分别选为水性环氧树脂、水性环氧树脂和水性丙烯酸树脂质量比1.5∶1的混合树脂。进行抗折试验和固化时间检测，试验和检测结果如下，

	实施例8A	实施例8B
			水性树脂	水性环氧树脂	混合树脂
抗折强度/MPa	4.04	4.6
			固化时间/h	32	33

由上可知，水性树脂为水性环氧树脂或包括水性环氧树脂可加快固化土固化，且优选水性丙烯酸树脂和水性环氧树脂的混合树脂时，可提高固化土抗折强度。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种土建材料固化剂，其特征在于，包括以下原料及各原料的质量份数：

矿渣100份，

晶种8-16份，

石膏10-17份，

水性树脂20-27份，

熟石灰30-40份，

表面活性剂18-27份

水泥18-27份。

2.根据权利要求1所述的一种土建材料固化剂，其特征在于，所述晶种为硅酸钙晶种。

3.根据权利要求1所述的一种土建材料固化剂，其特征在于，所述石膏为烧石膏。

4.根据权利要求1所述的一种土建材料固化剂及制备方法，其特征在于，还包括硅烷改性处理得到的疏水改性纳米二氧化硅20-27份。

5.根据权利要求1所述的一种土建材料固化剂及制备方法，其特征在于，所述水性树脂为水性环氧树脂与水性丙烯酸树脂。

6.根据权利要求1所述的一种土建材料固化剂及制备方法，其特征在于，所述表面活化剂选用十二烷基苯磺酸钠。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种土建材料固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；

S1研磨混合：按质量份数将矿渣、石膏、熟石灰和表面活性剂、加入球磨机进行研磨，待其研磨至颗粒粒径在200-400um之间，继续研磨15min且混合均匀后，获得矿物混合物；

S2：将S1获得矿物混合物转至振动混合器，按质量份数加入水性树脂粉末、水泥、研磨至100-200um的晶种，混合至均匀即可得到土建材料固化剂。

8.根据权利要求7所述的一种土建材料固化剂的制备方法，其特征在于，还包括步骤S0预处理，所述水性树脂粉末由水性树脂颗粒与疏水改性纳米二氧化硅按质量份数配比混合磨制而成。