CN108300483A - 一种滩涂软土加固剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种滩涂软土加固剂及其制备方法，属于软土治理领域。该滩涂软土加固剂包括配合使用的主固化剂和固化助剂，主固化剂按重量份数计包括：地质聚合物浆体40～60份、粉煤灰颗粒5～10份、聚乙烯醇1～3份、乙基纤维素2～4份、改性木质磺酸盐8～12份、交联剂4～7份；固化助剂按重量份数计包括：环氧烯烃12～18份、二乙烯三胺4～6份、苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物7～9、酒石酸钾钠7～10份。这种滩涂软土加固剂，对高含水量的滩涂软土具有极强的加固性能，经这种加固剂固化后的滩涂软土的强度高、水稳定性好，抗压强度和耐久性能好。
Description
本发明涉及软土治理领域，具体而言，涉及一种滩涂软土加固剂及其制备方法。
背景技术
近年来，随着沿海地区经济、社会的快速发展，建设用地供需矛盾日益突出，向海要地，开发利用沿海地区丰富的滩涂资源，成为解决这些地区土地资源紧缺的主要途径，围海吹填造地是目前沿海滩涂地区土地开发的主要方式。
沿海地区的吹填土基本淤泥和淤泥质软土，具有含水量高、渗透性茶、强度低、人员和机械无法直接进场等特点，给沿海地区的开发建设带来了较大的阻力。
虽然目前市面上有一些固化剂对含水率较低的软土固化有一定的效果，但对于高含水量的海洋淤泥而言，处理效果不佳，且成本高。鉴于此，亟需一种能够对滩涂软土进行有效固化处理的产品，以满足基础建设工程的需要，
发明内容
本发明的目的在于提供一种滩涂软土加固剂及其制备方法，采用这种制备方法制备的加固剂，对高含水量的滩涂软土具有极强的加固性能，经这种加固剂固化后的滩涂软土的强度高、水稳定性好，抗压强度和耐久性能好。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种滩涂软土加固剂，其包括配合使用的主固化剂和固化助剂，主固化剂按重量份数计包括：
地质聚合物浆体40～60份、粉煤灰颗粒5～10份、聚乙烯醇1～3份、乙基纤维素2～4份、改性木质磺酸盐8～12份、交联剂4～7份；
固化助剂按重量份数计包括：
环氧烯烃12～18份、二乙烯三胺4～6份、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物7～9、酒石酸钾钠7～10份。
进一步的，在本发明较佳的实施例中，在主固化剂中，按重量份数计，地质聚合物浆体为47～53份、粉煤灰颗粒为6～7份、聚乙烯醇为2～3份、乙基纤维素为2～3份、改性木质磺酸盐为9～10份、交联剂为5～6份。
进一步的，在本发明较佳的实施例中，固化助剂中，按重量份数计，环氧烯烃为12～18份、二乙烯三胺为4～6份、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为7～9、酒石酸钾钠为7～10份。
进一步的，在本发明较佳的实施例中，交联剂包括二叔丁基过氧化物或过氧化苯甲酰。
进一步的，在本发明较佳的实施例中，地质聚合物浆体是通过将具有火山灰活性的粉体原料与液体激发剂按照质量比1：0.6～0.8混合搅拌150～200s所得。
进一步的，在本发明较佳的实施例中，粉体原料包括粉煤灰、粒化高炉矿渣和偏高岭土中的一种或多种。
进一步的，在本发明较佳的实施例中，液体激发剂为NaOH与水玻璃的混合物，模数为1.2～1.4。
一种上述滩涂软土加固剂的制备方法，其包括：
按重量份数，将地质聚合物浆体与粉煤灰颗粒混合搅拌40～50s后，得到混合基质；将聚乙烯醇和乙基纤维素溶解在水中，并于120～140℃下与交联剂混合反应后，降温至70～80℃，加入木质磺酸盐和混合基质，反应35～45min后，得到主固化剂；
按重量份数，将环氧烯烃、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和酒石酸钾钠混合均匀后反应2～3h，冷却后再加入二乙烯三胺于70～80℃下反应1.5～2.2h后得到固化助剂；
再将主固化剂与固化助剂混合。
进一步的，在本发明较佳的实施例中，在制备主固化剂的过程中，聚乙烯醇与乙基纤维形成的混合液与交联剂的反应时间为40～60min。
