CN109626928A - 一种适用于泥炭土的复合型固化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于泥炭土的复合型固化剂及其制备方法，属于土木建筑材料领域。所述适用于泥炭土的复合型固化剂原料为：作为自凝性材料的水泥100~300份，作为孔隙填充、颗粒分散和有机质稀释组份的红粘土70~150份，作为碱性激发组份的磷石膏10~30份、硫酸钠3~9份，作为水化促进组份的氯化钠1.5~4.5份，作为水化激发组份的水300~440份。本发明所述的固化剂，能够显著提高泥炭及泥炭质土的强度，优化其作为建筑地基和路基填料的性能。本发明减少了固化泥炭土的水泥用量。红粘土的利用可实现原料就地取材，并提高工程中废弃土方的利用率。磷石膏的利用可减少其堆放对环境造成的污染。本发明的复合型固化剂原材料易得，制备简单，造价低廉且具有一定的环保及经济效益。
Description
技术领域
本发明为一种提升土壤性能的水硬性胶凝材料，具体是一种适用于泥炭土的复合型固化剂及其制备方法，属于土木建筑材料领域。
背景技术
按照我国相关行业规范及标准的规定，有机质含量大于10%的土壤即可定性为泥炭土，其中包括了泥炭质土（10%＜有机质含量≤60%）及泥炭（有机质含量＞60%）。这一类土壤主要分布于我国的长白山脉，大、小兴安岭，三江平原，新疆大部分山区，川西若尔盖高原，青藏高原，云南高原以及长江中、下游地区。由于受地形地貌、水文条件、气候因素、植被覆盖和微生物分解的共同作用，泥炭土在长期演化过程中形成了夹杂腐殖质、动植物残体和矿物成分的特殊土壤。有机质的影响使得泥炭土呈现出高含水率、大孔隙比、高压缩性和低强度等特性，在作为建筑地基、路基或边坡时其承载能力均弱于一般的土壤，会引发道路沉降、建筑物倾斜等问题。而随着城市扩张及现代综合交通运输体系的发展，涉及泥炭土地质的工程日趋增多，泥炭土的固化及泥炭土地基加固领域的研究亟待发展。
有机质不仅会导致土体结构疏松、承载力过低，还会吸附周围环境中的阳离子、分解水化结晶物。在用水泥或石灰等以钙、硅、铝为主要水化物的传统建筑材料进行泥炭土固化时，有机质中的高分子官能团会与固化剂产生离子交换，脱氢反应会吸附大量的钙离子，抑制水化反应物生成；同时铝酸盐及其水化产物表面会被有机质附着，水化反应速率下降的同时生成物还会被分解。因此，石灰、水泥等材料的硬化胶结性能在泥炭土中会被限制，传统、单一的水硬性胶凝材料固化泥炭土效果不佳，固化土体的强度难以达到设计要求。在工程应用中，泥炭土地层中传统的水泥桩会出现成桩时间过长，甚至难以硬化成桩等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于泥炭土的复合型固化剂及其制备方法，其可用于固化不同有机质含量的泥炭和泥炭质土，该方法材料易得，成本较低，且制作流程简单，对环境污染较小。
本发明采用的技术方案是：一种适用于泥炭土的复合型固化剂，包括如下质量份数的材料：水泥100~300份，红粘土70~150份，碱性磷石膏10~30份，硫酸钠3~9份，氯化钠1.5~4.5份，水300~440份。
优选地，所述水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥，红粘土为粒径小于2mm的干燥高塑性粘土颗粒，磷石膏为干燥二水石膏CaSO4·2H2O，硫酸钠为干燥分析纯颗粒，氯化钠为干燥分析纯颗粒。
一种所述适用于泥炭土的复合型固化剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）取如下质量份数的原料：水泥100~300份，红粘土70~150份，碱性磷石膏10~30份，硫酸钠3~9份，氯化钠1.5~4.5份，水300~440份；
（2）取步骤（1）所述的水泥、红粘土和碱性磷石膏，均匀混合，得到固相混合物；
（3）取步骤（1）所述的硫酸钠、氯化钠，均匀混合溶解于步骤（1）所述的水中，得到液相混合物；
（4）取步骤（3）得到的液相混合物，加入步骤（2）得到的固相混合物中搅拌均匀，即得所述的适用于泥炭土的复合型固化剂。
