CN109233864A - 一种新型土壤固化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型土壤固化剂及其制备方法，所述新型土壤固化剂由以下组分按重量份制备而成：水性环氧树脂乳液，50～70份；磷酸二氢铝，5～15份；铝酸钠，0.5～2份；水玻璃，15～20份；环氧固化剂，1.5～7.5份；环氧树脂微胶囊，3～15份；促进剂，0.5～1份；分散剂，1～5份。本发明能够较显著地提高土壤的固化能力，增强土壤固化后的抗压强度，且成本合理，易于施工。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效土壤改良固化剂，属于道路工程领域。
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，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、节省施工时间以及能降低工程造价等优点。土壤固化剂已在道路建设、改良农田、防止水土流失等多方面得到了很好的应用。土壤固化剂按外观分可以分成粉体土壤固化剂和液体土壤固化剂；按其主要成分，可以分成无机化合物类、有机化合物类、有机无机复合类、生物酶类等；按固化剂的发展过程可分为石灰水泥类固化剂、矿渣硅酸盐类固化剂、高聚物类固化剂和电离子溶液类固化剂。
在目前我国的工程建设中，大多通过开采砂石或者是石灰等来进行很多建设，但砂石资源的有限及对自然环境的破坏再加上水泥石灰等材料的效果愈见不佳使得我们不得不思考其他的工程材料的运用。土壤是地球上大量存在的资源，若能有效地利用土壤资源来进行工程建设，那对于节约成本和保护环境是大有裨益的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液体土壤固化剂，以提高土壤的固化能力和固化强度。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种新型土壤固化剂，按质量份数计，原料配方如下：水性环氧树脂乳液，50～70份；磷酸二氢铝，5～15份；铝酸钠，0.5～2份；水玻璃，15～20份；环氧固化剂，1.5～7.5份；环氧树脂微胶囊，3～15份；促进剂，0.5～1份；分散剂，1～5份。
本发明的水性环氧树脂乳液是经丙烯酸改性过的水性环氧树脂乳液，优选质量份为65份。
本发明磷酸二氢铝、铝酸钠、水玻璃的优选质量份分别为4份、1份、15份。
本发明的环氧固化剂为戊二酸酐，优选质量份为4份。
本发明的环氧树脂微胶囊以E51环氧树脂为核芯，多用的脲醛树脂为囊壁，在液体固化剂施用时，释放出作为修复剂的E51环氧树脂和固化剂反应，加强土壤坚实度。优选质量份为8份。
本发明的促进剂为过氧化二异丙苯，优选质量份为0.5。
本发明的分散剂为甲基纤维素、乙基纤维素、羟甲基纤维素和聚乙二醇中的一种或者几种。优选质量份为2的甲基纤维素。
本发明的土壤固化剂由65份的水性环氧树脂乳液、磷酸二氢铝4份、铝酸钠1份、水玻璃15份、水性环氧树脂4份、自制环氧树脂微胶囊8份、过氧化二异丙苯0.5份、甲基纤维素2份等组成。
制备本发明的新型土壤固化剂的方法，包括如下步骤：
步骤1）制备环氧树脂微胶囊：
以E51环氧树脂为囊芯，脲醛树脂为囊壁；制备出脲醛树脂预聚体，将适量的尿素和甲醛溶液混合，在磁力搅拌器的搅拌下搅拌一段时间，直至尿素溶解完毕；调节pH至弱碱性，接着将溶液至于60～70℃的水浴中继续加热搅拌，冷却一段时间后即制得脲醛树脂预聚体；将脲醛树脂预聚体和去离子水按一定的质量比放入烧杯中，搅拌一段时间后，将pH调至酸性再加入乳化剂十二烷基苯磺酸钠、间苯二酚及季铵盐催化剂，水浴加热下加快搅拌速率，搅拌5h左右后，冷却至室温，经抽滤、洗涤、干燥后得到所需的微胶囊颗粒；
步骤2）配制相关溶液：
取磷酸二氢铝溶解于少量去离子水中，待完全溶解后，加入铝酸钠，用玻璃棒充分搅拌；
步骤3）制备水性环氧树脂乳液：
选用丙烯酸接枝改性的E51环氧树脂，称量一定量的此丙烯酸改性环氧与聚乙二醇-6000在加热条件下在三口烧瓶中搅拌反应，升温至100℃后，开始滴加引发剂过硫酸钾溶液，在180℃下继续反应3～4h，得到环氧乳化剂；使用环氧乳化剂和E51环氧树脂继续在60～70℃水浴条件下搅拌反应，并在此过程中缓慢滴加去离子水，直至水相逐渐增多，再保持反应一段时间，即得新型土壤固化剂中所用的水性环氧树脂乳液；
