CN109265603A - 一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液、制备方法及应用 - Google Patents

一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液，包括以下质量份数的组分：甲基丙烯酰胺甲酯：15~21份；丙烯酸丁酯：10~20份；苯乙烯：9~15份；丙烯酰胺：1~3份；十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠：0.5~1份；烷基酚聚氧乙烯醚：0.2~0.5份；碳酸钠或碳酸氢二钠：0.3~0.8份；过硫酸铵或过硫酸钾：0.2~0.5份；去离子水：45~65份。本发明提供一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液，可提高盐渍土的强度、水稳性和抗干湿循环性，解决盐渍土路基加固和生态环境问题，减少盐渍土侵蚀带来的经济损失。

Description

一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液、制备方法及应用
技术领域
本发明属于盐渍土固化技术领域，具体涉及到一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液，制备方法及其应用。
背景技术
随着沿海经济大开发，沿海公路的建设成为经济发展的一个重要纽带。而沿海公路的很多路段都跨越盐渍土地区，盐渍土地区的路基容易发生不均匀沉降、盐胀、路面翻浆和冻胀等不良的地质病害，这就使得对于如何处理盐渍土路基成为一个重要的问题。土体固化剂是一种综合性加固新技术，它是在土体中加入外加剂使之能与土体发生一系列的物理以及化学变化，从而改变土体的物理力学性质，达到工程建设要求。
近二十多年来，随着环保意识的加强，髙分子土体固化剂所具有的生态功能而广受国际研究学者和企业的关注。目前国内应用的很多土体固化剂产品都是国外产品，这样产品价格和运输成本比较高，供应量也受到很多因素的影响，因此在国内很难大范围推广。国内几例自主研发的高分子土体固化剂也仅在黄土、砂性土、粘性土等土体当中进行改性研究，鲜有沿海地区盐渍土固化的应用研究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液，可提高盐渍土的强度、水稳性和抗干湿循环性，解决盐渍土路基加固和生态环境问题，减少盐渍土侵蚀带来的经济损失。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液，包括以下质量份数的组分：
甲基丙烯酰胺甲酯： 15~21份；
丙烯酸丁酯： 10~20份；
苯乙烯： 9~15份；
丙烯酰胺： 1~3份；
十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠： 0.5~1份；
烷基酚聚氧乙烯醚： 0.2~0.5份；
碳酸钠或碳酸氢二钠： 0.3~0.8份；
过硫酸铵或过硫酸钾： 0.2~0.5份；
去离子水： 45~65份。
一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液的制备方法，包括如下步骤：
a、向25~30份去离子水中投入全部十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠及烷基酚聚氧乙烯醚，采用水浴加热方式升温至60~80℃，搅拌至溶解，制得乳化剂溶液；
b、向5~10份去离子水中投入全部过硫酸铵或过硫酸钾，搅拌至溶解，制得引发剂溶液；
c、在剩余去离子水中加入全部甲基丙烯酰胺甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酰胺及所述步骤a的乳化剂溶液，搅拌预乳化20~30min，制得预乳液；
将步骤b制备的引发剂溶液的三分之一和步骤c制备的预乳液的四分之一投入反应釜内，升温至80~85℃进行搅拌反应，有单体回流后再匀速滴加剩余的预乳液和引发剂溶液，继续反应3~4h，并在单体回流减弱后升温至85℃进行保温0.5h，待反应完成后冷却至室温，加入碳酸钠或碳酸氢二钠调节pH值，过滤后即得共聚乳液。
一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液的应用，其主要应用在沿海盐渍土中，在盐渍土中掺入质量百分比为干土质量0.3~1.5%的固化剂。
作为优选，固化剂的掺入量为干土质量的1.5%，此掺量下改良盐渍土的无侧限抗压强度、水稳性和抗干湿循环性效果最为显著，且满足改良盐渍土作为路基填料进行道路建设的要求。