进一步的，在本发明较佳的实施例中，在制备固化助剂的过程中，环氧烯烃、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和酒石酸钾钠之间的混合反应是在氮气环境下进行的，反应温度为120～140℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果例如包括：
本发明提供的这种滩涂软土加固剂，包括配合使用的主固化剂和固化助剂。主固化剂是这种滩涂软土加固剂的主体，其利用地质聚合物浆体作为主要填料，再利用粉煤灰颗粒作为分散剂改善地质聚合物浆体的流变性能和减水性能，再将乙基纤维素和聚乙烯醇混合作为分散剂和粘合剂，最后再加入改性木质磺酸盐和交联剂，改性木质磺酸盐作为高效减水剂的同时，在交联剂的作用下，能够与地质聚合物浆体中的多种矿物质金属发生螯合作用，使得到的所述主固化剂具有较为坚固的空间网状结构，能够填充土中的孔隙及胶结土团粒，通过在土粒和固化剂之间形成的物理化学联系来大大提高土体强度。
固化助剂为这种加固剂的激发剂，其中，环氧烯烃、酒石酸钾钠、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与二乙烯三胺复配后，会形成三维网状结构的固化产物，由于酒石酸钾钠不但具有具有络合性，能够与地质聚合物浆体中的多种金属离子(铝、铜、硒等)络合，发明人还发现，酒石酸钾钠具有优异的粘结性能，加入后会使所得到的固化产物与主固化剂贴合紧密，从而发挥更加强大的加固作用。
这种主固化剂与固化助剂混合并在接触到土体后，会发生化学聚合反应生成有机大分子链，并胶结土壤颗粒。大的有机分子交换到粘土分子的表面后会产生屏蔽作用，减少土壤中的吸附水，最终提高固结体强度，从而改善土的工程性质。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：
实施例1
本实施例提供一种滩涂软土加固剂，其包括配合使用的主固化剂和固化助剂。
主固化剂按重量份数计包括：地质聚合物浆体60份、粉煤灰颗粒10份、聚乙烯醇1份、乙基纤维素4份、改性木质磺酸盐12份、交联剂4份；
固化助剂按重量份数计包括：环氧烯烃18份、二乙烯三胺6份、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物7份、酒石酸钾钠10份。
这种滩涂软土加固剂的制备方法为：
按重量份数，将地质聚合物浆体与粉煤灰颗粒混合搅拌50s后，得到混合基质；将聚乙烯醇和乙基纤维素溶解在水中，并于120℃下与交联剂混合反应60min后，降温至80℃，加入木质磺酸盐和混合基质，反应35min后，得到主固化剂；
按重量份数，将环氧烯烃、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和酒石酸钾钠混合均匀后于120℃下反应3h，冷却后再加入二乙烯三胺于70℃下反应2.2h后得到固化助剂；
再将主固化剂与固化助剂混合。
实施例2
本实施例提供一种滩涂软土加固剂，其包括配合使用的主固化剂和固化助剂。
主固化剂按重量份数计包括：地质聚合物浆体40份、粉煤灰颗粒5份、聚乙烯醇3份、乙基纤维素2份、改性木质磺酸盐8份、交联剂7份；
固化助剂按重量份数计包括：环氧烯烃12份、二乙烯三胺4份、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物9份、酒石酸钾钠7份。
这种滩涂软土加固剂的制备方法为：
按重量份数，将地质聚合物浆体与粉煤灰颗粒混合搅拌40s后，得到混合基质；将聚乙烯醇和乙基纤维素溶解在水中，并于140℃下与交联剂混合反应40min后，降温至70℃，加入木质磺酸盐和混合基质，反应45min后，得到主固化剂；
按重量份数，将环氧烯烃、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和酒石酸钾钠混合均匀后于140℃下反应2h，冷却后再加入二乙烯三胺于80℃下反应1.5h后得到固化助剂；
再将主固化剂与固化助剂混合。
实施例3
本实施例提供一种滩涂软土加固剂，其包括配合使用的主固化剂和固化助剂。
主固化剂按重量份数计包括：地质聚合物浆体48份、粉煤灰颗粒7份、聚乙烯醇3份、乙基纤维素3份、改性木质磺酸盐11份、交联剂5份；
固化助剂按重量份数计包括：环氧烯烃14份、二乙烯三胺5份、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物8份、酒石酸钾钠9份。
这种滩涂软土加固剂的制备方法为：