步骤4）制备土壤固化剂：
将步骤2）中的磷酸二氢铝-铝酸钠水溶液缓慢逐渐加入到步骤3）的水性环氧树脂乳液中，搅拌均匀后，再将重量份的水玻璃、环氧树脂微胶囊、促进剂、分散剂逐步加入到水性环氧树脂乳液中，经超声处理，得到均匀的土壤固化剂。
在制备土壤固化剂的过程中，所述超声分散的处理工艺为：超声波频率35kHZ，超声时间0.5h。
在制备环氧树脂微胶囊的过程中，所述干燥处理的温度为50℃左右。
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。
本发明的土壤固化剂和土壤发生相互作用。应用过程中，水性环氧树脂乳液和土壤中的碱性物质发生了聚合反应，在土壤中形成了相互交联的三维网状结构，充斥在土壤颗粒之间，使土壤颗粒更加紧密地粘结在一起，土壤更坚实。水性环氧树脂乳液产生强大的离子作用，导致溶液呈高导电性，当与土壤混合时，这些离子与土壤颗粒表面吸附的大量活性阳离子进行离子交换，促使土壤扩散层厚度减薄，电位势下降，土壤颗粒之间的联系更加紧密，同时使土壤失去对水的静电吸引力，束缚在吸附层和扩散层内的结合水被释放出来，土壤也从亲水性变为了疏水性，土壤更加稳定结实。磷酸二氢铝、铝酸钠、水玻璃分散在乳液中，随着乳液和土壤的结合而均匀地充斥在土壤颗粒中，进一步增强了土壤的品质。当此土壤固化剂使用到土壤中时，均匀分布在土壤固化剂中的环氧树脂微胶囊经过强烈的混合料拌合或者是碾压时，部分微胶囊会遭到破坏，流出内部的环氧树脂修复剂，在过氧化二异丙苯的辅助下，和环氧固化剂发生固化交联反应，在土壤内部又形成稳固的交联网状结构。甲基纤维素进一步促进土壤固化剂中无机成分和有机成分在土壤基质内的均匀分散。
具体实施方式
以下实施例进一步阐明本发明内容，但不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种新型土壤固化剂制备方法，其特征在于制备方法如下：
一种新型土壤固化剂，按质量份数计，其原料配方如下：水性环氧树脂乳液50份、磷酸二氢铝3份、铝酸钠0.5份、水玻璃15份、戊二酸酐2.5份、自制环氧树脂微胶囊5份、过氧化二异丙苯0.5份、甲基纤维素1份。
按以上份数，将上述配方中的磷酸二氢铝与铝酸钠配制成水溶液后缓慢加入到水性环氧树脂乳液中，搅拌均匀后，再将以上重量份的水玻璃、环氧树脂微胶囊、过氧化二异丙苯、甲基纤维素逐步加入到水性环氧树脂乳液中，经超声处理后，得到均匀的土壤固化剂。
实施例2
本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是各组分的重量份，具体如下：
一种新型土壤固化剂，按质量份数计，其原料配方如下：水性环氧树脂乳液55份、磷酸二氢铝5份、铝酸钠1份、水玻璃15份、戊二酸酐4份、自制环氧树脂微胶囊8份、过氧化二异丙苯0.5份、甲基纤维素1份。
按以上份数，将上述配方中的磷酸二氢铝与铝酸钠配制成水溶液后缓慢加入到水性环氧树脂乳液中，搅拌均匀后，再将以上重量份的水玻璃、环氧树脂微胶囊、过氧化二异丙苯、甲基纤维素逐步加入到水性环氧树脂乳液中，经超声处理后，得到均匀的土壤固化剂。
实施例3
本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是各组分的重量份，具体如下：
一种新型土壤固化剂，按质量份数计，其原料配方如下：水性环氧树脂乳液60份、磷酸二氢铝4份、铝酸钠1份、水玻璃20份、戊二酸酐4份、自制环氧树脂微胶囊8份、过氧化二异丙苯0.5份、甲基纤维素2份。
按以上份数，将上述配方中的磷酸二氢铝与铝酸钠配制成水溶液后缓慢加入到水性环氧树脂乳液中，搅拌均匀后，再将以上重量份的水玻璃、环氧树脂微胶囊、过氧化二异丙苯、甲基纤维素逐步加入到水性环氧树脂乳液中，经超声处理后，得到均匀的土壤固化剂。
实施例4
本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是各组分的重量份，具体如下：
一种新型土壤固化剂，按质量份数计，其原料配方如下：水性环氧树脂乳液65份、磷酸二氢铝4份、铝酸钠1份、水玻璃15份、戊二酸酐4份、自制环氧树脂微胶囊8份、过氧化二异丙苯0.5份、甲基纤维素2份。