本发明添加红粘土的原因是：（1）泥炭土的大孔隙是导致其承载力过低的原因之一，普通固化剂的胶凝硬化产物的体积难以有效填充大孔隙，红粘土颗粒可作为填充物降低泥炭土的孔隙比，增加固化体系的密实性，提升其承载能力；（2）由于物质组成的特殊性，泥炭土的颗粒及有机组份的分布不均匀，存在大量团聚物，干燥红粘土颗粒的粒径级配较泥炭土更好，可提高固化剂以及泥炭土颗粒的分散度，平衡固化剂在土体中的空间分布，提高化学反应的活性；（3）红粘土可降低有机质在土中的浓度，承担部分有机质对其他材料的负面影响，包括离子交换、附着和矿物分解作用；（4）红粘土在固化体系中引入了额外的硅、铝矿物，可促进水化反应的正向进行；（5）红粘土中的含铝矿物可作为钙矾石水化反应发生的载体，弥补水泥效果被抑制的问题；
本发明添加硫酸盐和氯化钠的原因是：（1）硫酸盐创造的碱性环境可降低泥炭土的pH值，碱性环境下水泥的胶凝硬化效果更好；（2）硫酸盐提高体系中硫酸根的浓度，增加钙矾石生成量，密集钙矾石的生长发育可挤压土团粒，缩小团聚体内部的封闭孔隙，提升泥炭土微观结构的稳定性；（3）氯化钠作为早强剂可缩短泥炭土中水泥硬化成型的时间。
本发明的有益效果是：
（1）提高泥炭土的强度，优化其作为建筑地基或路基填料的承载能力，降低泥炭土地层上部及周边建筑结构的潜在隐患，减小泥炭土引发的工程病害及社会经济效益损失；（2）利用红粘土作为固化材料，可实现就地取材，尤其是提高工程中废弃土方的利用率；（3）水泥生产会产生大量的碳排放，利用红粘土和其他物质降低固化泥炭土时的水泥用量，在缩减施工成本的同时还有一定的环保效益；（4）磷石膏作为工业废料得到应用，在一定程度上缓解其排放、堆积对环境造成的危害；（5）原料易获取，制作方法简单，可在分布有红粘土的地区、涉及泥炭土工程的地区推广应用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、方法和要点更加清楚，下面列举本发明的实施案例进行详细说明，但并非用于限定本发明的范围。
实施例1：一种适用于泥炭土的复合型固化剂，包括如下质量份数的材料：水泥100g，红粘土70g，碱性磷石膏10g，硫酸钠3g，氯化钠1.5g，水300g。
所述水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥，红粘土为粒径小于2mm的干燥高塑性粘土颗粒，磷石膏为干燥二水石膏（CaSO4·2H2O），硫酸钠为干燥分析纯颗粒，氯化钠为干燥分析纯颗粒。
一种所述适用于泥炭土的复合型固化剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）取上述质量份数的原料；
（2）取步骤（1）所述的水泥、红粘土和碱性磷石膏，均匀混合，得到固相混合物；
（3）取步骤（1）所述的硫酸钠、氯化钠，均匀混合溶解于步骤（1）所述的水中，得到液相混合物；
（4）取步骤（3）得到的液相混合物，加入步骤（2）得到的固相混合物中搅拌均匀，即得所述的适用于泥炭土的复合型固化剂。
将上述复合固化剂加入有机质含量为78.3%，含水率为231.9%，孔隙比为3.88的800g的泥炭土中并进行室内固化试验，试块养护28天测得的无侧限抗压强度为180kPa。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，区别在于：包括如下质量份数的材料：水泥200g，红粘土70g，碱性磷石膏20g，硫酸钠6g，氯化钠3g，水300g。
将上述复合固化剂加入有机质含量为78.3%，含水率为231.9%，孔隙比为3.88的800g的泥炭土中并进行室内固化试验，试块养护28天测得的无侧限抗压强度为517kPa。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，区别在于：包括如下质量份数的材料：水泥300g，红粘土70g，碱性磷石膏30g，硫酸钠9g，氯化钠4.5g，水300g。
将上述复合固化剂加入有机质含量为78.3%，含水率为231.9%，孔隙比为3.88的800g的泥炭土中并进行室内固化试验，试块养护28天测得的无侧限抗压强度为707kPa。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，区别在于：包括如下质量份数的材料：水泥100g，红粘土110g，碱性磷石膏10g，硫酸钠3g，氯化钠1.5g，水370g。
