CN109609136A - 一种以海水为分散剂的土壤固化剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路软土固化材料制备技术领域，具体涉及一种以海水为分散剂的土壤固化剂的制备方法。本发明将稻壳灰粉末、生石灰、骨料滤渣、复合有机悬浮剂、新鲜葡萄皮、骨料粉等密封发酵得到发酵产物，将发酵产物处理得到滤渣，再与海藻泥混合，分散于海水中，得到以海水为分散剂的土壤固化剂，本发明中二氧化硅转变为硅酸盐填充在骨料滤渣的孔隙中，对土壤的内部骨架结构起到支撑作用，甲基氨烷类物质可与稻壳灰中钾离子发生取代反应，形成甲基硅酸钾，形成一层不能溶解的网状防水透气膜，提高水稳性，所用的褐腐木粉能够将土壤中的有机质分解，加强土壤中胶粒的粘结，从而使固化后土壤不易开裂，具有较高的抗压性能，应用前景广阔。

Description

一种以海水为分散剂的土壤固化剂的制备方法

技术领域

本发明属于道路软土固化材料制备技术领域，具体涉及一种以海水为分散剂的土壤固化剂的制备方法。

背景技术

土壤的固化实际上是用外掺剂对土体进行物理化学处理，来改变土壤的组成，改变土体的工程性质，从而达到提高土质强度、改善土质压实性的目的。

土壤固化剂是在常温下能够直接胶结土体中土壤颗粒表面或能够与黏土矿物反应生成胶凝物质的土壤硬化剂。土壤固化剂具有在常温下能够直接胶结土体中土壤颗粒表面或能够与粘土矿物质反应生成胶凝物质的作用，可以改变土壤的组成和土体的工程性质，从而提高土体的强度，改善土质的压实性。土壤固化剂以其优越的性能，已经在水利、交通、环境、港口、机场等基础设施的建设中得到了广泛应用，取得了显著的成效。采用土壤固化剂加固土壤技术在技术和经济上都具有重要意义。

现有的土壤固化剂分为固态固化剂和液态固化剂两类。固态固化剂一般包含水泥、石灰等无机稳定材料。在我国的公路建设中，普遍采用固态固化剂固化软弱地基土壤。但这类固化剂的固化效果依赖于土壤的颗粒度和含水量，当遇到含水量高且富含有机质的土壤时，往往导致土壤固化后的强度偏低，强度发展缓慢，土体易开裂，抗压能力差，抗冲刷能力差，水稳性差以及抗渗性差等，而且这类筑路材料开采破坏植被，污染环境。尤其是石灰、水泥生产中要消耗大量的煤炭资源并释放大量的二氧化碳温室气体，加重温室效应。液态固化剂是利用土胶粒的双电层原理，在高分子液体固化剂加入后，产生高浓度的反离子，通过其与土胶粒表面负电荷间的电性力来克服土胶粒间的“能垒”，增加胶粒间的吸引力，使得粘土胶体颗粒聚结，提高土颗粒之间的联结强度和水稳性。但现有的液态土壤固化剂大多呈强酸性或强碱性，在使用过程中不仅会给操作者带来很大的危险，而且会对使用场所周围的生态环境造成一定的破坏。此外，现有的液态土壤固化剂的抗压能力、水稳定性和冻稳定性均较差，其生产过程不仅能耗较高，而且存在不同程度的环境污染问题。

因此，提供了一种成本低廉、固化效果好、对环境无污染的土壤固化剂及其制备方法很有必要。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针目前土壤固化剂应用于含水量高且富含有机质的土壤时，往往导致土壤固化后的强度偏低，强度发展缓慢，土体易开裂，抗压能力差的缺陷，提供了一种以海水为分散剂的土壤固化剂的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

以海水为分散剂的土壤固化剂的具体制备步骤为：

取稻壳灰粉末、生石灰、褐腐木粉、骨料滤渣、复合有机悬浮剂、去离子水放入发酵罐中，并向其充入氨气，密封霉腐发酵15～20天后得到发酵产物，随后置于高速离心机中，以2500～3000r/min的转速离心处理7～8h，去除上层液，得到下层滤渣，将滤渣用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，曝晒2～3天得到填充料，将填充料与海藻泥混合，再分散于海水中，形成悬浮液，得到以海水为分散剂的土壤固化剂；

骨料滤渣的具体制备步骤为：

（1）取废弃混凝土置于粉碎机中粉碎处理后，研磨过200目筛得到粉料，再用质量分数为10%的磷酸溶液浸泡所得粉料10～12h，过滤分离得到滤渣，随后用去离子水清洗滤渣，得到再生细骨料；

