CN109486498B - 一种自修复功能土壤固化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自修复功能土壤固化剂及其制备方法，由以下组分制备而成：自制水性环氧树脂乳液30～40份、硅溶胶10～30份、偶联剂0.5～2份、硅酸钠10～30份、稳定剂0.5～5份、内含水凝胶的中空玻璃管1～15份、辅助分散剂0.5～1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，在土壤养护或服役过程中出现的微裂纹可自动修复，具有更好的耐久性和密实性，且成本合理，易于施工。

Description

一种自修复功能土壤固化剂及其制备方法

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作为工程材料，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，对于节约成本和保护环境是大有裨益的。

然而土壤固化后，由于温度变化和车辆碾压仍然会出现微小裂纹，具有自修复功能的固化剂则会主动的填充并修复，防止裂纹的扩展，对提高道路承载强度、使用寿命具有非常重要的意义。

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，并赋予压实后的土壤自修复功能。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种自修复功能土壤固化剂，由以下组分按重量份制备而成：

自制水性环氧树脂乳液 30～40份；

硅溶胶 10～30份；

偶联剂 0.5～2份；

硅酸钠 10～30份；

稳定剂 0.5～5份；

内含水凝胶的中空玻璃管 1～15份；

辅助分散剂 0.5～1份。

制备本发明的自修复功能土壤固化剂的方法如下：

1）制备内含水凝胶的中空玻璃管：

将5-60重量份丙烯酰胺、1-9重量份硅酸钠、1-15重量份海藻酸钠、0.1-2重量份过硫酸铵、0.1-1重量份二乙烯三胺、0.1-1重量份亚硫酸氢钠、20-60重量份去离子水，搅拌直至溶解完毕。用中空玻璃管一头浸入混合溶液中，由于毛细现象吸入溶液。将吸入溶液的毛细管在360-410nm波长紫外照射15-30min，得到含有交联水凝胶的中空玻璃管。

2）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℃左右后，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。使用此乳化剂和E51环氧树脂（质量比为1:5）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。

3）制备固化剂：

将步骤1）中的所得内含水凝胶的中空玻璃管到水性环氧树脂乳液中，搅拌均匀后，再将硅溶胶、硅酸钠、偶联剂、稳定剂、辅助分散剂逐步加入到水性环氧树脂乳液中，经超声处理，得到均匀的固化剂。

可选地，本发明的偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。

可选地，本发明的稳定剂为十二烷基磺酸钠。

可选地，本发明的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。

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，这种新型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。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中空玻璃管经过碾压时，部分玻璃管和凝胶会遭到破坏，水凝胶渗出修复剂，可修复土壤出现的微小裂纹。

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

一种自修复功能土壤固化剂，按质量份数计，其原料配方如下：

自制水性环氧树脂乳液40份、硅溶胶20份、偶联剂1份、水玻璃17份、十二烷基磺酸钠1份、自制内含水凝胶的中空玻璃管10份、甲基纤维素1份。

实施例2

一种自修复功能土壤固化剂，按质量份数计，其原料配方如下：

自制水性环氧树脂乳液40份、硅溶胶30份、偶联剂1份、水玻璃10份、十二烷基磺酸钠1份、自制内含水凝胶的中空玻璃管5份、甲基纤维素1份。

实施例3

一种自修复功能土壤固化剂，按质量份数计，其原料配方如下：

自制水性环氧树脂乳液40份、硅溶胶25份、偶联剂1份、水玻璃15份、十二烷基磺酸钠1份、自制内含水凝胶的中空玻璃管8份、甲基纤维素1份。

实施例4

一种自修复功能土壤固化剂，按质量份数计，其原料配方如下：

自制水性环氧树脂乳液40份、硅溶胶25份、偶联剂1份、水玻璃15份、十二烷基磺酸钠1份、自制内含水凝胶的中空玻璃管8份、甲基纤维素1份。

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℃士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	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例
						抗压强度/MPa	3.75	3.91	3.69	3.20	3.1
压碎后保养7d抗压强度	4.10	3.78	3.92	3.11	2.71

对比例为普通型土壤固化剂。

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 (2)

1.一种自修复功能土壤固化剂，其特征在于由以下组分按重量份制备而成：

自制水性环氧树脂乳液40份；

硅溶胶20份；

偶联剂1份；

硅酸钠17份；

稳定剂1份；

内含水凝胶的中空玻璃管10份；

辅助分散剂1份；

所述的自修复功能土壤固化剂的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)制备内含水凝胶的中空玻璃管：

将5-60重量份丙烯酰胺、1-9重量份硅酸钠、1-15重量份海藻酸钠、0.1-2重量份过硫酸铵、0.1-1重量份二乙烯三胺、0.1-1重量份亚硫酸氢钠、20-60重量份去离子水，搅拌直至溶解完毕；用中空玻璃管一头浸入混合溶液中，由于毛细现象吸入溶液；将吸入溶液的毛细管在360-410nm波长紫外照射15-30min，得到含有交联水凝胶的中空玻璃管；

2)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；使用质量比为1:5的环氧乳化剂和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；

3)制备固化剂：

将步骤1)中的所得内含水凝胶的中空玻璃管到水性环氧树脂乳液中，搅拌均匀后，再将硅溶胶、硅酸钠、偶联剂、稳定剂、辅助分散剂逐步加入到水性环氧树脂乳液中，经超声处理，得到均匀的固化剂；

所述偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；

所述稳定剂为十二烷基磺酸钠；

所述辅助分散剂是甲基纤维素。

2.制备权利要求1所述的自修复功能土壤固化剂的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)制备内含水凝胶的中空玻璃管：

将5-60重量份丙烯酰胺、1-9重量份硅酸钠、1-15重量份海藻酸钠、0.1-2重量份过硫酸铵、0.1-1重量份二乙烯三胺、0.1-1重量份亚硫酸氢钠、20-60重量份去离子水，搅拌直至溶解完毕；用中空玻璃管一头浸入混合溶液中，由于毛细现象吸入溶液；将吸入溶液的毛细管在360-410nm波长紫外照射15-30min，得到含有交联水凝胶的中空玻璃管；

2)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；使用质量比为1:5的环氧乳化剂和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；

3)制备固化剂：

将步骤1)中的所得内含水凝胶的中空玻璃管到水性环氧树脂乳液中，搅拌均匀后，再将硅溶胶、硅酸钠、偶联剂、稳定剂、辅助分散剂逐步加入到水性环氧树脂乳液中，经超声处理，得到均匀的固化剂；

所述偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；

所述稳定剂为十二烷基磺酸钠；

所述辅助分散剂是甲基纤维素。