将上述复合固化剂加入有机质含量为79.6%，含水率为228.8%，孔隙比为3.77的700g的泥炭土中并进行室内固化试验，试块养护28天测得的无侧限抗压强度为218kPa。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，区别在于：包括如下质量份数的材料：水泥200g，红粘土110g，碱性磷石膏20g，硫酸钠6g，氯化钠3g，水370g。
将上述复合固化剂加入有机质含量为79.6%，含水率为228.8%，孔隙比为3.77的700g的泥炭土中并进行室内固化试验，试块养护28天测得的无侧限抗压强度为586kPa。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，区别在于：包括如下质量份数的材料：水泥300g，红粘土110g，碱性磷石膏30g，硫酸钠9g，氯化钠4.5g，水370g。
将上述复合固化剂加入有机质含量为79.6%，含水率为228.8%，孔隙比为3.77的700g的泥炭土中并进行室内固化试验，试块养护28天测得的无侧限抗压强度为828kPa。
实施例7
本实施例与实施例1基本相同，区别在于：包括如下质量份数的材料：水泥100g，红粘土150g，碱性磷石膏10g，硫酸钠3g，氯化钠1.5g，水440g。
将上述复合固化剂加入有机质含量为80.9%，含水率为233.6%，孔隙比为4.17的600g的泥炭土中并进行室内固化试验，试块养护28天测得的无侧限抗压强度为为254kPa。
实施例8
本实施例与实施例1基本相同，区别在于：包括如下质量份数的材料：水泥200g，红粘土150g，碱性磷石膏20g，硫酸钠6g，氯化钠3g，水440g。
将上述复合固化剂加入有机质含量为80.9%，含水率为233.6%，孔隙比为4.17的600g的泥炭土中并进行室内固化试验，试块养护28天测得的无侧限抗压强度为为548kPa。
实施例9
本实施例与实施例1基本相同，区别在于：包括如下质量份数的材料：水泥300g，红粘土150g，碱性磷石膏30g，硫酸钠9g，氯化钠4.5g，水440g。
将上述复合固化剂加入有机质含量为80.9%，含水率为233.6%，孔隙比为4.17的600g的泥炭土中并进行室内固化试验，试块养护28天测得的无侧限抗压强度为为774kPa。
本发明综合考虑泥炭土特殊的物理性质及其有机组份对固化材料的抑制作用，作为一种适用于泥炭土的复合型固化剂，不仅要能够有效填充土体孔隙，还要能够削弱有机质对固化材料性能的影响，并激发胶凝硬化活性，以此提高泥炭土作为建筑地基和路基填料的性能，降低其所带来的工程风险。
以上实施例是对本发明的详细介绍，但上述描述并不用于限制本发明。对于该领域的技术人员而言，本发明中原料的配比范围和配置步骤可进行各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、替换和改进优化等，均在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种适用于泥炭土的复合型固化剂，其特征在于：包括如下质量份数的材料：水泥100~300份，红粘土70~150份，碱性磷石膏10~30份，硫酸钠3~9份，氯化钠1.5~4.5份，水300~440份。
2.根据权利要求1所述的一种适用于泥炭土的复合型固化剂，其特征在于：所述水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥，红粘土为粒径小于2mm的干燥高塑性粘土颗粒，磷石膏为干燥二水石膏CaSO4·2H2O，硫酸钠为干燥分析纯颗粒，氯化钠为干燥分析纯颗粒。
3.一种权利要求1或2所述适用于泥炭土的复合型固化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）取如下质量份数的原料：水泥100~300份，红粘土70~150份，碱性磷石膏10~30份，硫酸钠3~9份，氯化钠1.5~4.5份，水300~440份；
（2）取步骤（1）所述的水泥、红粘土和碱性磷石膏，均匀混合，得到固相混合物；
（3）取步骤（1）所述的硫酸钠、氯化钠，均匀混合溶解于步骤（1）所述的水中，得到液相混合物；
（4）取步骤（3）得到的液相混合物，加入步骤（2）得到的固相混合物中搅拌均匀，即得所述的适用于泥炭土的复合型固化剂。
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