按重量份数，将地质聚合物浆体与粉煤灰颗粒混合搅拌43s后，得到混合基质；将聚乙烯醇和乙基纤维素溶解在水中，并于128℃下与交联剂混合反应48min后，降温至77℃，加入木质磺酸盐和混合基质，反应39min后，得到主固化剂；
按重量份数，将环氧烯烃、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和酒石酸钾钠混合均匀后于135℃下反应2.6h，冷却后再加入二乙烯三胺于76℃下反应2h后得到固化助剂；
再将主固化剂与固化助剂混合。
实施例4
本实施例提供一种滩涂软土加固剂，其包括配合使用的主固化剂和固化助剂。
主固化剂按重量份数计包括：地质聚合物浆体52份、粉煤灰颗粒8份、聚乙烯醇2份、乙基纤维素2份、改性木质磺酸盐10份、交联剂6份；
固化助剂按重量份数计包括：环氧烯烃16份、二乙烯三胺6份、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物7份、酒石酸钾钠8份。
这种滩涂软土加固剂的制备方法为：
按重量份数，将地质聚合物浆体与粉煤灰颗粒混合搅拌47s后，得到混合基质；将聚乙烯醇和乙基纤维素溶解在水中，并于134℃下与交联剂混合反应55min后，降温至74℃，加入木质磺酸盐和混合基质，反应42min后，得到主固化剂；
按重量份数，将环氧烯烃、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和酒石酸钾钠混合均匀后于134℃下反应2.4h，冷却后再加入二乙烯三胺于78℃下反应1.9h后得到固化助剂；
再将主固化剂与固化助剂混合。
实施例5
本实施例提供一种滩涂软土加固剂，其包括配合使用的主固化剂和固化助剂。
主固化剂按重量份数计包括：地质聚合物浆体43份、粉煤灰颗粒6份、聚乙烯醇2份、乙基纤维素3份、改性木质磺酸盐9份、交联剂4份；
固化助剂按重量份数计包括：环氧烯烃12份、二乙烯三胺5份、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物8份、酒石酸钾钠8份。
这种滩涂软土加固剂的制备方法为：
按重量份数，将地质聚合物浆体与粉煤灰颗粒混合搅拌44s后，得到混合基质；将聚乙烯醇和乙基纤维素溶解在水中，并于130℃下与交联剂混合反应60min后，降温至75℃，加入木质磺酸盐和混合基质，反应40min后，得到主固化剂；
按重量份数，将环氧烯烃、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和酒石酸钾钠混合均匀后于135℃下反应2.2h，冷却后再加入二乙烯三胺于74℃下反应1.7h后得到固化助剂；
再将主固化剂与固化助剂混合。
对比例1
本对比例提供一种加固剂，其包括配合使用的主固化剂和固化助剂。
主固化剂按重量份数计包括：地质聚合物浆体60份、聚乙烯醇1份、乙基纤维素4份、改性木质磺酸盐12份、交联剂4份；
固化助剂按重量份数计包括：环氧烯烃18份、二乙烯三胺6份、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物7份、酒石酸钾钠10份。
其制备方法与实施例1基本一致。
对比例2
本对比例提供一种加固剂，其包括配合使用的主固化剂和固化助剂。
主固化剂按重量份数计包括：地质聚合物浆体60份、粉煤灰颗粒10份、聚乙烯醇1份、乙基纤维素4份、改性木质磺酸盐12份、交联剂4份；
固化助剂按重量份数计包括：环氧烯烃18份、二乙烯三胺6份、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物7份。
实验例
下面结合滩涂软土固化试验对本发明实施例1～5以及对比例1～2提供的加固剂的固化效果进行评价。
将上述实施例1～5和对比例2制备的固化剂用于固化海洋滩涂软土，具体为：将上述加固剂与含水量为40％的滩涂软土混合并搅拌均匀，其中固化剂的用量为滩涂软土的10％，待滩涂软土固化后，每隔一段时间(3天、28天)测定其抗压强度和抗折强度，结果如表1所示：
表1.实施例1～5和对比例2制备的加固剂的固化效果
由表1可见，本发明实施例1～5提供的加固剂，在滩涂软土固化后的第三天就呈现出较强的抗压强度(16.3～18.1MPa)和抗折强度(6.4～7.9MPa)，远大于对比例1和对比例2的抗压强度(8.7～9.5MPa)和抗折强度(1.8～2.1MPa)；且在滩涂软土固化后的第28天，抗压强度和抗折强度呈现大幅上升。由此说明，本发明实施例1～5提供的加固剂，对高含水量的滩涂软土具有极强的加固性能，经这种加固剂固化后的滩涂软土的强度高、水稳定性好，抗压强度和耐久性能好。