本发明在盐渍土中加入一定质量的丙烯酸酯共聚乳液，其含有大量的亲水基团（–COOH 和 –COOCH3）和高分子长链。亲水基团（–COOH 和 –COOCH3）与土颗粒发生化学反应，并在土颗粒和土体固化剂之间建立了复杂的物理和化学作用——静电作用、渗透作用、离子键、氢键或者范德华键。在这些作用的基础上，高分子长链覆盖在土颗粒的表面及空隙内部，形成粘稠的膜结构，增强了颗粒间的联结力。当丙烯酸酯共聚乳液固化改良盐渍土时，其中一部分丙烯酸酯共聚乳液渗透、填充了盐渍土结构中的孔隙，另一部分丙烯酸酯共聚乳液以黏性膜结构的形式留在土壤颗粒的表面，从而提高盐渍土的强度、水稳定性和抗干湿循环性。
与现有技术相比，本发明揭示的一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液，制备简单、成本低廉、生态环保，为乳液状态，可用水按任意比例稀释，使用方便。用于易溶盐含量不超过3%的氯盐类型的盐渍土，可获得较高的强度、水稳性和抗干湿循环性，满足盐渍土作为路基填料进行道路建设的要求，具有很大的社会效益和经济效益。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施例，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
一、一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液、其制备方法
实施例1：
一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液，其包括以下质量份数的组分：甲基丙烯酰胺甲酯21份；丙烯酸丁酯10份；苯乙烯9份；丙烯酰胺：1份；十二烷基硫酸钠0.6份；烷基酚聚氧乙烯醚0.4份；碳酸钠0.8份；过硫酸铵0.3份；去离子水56.9份。
一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液的制备方法，包括如下步骤：
向30份去离子水中投入全部十二烷基硫酸钠及烷基酚聚氧乙烯醚，采用水浴加热方式升温至60~80℃，搅拌至溶解，制得乳化剂溶液；向10份去离子水中投入全部过硫酸铵，搅拌至溶解，制得引发剂溶液；在剩余去离子水中加入全部甲基丙烯酰胺甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酰胺及上述乳化剂溶液，搅拌预乳化20~30min，制得预乳液；将1/3的引发剂溶液和1/4的预乳液投入反应釜内，升温至80~85℃进行搅拌反应，有单体回流后再匀速滴加剩余的乳化液和引发剂溶液，继续反应3~4h，并在单体回流减弱后升温至85℃进行保温0.5h，待反应完成后冷却至室温，加入碳酸钠调节pH值，过滤后即得共聚乳液。
实施例2：
一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液，其包括以下质量份数的组分：甲基丙烯酰胺甲酯15份；丙烯酸丁酯10份；苯乙烯15份；丙烯酰胺2份；十二烷基苯磺酸钠1份；烷基酚聚氧乙烯醚0.5份；碳酸氢二钠0.3份；过硫酸钾0.2份；去离子水56份。
一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液的制备方法：
向30份去离子水中投入全部十二烷基苯磺酸钠及烷基酚聚氧乙烯醚，升温至60~80℃，搅拌至溶解，制得乳化剂溶液；向10份去离子水中投入全部过硫酸钾，搅拌至溶解，制得引发剂溶液；在剩余去离子水中加入全部甲基丙烯酰胺甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酰胺及上述乳化剂溶液，搅拌预乳化20~30min，制得预乳液；将1/3的引发剂溶液和1/4的预乳液投入反应釜内，升温至80~85℃进行搅拌反应，有单体回流后再匀速滴加剩余的乳化液和引发剂溶液，继续反应3~4h，并在单体回流减弱后升温至85℃进行保温0.5h，待反应完成后冷却至室温，加入碳酸氢二钠调节pH值，过滤后即得共聚乳液。
实例3：
一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液，其包括以下质量份数的组分：甲基丙烯酰胺甲酯18份；丙烯酸丁酯15份；苯乙烯12份；丙烯酰胺3份；十二烷基硫酸钠0.8份；烷基酚聚氧乙烯醚0.5份；碳酸钠 0.5份；过硫酸钾0.4份；去离子水49.8份。
一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液的制备方法：
向25份去离子水中投入全部十二烷基硫酸钠及烷基酚聚氧乙烯醚，升温至60~80℃，搅拌至溶解，制得乳化剂溶液；向5份去离子水中投入全部过硫酸钾，搅拌至溶解，制得引发剂溶液；在剩余去离子水中加入全部甲基丙烯酰胺甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酰胺及上述乳化剂溶液，搅拌预乳化20~30min，制得预乳液；将1/3的引发剂溶液和1/4的预乳液投入反应釜内，升温至80~85℃进行搅拌反应，有单体回流后再匀速滴加剩余的乳化液和引发剂溶液，继续反应3~4h，并在单体回流减弱后升温至85℃进行保温0.5h，待反应完成后冷却至室温，加入碳酸钠调节pH值，过滤后即得共聚乳液。