（2）将再生细骨料浸渍于三甲基甲氧基硅烷溶液中，在常温下浸泡4～5h，过滤，去除滤液得到骨料滤渣；

复合有机悬浮剂的具体制备步骤为：

按重量份数计，向高速分散机加入10～20份200目白炭黑、10～15份邻苯二甲酸二丁酯、30～35份丙烯酸丁酯、5～10份质量分数为20%的膨润土悬浮液、以3000～4000r/min的转速分散1.0～1.5h，得到复合有机悬浮剂；

海藻泥的具体制备步骤为：

取褐藻与绿藻置于粉碎机中粉碎得到海藻碎料，将所得海藻碎料、海水、贝壳粉、壳聚糖酶、腐殖土混合，自然光照下培养6～7天后滤干水分，得到海藻泥。

稻壳灰粉末的具体制备步骤为：

取稻壳点燃，收集燃烧后的灰烬，置于研钵研磨，过200～300目筛得到稻壳灰粉末。

发酵罐中发酵原料，按重量份数计，包括稻壳灰粉末20～30份、生石灰30～40份、褐腐木粉10～15份、骨料滤渣40～50份、复合有机悬浮剂10～15份、去离子水40～50份。

充入发酵罐的氨气体积为发酵罐体积1/2～2/3。

填充料与海藻泥混合质量比为1︰4，悬浮液质量分数为5%。

骨料滤渣的具体制备步骤（1）中再生细骨料可添加其质量比为4～5%的细河砂，提高强度。

骨料滤渣的具体制备步骤（2）中三甲基甲氧基硅烷溶液是用丙酮将三甲基甲氧基硅烷溶解，配制得到质量分数为5%的三甲基甲氧基硅烷溶液。

海藻泥的具体制备步骤中各原料，按重量份数计，包括褐藻30～40份、绿藻10～15份、海水300～350份、贝壳粉40～50份、壳聚糖酶8～10份、腐殖土30～40份。

本发明的有益效果是：

（1）本发明以废弃混凝土为原料用磷酸溶液浸泡处理并清洗得到再生细骨料，再将再生细骨料用三甲基甲氧基硅烷溶液浸泡处理后，过滤得到骨料滤渣，将白炭黑、丙烯酸丁酯、陶土悬浮液等物质混合，经过高速分散得到复合有机悬浮剂，取稻壳燃烧后的灰烬，研磨得到稻壳灰粉末，将稻壳灰粉末、生石灰、骨料滤渣、复合有机悬浮剂、新鲜葡萄皮、骨料粉等放入发酵罐中，并通入氨气，密封发酵后得到发酵产物，将发酵产物离心处理得到滤渣，将滤渣洗涤至中性后曝晒干燥再与海藻泥混合，分散于海水中，形成悬浮液，得到以海水为分散剂的土壤固化剂，本发明在发酵过程中将生石灰溶解于水中，放热为发酵提供所需温度，生成的氢氧化钙在水中形成碱性环境，使稻壳灰中主要成分二氧化硅转变为硅酸盐填充在骨料滤渣的孔隙中，将本发明土壤固化剂应用于松散的土壤时，由于固化剂中微生物呼吸产生二氧化碳，复合有机悬浮剂中碳酸钙随着二氧化碳浓度不断升高形成碳酸氢钙，碳酸氢钙溶解度较大，使其填充至土壤胶粒的之间空隙中，再通过微生物持续的放热使碳酸氢钙分解，流动在骨料滤渣空隙中的碳酸氢钙会沉淀形成硬质的碳酸钙，对土壤的内部骨架结构起到支撑作用，从而提高固化土壤的抗压强度；

（2）本发明在发酵过程中，由于骨料滤渣表面的三甲基甲氧基硅烷中甲氧基易发生水解会与氨气反应生成甲基氨烷类物质，甲基氨烷类物质可与稻壳灰中钾离子发生取代反应，形成甲基硅酸钾，而甲基硅酸钾是一种矿物防水剂，因而在固化过程中它可与空气中的二氧化碳反应，在土壤胶粒表层形成一层不能溶解的网状防水透气膜，具有优秀的防水效果，减少固化后土壤吸收水分，提高水稳性，从而减少固化土壤由于冻融和风化而产生松散结构，此外需要说明一般富含有机质和含水量高的土壤呈酸性，较为松散，本发明以海水作为分散剂，一方面可以提高土壤的pH值，另一方面海水中的各种盐析出后结晶有固结作用，能够提高土壤的硬度和抗压强度，所用的褐腐木粉中含有褐腐菌，它是丝状真菌，能够将土壤中的有机质分解，对蚯蚓等营腐生物有毒害作用，并产生具有联结效果的菌丝，加强土壤中胶粒的粘结，从而使固化后土壤不易开裂，具有较高的抗压性能，应用前景广阔。