此外，通过与对比例1比较，发现粉煤灰颗粒的加入对于该加固剂的固化性能至关重要，这主要是由于粉煤灰颗粒能够充分发挥“滚珠”效应和空间位阻效应，降低在高碱性且高粘度的地质聚合物浆体环境中颗粒间的表面粘滞力，避免颗粒团聚，减小浆体的塑性粘度，进而起到减水和分散作用，改善地质聚合物浆体的流变性能，进而使其更好的与聚乙烯醇、乙基纤维素以及交联剂等进行螯合反应。
通过与对比例2比较，发现在固化助剂中的酒石酸钾钠也对该加固剂的固化性能至关重要。这是由于酒石酸钾钠不但具有络合性，能够与地质聚合物浆体中的多种金属离子(铝、铜、硒等)络合；发明人发现，酒石酸钾钠在该加固剂中还具有优异的粘结性能，加入后会使所得到的固化产物与主固化剂贴合紧密，从而发挥更加强大的加固作用。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (10)
1.一种滩涂软土加固剂，其特征在于，其包括配合使用的主固化剂和固化助剂，所述主固化剂按重量份数计包括：
地质聚合物浆体40～60份、粉煤灰颗粒5～10份、聚乙烯醇1～3份、乙基纤维素2～4份、改性木质磺酸盐8～12份、交联剂4～7份；
所述固化助剂按重量份数计包括：
环氧烯烃12～18份、二乙烯三胺4～6份、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物7～9份、酒石酸钾钠7～10份。
2.根据权利要求1所述的一种滩涂软土加固剂，其特征在于，所述主固化剂中，按重量份数计，所述地质聚合物浆体为47～53份、所述粉煤灰颗粒为6～7份、所述聚乙烯醇为2～3份、所述乙基纤维素为2～3份、所述改性木质磺酸盐为9～10份、所述交联剂为5～6份。
3.根据权利要求1所述的一种滩涂软土加固剂，其特征在于，所述固化助剂中，按重量份数计，所述环氧烯烃为12～18份、所述二乙烯三胺为4～6份、所述苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为7～9份、所述酒石酸钾钠为7～10份。
4.根据权利要求1所述的一种滩涂软土加固剂，其特征在于，所述交联剂包括二叔丁基过氧化物或过氧化苯甲酰。
5.根据权利要求1所述的滩涂软土加固剂，其特征在于，所述地质聚合物浆体是通过将具有火山灰活性的粉体原料与液体激发剂按照质量比1：0.6～0.8混合搅拌150～200s所得。
6.根据权利要求5所述的滩涂软土加固剂，其特征在于，所述粉体原料包括粉煤灰、粒化高炉矿渣和偏高岭土中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的滩涂软土加固剂，其特征在于，所述液体激发剂为NaOH与水玻璃的混合物，模数为1.2～1.4。
8.一种权利要求1～7任一项所述的滩涂软土加固剂的制备方法，其特征在于，其包括：
按重量份数，将所述地质聚合物浆体与所述粉煤灰颗粒混合搅拌40～50s后，得到混合基质；将所述聚乙烯醇和所述乙基纤维素溶解在水中，并于120～140℃下与交联剂混合反应后，降温至70～80℃，加入所述木质磺酸盐和所述混合基质，反应35～45min后，得到所述主固化剂；
按重量份数，将所述环氧烯烃、所述苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和所述酒石酸钾钠混合均匀后反应2～3h，冷却后再加入所述二乙烯三胺于70～80℃下反应1.5～2.2h后得到所述固化助剂；
再将所述主固化剂与所述固化助剂混合。
9.根据权利要求8所述的滩涂软土加固剂的制备方法，其特征在于，在制备所述主固化剂的过程中，所述聚乙烯醇与所述乙基纤维形成的混合液与所述交联剂的混合反应的时间为40～60min。
10.根据权利要求8所述的滩涂软土加固剂的制备方法，其特征在于，在制备所述固化助剂的过程中，所述环氧烯烃、所述苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和所述酒石酸钾钠之间的混合反应是在氮气环境下进行的，反应温度为120～140℃。
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