上述三个实施例制备的共聚乳液，其性能参数见下表：
实施例 PH值 粘度/mPa•s 比重 固含量/% 凝胶率/% 外观
1 6.09 290 1.06 27.50 1.17 乳白色液体
2 6.25 218 1.05 28.01 1.16 乳白色液体
3 6.87 286 1.06 27.65 1.40 乳白色液体
二、一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液的应用
为验证实施例制备的丙烯酸酯共聚乳液固化盐渍土的效果，选取南通地区盐渍土，氯盐渍土含量3%，按盐渍土干土质量的1.5%掺入丙烯酸酯共聚乳液。依据《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999），根据最优含水率（18.3%）和最大干密度（1.56 g/cm3），采用静压法制备试样，成型尺寸为直径39.1mm，高度80mm，每组3个平行试样，将制备好的试样放入标准养护箱（温度25℃，湿度95%）中养护到规定龄期，测试试样的7天、14天、21天和28天无侧限抗压强度。根据试样浸水24小时后的无侧限抗压强度/未经浸水的无侧限抗压强度的比值，测试试样的7天和28天水稳系数。测试7天和28天龄期试样在经受10次干湿循环后的强度损失率。
试验结果见下表：
以实施例1作分析，对于含盐量为3％的中等氯盐渍土，测得1.5％丙烯 酸酯共聚乳液固化盐渍土试样的7天、14天、21天和28天无侧限抗压强 度为分别为1.56MPa、1.66MPa、1.77MPa和1.93MPa。依据《公路路面 基层施工技术细则》(JTG/T F20-2015)，1.5％丙烯酸酯共聚乳液固化盐渍土 的7d无侧限抗压强度达到1.56MPa，满足一级及一级以上公路底基层的强 度标准(1.5MPa)。7天和28天水稳系数为0.62和0.81，强度损失率是43.02％ 和18.52％。而素盐渍土7天、14天、21天和28天无侧限抗压强度为分别 为0.7MPa、0.72MPa、0.83MPa和0.94MPa，素盐渍土样进行水稳性试 验和抗干湿循环性试验时发生崩塌，未测得其强度，7天和28天水稳系数 均为0，强度损失率均为100％。可见，经丙烯酸酯共聚乳液固化改良后的 盐渍土，其强度、水稳性及抗干湿循环性都有大幅度的提高。
本发明将丙烯酸酯共聚乳液用于盐渍土的固化改良，通过在盐渍土中掺入一定量的丙烯酸酯共聚乳液，能有效提高盐渍土的无侧限抗压强度、水稳性和抗干湿循环性。在相同含水率、干密度下，丙烯酸酯共聚乳液的掺量越高、养护龄期越长，盐渍土的固化效果越好。
以上对本发明的实施方式作出详细说明，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液，其特征在于：包括以下质量份数的组分：
甲基丙烯酰胺甲酯： 15~21份；
丙烯酸丁酯： 10~20份；
苯乙烯： 9~15份；
丙烯酰胺： 1~3份；
十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠： 0.5~1份；
烷基酚聚氧乙烯醚： 0.2~0.5份；
碳酸钠或碳酸氢二钠： 0.3~0.8份；
过硫酸铵或过硫酸钾： 0.2~0.5份；
去离子水： 45~65份。
2.一种制备权利要求1中盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、向25~30份去离子水中投入全部十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠及烷基酚聚氧乙烯醚，采用水浴加热方式升温至60~80℃，搅拌至溶解，制得乳化剂溶液；
b、向5~10份去离子水中投入全部过硫酸铵或过硫酸钾，搅拌至溶解，制得引发剂溶液；
c、在剩余去离子水中加入全部甲基丙烯酰胺甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酰胺及所述步骤a的乳化剂溶液，搅拌预乳化20~30min，制得预乳液；
d、将步骤b制备的引发剂溶液的三分之一和步骤c制备的预乳液的四分之一投入反应釜内，升温至80~85℃进行搅拌反应，有单体回流后再匀速滴加剩余的预乳液和引发剂溶液，继续反应3~4h，并在单体回流减弱后升温至85℃进行保温0.5h，待反应完成后冷却至室温，加入碳酸钠或碳酸氢二钠调节pH值，过滤后即得共聚乳液。
3.一种基于权利要求1中盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液的应用，其主要应用在沿海盐渍土中，其特征在于：在盐渍土中掺入质量百分比为干土质量0.3~1.5%的固化剂。
4.根据权利要求3所述的一种盐渍土固化用丙烯酸酯共聚乳液应用，其特征在于：所述固化剂的掺入量为干土质量的1.5%。
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