按以上份数，将上述配方中的磷酸二氢铝与铝酸钠配制成水溶液后缓慢加入到水性环氧树脂乳液中，搅拌均匀后，再将以上重量份的水玻璃、环氧树脂微胶囊、过氧化二异丙苯、甲基纤维素逐步加入到水性环氧树脂乳液中，经超声处理后，得到均匀的土壤固化剂。
将实施例1至4所得土壤固化剂进行性能检测，具体检测方法如下：
试验例1无侧限抗压强度测定：
用四分法取相同的代表性土样3000g共4份，将实施例1～4中的土壤固化剂加入到3000g代表性土样中，具体重量比为3%的土壤固化剂和97%的土样，参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51一2009）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，试件为直径*高=50mm*50mm的圆柱体，在此标准条件下养护7天后，对其进行无侧限抗压试验检测其抗压强度，检测结果如表1所示：
表1
| 检测内容 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 实例4 | 对比例 |
| 抗压强度/MPa | 2.8 | 2.9 | 3.1 | 3.5 | 3.1 |
对比例为某材料有限公司生产的土壤固化剂
据表1可知，本发明制备的这种新型土壤固化剂具有较好的土壤固化效果，能够加强固化后土壤的抗压强度，加强力学性能。
Claims (9)
1.一种新型土壤固化剂，其特征在于由以下组分按重量份制备而成：水性环氧树脂乳液，50～70份；磷酸二氢铝，5～15份；铝酸钠，0.5～2份；水玻璃，15～20份；环氧固化剂，1.5～7.5份；环氧树脂微胶囊，3～15份；促进剂，0.5～1份；分散剂，1～5份。
2.按权利要求1所述的新型土壤固化剂的制备方法，其特征在于所述水性环氧树脂乳液是经过丙烯酸接枝改性的离子型水性环氧树脂乳液。
3.按权利要求1所述的新型土壤固化剂，其特征在于所述固化剂是戊二酸酐。
4.按权利要求1所述的新型土壤固化剂，其特征在于所述促进剂是过氧化二异丙苯。
5.按权利要求1所述的新型土壤固化剂，其特征在于所述分散剂是甲基纤维素、乙基纤维素、羟甲基纤维素和聚乙二醇中的一种或者几种。
6.制备权利要求1所述的新型土壤固化剂的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1）制备环氧树脂微胶囊：
以E51环氧树脂为囊芯，脲醛树脂为囊壁；制备出脲醛树脂预聚体，将适量的尿素和甲醛溶液混合，在磁力搅拌器的搅拌下搅拌一段时间，直至尿素溶解完毕；调节pH至弱碱性，接着将溶液至于60～70℃的水浴中继续加热搅拌，冷却一段时间后即制得脲醛树脂预聚体；将脲醛树脂预聚体和去离子水按一定的质量比放入烧杯中，搅拌一段时间后，将pH调至酸性再加入乳化剂十二烷基苯磺酸钠、间苯二酚及季铵盐催化剂，水浴加热下加快搅拌速率，搅拌5h左右后，冷却至室温，经抽滤、洗涤、干燥后得到所需的微胶囊颗粒；
步骤2）配制相关溶液：
取磷酸二氢铝溶解于少量去离子水中，待完全溶解后，加入铝酸钠，用玻璃棒充分搅拌；
步骤3）制备水性环氧树脂乳液：
选用丙烯酸接枝改性的E51环氧树脂，称量一定量的此丙烯酸改性环氧与聚乙二醇-6000在加热条件下在三口烧瓶中搅拌反应，升温至100℃后，开始滴加引发剂过硫酸钾溶液，在180℃下继续反应3～4h，得到环氧乳化剂；使用环氧乳化剂和E51环氧树脂继续在60～70℃水浴条件下搅拌反应，并在此过程中缓慢滴加去离子水，直至水相逐渐增多，再保持反应一段时间，即得新型土壤固化剂中所用的水性环氧树脂乳液；
步骤4）制备土壤固化剂：
将步骤2）中的磷酸二氢铝-铝酸钠水溶液缓慢逐渐加入到步骤3）的水性环氧树脂乳液中，搅拌均匀后，再将重量份的水玻璃、环氧树脂微胶囊、促进剂、分散剂逐步加入到水性环氧树脂乳液中，经超声处理，得到均匀的土壤固化剂。
7.按权利要求6所述的新型土壤固化剂的制备方法，其特征在于上述步骤1）中尿素和甲醛溶液的质量比为1:3。
8.按权利要求6所述的新型土壤固化剂的制备方法，其特征在于上述步骤1）中脲醛树脂预聚体和去离子水的质量比为1:10。
9.按权利要求6所述的新型土壤固化剂的制备方法，其特征在于上述步骤3）中环氧乳化剂和E51环氧树脂的质量比为1:5。
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