具体实施方式

取废弃混凝土置于粉碎机中粉碎处理后，研磨过200目筛得到粉料，再用质量分数为10%的磷酸溶液浸泡所得粉料10～12h，过滤分离得到滤渣，随后用去离子水清洗滤渣，得到再生细骨料；用丙酮将三甲基甲氧基硅烷溶解，配制得到质量分数为5%的三甲基甲氧基硅烷溶液，将再生细骨料浸渍于三甲基甲氧基硅烷溶液中，在常温下浸泡4～5h，过滤，去除滤液得到骨料滤渣；按重量份数计，向高速分散机加入10～20份200目白炭黑、10～15份邻苯二甲酸二丁酯、30～35份丙烯酸丁酯、5～10份质量分数为20%的膨润土悬浮液、以3000～4000r/min的转速分散1.0～1.5h，得到复合有机悬浮剂；按重量份数计，取30～40份褐藻与10～15份绿藻置于粉碎机中粉碎得到海藻碎料，将所得海藻碎料、300～350份海水、40～50份贝壳粉、8～10份壳聚糖酶、30～40份腐殖土混合，自然光照下培养6～7天后滤干水分，得到海藻泥，备用；取稻壳点燃，收集燃烧后的灰烬，置于研钵研磨，过200～300目筛得到稻壳灰粉末，按重量份数计，取20～30份稻壳灰粉末、30～40份生石灰、10～15份褐腐木粉、40～50份骨料滤渣、10～15份复合有机悬浮剂、40～50份去离子水放入发酵罐中，并向其充入发酵罐体积1/2～2/3的氨气，密封霉腐发酵15～20天后得到发酵产物；将发酵产物置于高速离心机中，以2500～3000r/min的转速离心处理7～8h，去除上层液，得到下层滤渣，将滤渣用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，曝晒2～3天得到填充料，将填充料与海藻泥按质量比为1︰4混合，再分散于海水中，形成质量分数为5%的悬浮液，得到以海水为分散剂的土壤固化剂。

实施例1

再生细骨料的制备：

取废弃混凝土置于粉碎机中粉碎处理后，研磨过200目筛得到粉料，再用质量分数为10%的磷酸溶液浸泡所得粉料10h，过滤分离得到滤渣，随后用去离子水清洗滤渣，得到再生细骨料。

骨料滤渣的制备：

用丙酮将三甲基甲氧基硅烷溶解，配制得到质量分数为5%的三甲基甲氧基硅烷溶液，将再生细骨料浸渍于三甲基甲氧基硅烷溶液中，在常温下浸泡4h，过滤，去除滤液得到骨料滤渣。

复合有机悬浮剂的制备：

按重量份数计，向高速分散机加入10份200目白炭黑、10份邻苯二甲酸二丁酯、30份丙烯酸丁酯、5份质量分数为20%的膨润土悬浮液、以3000r/min的转速分散1.0h，得到复合有机悬浮剂。

海藻泥的制备：

按重量份数计，取30份褐藻与10份绿藻置于粉碎机中粉碎得到海藻碎料，将所得海藻碎料、300份海水、40份贝壳粉、8份壳聚糖酶、30份腐殖土混合，自然光照下培养6天后滤干水分，得到海藻泥，备用。

发酵产物的制备：

取稻壳点燃，收集燃烧后的灰烬，置于研钵研磨，过200目筛得到稻壳灰粉末，按重量份数计，取20份稻壳灰粉末、30份生石灰、10份褐腐木粉、40份骨料滤渣、10份复合有机悬浮剂、40份去离子水放入发酵罐中，并向其充入发酵罐体积1/2的氨气，密封霉腐发酵15天后得到发酵产物。

以海水为分散剂的土壤固化剂的制备：

将发酵产物置于高速离心机中，以2500r/min的转速离心处理7h，去除上层液，得到下层滤渣，将滤渣用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，曝晒2天得到填充料，将填充料与海藻泥按质量比为1︰4混合，再分散于海水中，形成质量分数为5%的悬浮液，得到以海水为分散剂的土壤固化剂。

实施例2

再生细骨料的制备：

取废弃混凝土置于粉碎机中粉碎处理后，研磨过200目筛得到粉料，再用质量分数为10%的磷酸溶液浸泡所得粉料11h，过滤分离得到滤渣，随后用去离子水清洗滤渣，得到再生细骨料。

骨料滤渣的制备：

用丙酮将三甲基甲氧基硅烷溶解，配制得到质量分数为5%的三甲基甲氧基硅烷溶液，将再生细骨料浸渍于三甲基甲氧基硅烷溶液中，在常温下浸泡4h，过滤，去除滤液得到骨料滤渣。

复合有机悬浮剂的制备：

按重量份数计，向高速分散机加入15份200目白炭黑、13份邻苯二甲酸二丁酯、33份丙烯酸丁酯、7份质量分数为20%的膨润土悬浮液、以3500r/min的转速分散1.3h，得到复合有机悬浮剂。

海藻泥的制备：

按重量份数计，取35份褐藻与13份绿藻置于粉碎机中粉碎得到海藻碎料，将所得海藻碎料、330份海水、45份贝壳粉、9份壳聚糖酶、35份腐殖土混合，自然光照下培养6天后滤干水分，得到海藻泥，备用。

发酵产物的制备：

取稻壳点燃，收集燃烧后的灰烬，置于研钵研磨，过250目筛得到稻壳灰粉末，按重量份数计，取25份稻壳灰粉末、35份生石灰、13份褐腐木粉、45份骨料滤渣、13份复合有机悬浮剂、45份去离子水放入发酵罐中，并向其充入发酵罐体积1/2的氨气，密封霉腐发酵17天后得到发酵产物。

以海水为分散剂的土壤固化剂的制备：

将发酵产物置于高速离心机中，以2750r/min的转速离心处理7h，去除上层液，得到下层滤渣，将滤渣用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，曝晒2天得到填充料，将填充料与海藻泥按质量比为1︰4混合，再分散于海水中，形成质量分数为5%的悬浮液，得到以海水为分散剂的土壤固化剂。

实施例3

取废弃混凝土置于粉碎机中粉碎处理后，研磨过200目筛得到粉料，再用质量分数为10%的磷酸溶液浸泡所得粉料12h，过滤分离得到滤渣，随后用去离子水清洗滤渣，得到再生细骨料；用丙酮将三甲基甲氧基硅烷溶解，配制得到质量分数为5%的三甲基甲氧基硅烷溶液，将再生细骨料浸渍于三甲基甲氧基硅烷溶液中，在常温下浸泡5h，过滤，去除滤液得到骨料滤渣；按重量份数计，向高速分散机加入20份200目白炭黑、15份邻苯二甲酸二丁酯、35份丙烯酸丁酯、10份质量分数为20%的膨润土悬浮液、以4000r/min的转速分散1.5h，得到复合有机悬浮剂；按重量份数计，取40份褐藻与15份绿藻置于粉碎机中粉碎得到海藻碎料，将所得海藻碎料、350份海水、50份贝壳粉、10份壳聚糖酶、40份腐殖土混合，自然光照下培养7天后滤干水分，得到海藻泥，备用；取稻壳点燃，收集燃烧后的灰烬，置于研钵研磨，过300目筛得到稻壳灰粉末，按重量份数计，取30份稻壳灰粉末、40份生石灰、15份褐腐木粉、50份骨料滤渣、15份复合有机悬浮剂、50份去离子水放入发酵罐中，并向其充入发酵罐体积2/3的氨气，密封霉腐发酵20天后得到发酵产物；将发酵产物置于高速离心机中，以3000r/min的转速离心处理8h，去除上层液，得到下层滤渣，将滤渣用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，曝晒3天得到填充料，将填充料与海藻泥按质量比为1︰4混合，再分散于海水中，形成质量分数为5%的悬浮液，得到以海水为分散剂的土壤固化剂。

对比例1：与实施例1的制备方法基本相同，唯有不同的是未加入再生细骨料。

对比例2：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是未加入复合有机悬浮剂。

对比例3：柳州市某公司生产的土壤固化剂。

对本发明制得的以海水为分散剂的土壤固化剂和对比例中的土壤固化剂进行检测，检测结果如表1所示：

测试方法

按照《土工试验规程》，取过5mm筛的土样，按外掺4%的水泥，按试块体积0.02%的比例，掺适量水稀释拌合，制成50mm×50mm的试件。4组共36个，按照《固化类路面基层和底基层技术规程CJJ/T80》、《土壤固化剂CJ/T3073》和《JTGE51-2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程》操作并试验检测，每组取3个进行7天无侧限干抗压强度和28天无侧限干抗压强度；每组取3个进行7天无侧限饱水抗压强度和28天无侧限饱水抗压强度；余下每组3个进行冻融循环试验，经50℃至-18℃的18次循环反复测试泡水后的无侧限抗压强度。

表1性能测定结果

由表1数据可知，本发明制得的以海水为分散剂的土壤固化剂，具有良好的土壤固化性能、防水性能及防热膨胀和冷收缩性能。不会影响植物生长，不会污染地下水，施工工艺简单，易于操作，适用大规模工业化生产，具有广阔的使用前景。

Claims (8)

1.一种以海水为分散剂的土壤固化剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

取稻壳灰粉末、生石灰、褐腐木粉、骨料滤渣、复合有机悬浮剂、去离子水放入发酵罐中，并向其充入氨气，密封霉腐发酵15～20天后得到发酵产物，随后置于高速离心机中，以2500～3000r/min的转速离心处理7～8h，去除上层液，得到下层滤渣，将滤渣用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，曝晒2～3天得到填充料，将填充料与海藻泥混合，再分散于海水中，形成悬浮液，得到以海水为分散剂的土壤固化剂；

所述的骨料滤渣的具体制备步骤为：

（1）取废弃混凝土置于粉碎机中粉碎处理后，研磨过200目筛得到粉料，再用质量分数为10%的磷酸溶液浸泡所得粉料10～12h，过滤分离得到滤渣，随后用去离子水清洗滤渣，得到再生细骨料；

（2）将再生细骨料浸渍于三甲基甲氧基硅烷溶液中，在常温下浸泡4～5h，过滤，去除滤液得到骨料滤渣；

所述的复合有机悬浮剂的具体制备步骤为：

按重量份数计，向高速分散机加入10～20份200目白炭黑、10～15份邻苯二甲酸二丁酯、30～35份丙烯酸丁酯、5～10份质量分数为20%的膨润土悬浮液、以3000～4000r/min的转速分散1.0～1.5h，得到复合有机悬浮剂；

所述的海藻泥的具体制备步骤为：

取褐藻与绿藻置于粉碎机中粉碎得到海藻碎料，将所得海藻碎料、海水、贝壳粉、壳聚糖酶、腐殖土混合，自然光照下培养6～7天后滤干水分，得到海藻泥。

2.根据权利要求1所述的一种以海水为分散剂的土壤固化剂的制备方法，其特征在于：所述的稻壳灰粉末的具体制备步骤为：

取稻壳点燃，收集燃烧后的灰烬，置于研钵研磨，过200～300目筛得到稻壳灰粉末。

3.根据权利要求1所述的一种以海水为分散剂的土壤固化剂的制备方法，其特征在于：所述的发酵罐中发酵原料，按重量份数计，包括稻壳灰粉末20～30份、生石灰30～40份、褐腐木粉10～15份、骨料滤渣40～50份、复合有机悬浮剂10～15份、去离子水40～50份。

4.根据权利要求1所述的一种以海水为分散剂的土壤固化剂的制备方法，其特征在于：所述的充入发酵罐的氨气体积为发酵罐体积1/2～2/3。

5.根据权利要求1所述的一种以海水为分散剂的土壤固化剂的制备方法，其特征在于：所述的填充料与海藻泥混合质量比为1︰4，所述的悬浮液质量分数为5%。

6.根据权利要求1所述的一种以海水为分散剂的土壤固化剂的制备方法，其特征在于：所述的骨料滤渣的具体制备步骤（1）中再生细骨料可添加其质量比为4～5%的细河砂，提高强度。

7.根据权利要求1所述的一种以海水为分散剂的土壤固化剂的制备方法，其特征在于：所述的骨料滤渣的具体制备步骤（2）中三甲基甲氧基硅烷溶液是用丙酮将三甲基甲氧基硅烷溶解，配制得到质量分数为5%的三甲基甲氧基硅烷溶液。

8.根据权利要求1所述的一种以海水为分散剂的土壤固化剂的制备方法，其特征在于：所述的海藻泥的具体制备步骤中各原料，按重量份数计，包括褐藻30～40份、绿藻10～15份、海水300～350份、贝壳粉40～50份、壳聚糖酶8～10份、腐殖土30～40份。