CN110055083A - 高分子土壤固化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分子土壤固化剂，包括以下质量份的原料制备而成：18～25份丙烯酰胺、0.1～0.2份过硫酸铵、0.1～0.4份过硫酸钾、3～7份氯化镁、2～5份氯化钙、3～5份纤维素、4～6份羧甲基纤维素钠、0.2～0.4份激发剂、1～2份分散剂、1～2份胶黏剂、150～200份水，还公开了一种高分子土壤固化剂的制备方法。本发明具有增强高分子土壤固化剂固化能力的有益效果。

Description

高分子土壤固化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及固化剂制备领域。更具体地说，本发明涉及一种高分子土壤固化剂及其制备方法。

背景技术

土壤实质是一种溶胶体，这样的胶体具有一定的稳定性，胶粒与胶粒之间维持有一定的距离，所以土壤的强度比较差，但是在修建道路、地质灾害防治、水利水电防渗防漏等工程中需要密实度、强度较高的土壤，需要向土壤中添加化学物质来改变土壤的性质，方便工程的进行；

土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用以固化各类土壤的新型节能环保工程材料，对于需加固的土壤，根据土壤的物理和化学性质，只需掺入一定量的固化剂，经拌匀、压实处理，即可达到需要的性能指标，与使用传统的路面基层材料筑路相比可节约筑路成本，可缩短工期，在不改变施工条件的情况下，无侧限抗压强度可提高，土壤固化剂复合固结土试件常温下浸水不解散，水稳定性好，耐久性好等等，高分子类土壤固化剂在实际应用中因其高浓缩、用量少、易于运输、施工方便被应用于多个领域，但是其抗渗性、抗冻融性、抗压性有待进一步提高，以满足适用于更多的领域。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种高分子土壤固化剂，还提供一种高分子土壤固化剂的制备方法，具有增强高分子土壤固化剂固化能力的效果。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高分子土壤固化剂，包括以下质量份的原料制备而成：18～25份丙烯酰胺、0.1～0.2份过硫酸铵、0.1～0.4份过硫酸钾、3～7份氯化镁、2～5份氯化钙、3～5份纤维素、4～6份羧甲基纤维素钠、0.2～0.4份激发剂、1～2份分散剂、1～2份胶黏剂、150～200份水。

优选的是，所述激发剂为氢氧化钠、氧化钙、氧化镁中的一种或几种。

优选的是，所述分散剂为石蜡、阴离子纤维中的一种。

优选的是，所述胶黏剂为聚氨酯类胶黏剂。

高分子土壤固化剂的制备方法，按上述重量份计，包括：

S1、将丙烯酰胺配制成溶质质量分数为25％的丙烯酰胺水溶液，泵压至A反应室中，备用；

S2、将过硫酸铵、过硫酸钾配制成溶质质量分数为2％的混合水溶液，泵压至B反应室中，备用；

S3、将余量的水加入C反应室，升温至60～80℃，依次向所述C反应室中加入氯化镁、氯化钙，搅拌15～20min，再依次向所述C反应室中加入纤维素和羧甲基纤维素钠，搅拌25～30min，打开所述A反应室缓慢向所述C反应室中滴加步骤S1中的丙烯酰胺水溶液，滴加60min，同时打开所述B反应室缓慢向所述C反应室中滴加步骤S2中的混合水溶液，滴加60min，同时向所述C反应室中加入激发剂，保温反应2～3h；

S4、将分散剂、胶黏剂加入所述C反应室，搅拌60min，得高分子土壤固化剂。

优选的是，所述A反应室的上端部设有第一进料口，所述第一进料口上设有第一阀门，所述A反应室包括第一圆筒部和连接在所述第一圆筒部下端的第一漏斗部，所述第一圆筒部内设有竖直的第一搅拌杆，所述第一漏斗部的下端连接有第一排料管，所述第一排料管上设有第二阀门，所述第一排料管上设有第一流量计，所述第一流量计位于所述第二阀门的下方；

所述B反应室的上端部设有第二进料口，所述第二进料口上设有第三阀门，所述B反应室包括第二圆筒部和连接在所述第二圆筒部下端的第二漏斗部，所述第二圆筒部内设有竖直的第二搅拌杆，所述第二漏斗部的下端连接有第二排料管，所述第二排料管上设有第四阀门，所述第二排料管上设有第二流量计，所述第二流量计位于所述第四阀门的下方；

所述C反应室包括第三圆筒部、第三搅拌杆、环形搅拌器，所述第三圆筒部的上下端封闭，所述第三圆筒部的上端设有第一开口、第二开口、第三开口，所述第一开口与所述第一排料管连接，所述第二开口与所述第二排料管连接，所述第三开口与漏斗形状的加料管连接，所述加料管上设有第五阀门，所述第三圆筒部的下端设有出料口，所述第三圆筒部的底部向所述出料口的方向向下倾斜，所述出料口上设有第六阀门，所述第三搅拌杆与所述第三圆筒部同轴设置，所述环形搅拌器包括第一齿轮、第二齿轮、环形导轨、搅拌叶，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第一齿轮由电机驱动转动，所述第二齿轮的下端滑动连接在所述环形导轨中，所述环形导轨固定在所述第三圆筒部的内侧壁，所述搅拌叶设置在所述第二齿轮的内侧壁，所述搅拌叶与所述第二齿轮连接处的夹角为45～60度。

本发明至少包括以下有益效果：

阴离子纤维的加入使高分子土壤固化剂分散更均匀，提高抗渗透性和耐水性；

加入聚氨酯类胶黏剂使高分子土壤固化剂在处理试样时，增强了试样之间的粘附力，使固化剂固化后的试样能够保持更长的时间；

设置A反应室和B反应室，通过滴加的方式将A反应室和B反应室的液体加入C反应室，可以增加丙烯酰胺的链长，增加高分子土壤固化剂成品的粘接性能，使固化后的土壤整体强度更高，设置第一齿轮和第二齿轮，搅拌叶自第三圆筒部的内侧壁对C反应室的液体进行搅拌，第三搅拌杆自第三圆筒部的中心对C反应室的液体进行搅拌，使位于C反应室中的液体反应更加均匀。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的其中一个技术方案的结构示意图；

图2为本发明其中一个技术方案中第一齿轮和第二齿轮的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“竖直”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

<实施例1>

高分子土壤固化剂，包括以下质量份的原料制备而成：18份丙烯酰胺、0.1份过硫酸铵、0.1份过硫酸钾、3份氯化镁、2份氯化钙、3份纤维素、4份羧甲基纤维素钠、0.2份氧化钙、1份阴离子纤维、1份聚氨酯类胶黏剂、150份水；

高分子土壤固化剂的制备方法：按上述重量份计，将丙烯酰胺溶解在水中形成丙烯酰胺水溶液，将过硫酸铵和过硫酸钾溶解在水中形成混合水溶液，将余量的水加入反应釜，升温至60℃，再向其中加入氯化镁、氯化钙、纤维素、羧甲基纤维素钠、氧化钙，搅拌20min，再向其中加入丙烯酰胺水溶液和混合水溶液，搅拌50min，再加入阴离子纤维、聚氨酯类胶黏剂搅拌均匀，得高分子土壤固化剂。

<实施例2>

高分子土壤固化剂，包括以下质量份的原料制备而成：25份丙烯酰胺、0.2份过硫酸铵、0.4份过硫酸钾、7份氯化镁、5份氯化钙、5份纤维素、6份羧甲基纤维素钠、0.4份氢氧化钠、2份石蜡、2份聚氨酯类胶黏剂、200份水；

高分子土壤固化剂的制备方法：按上述重量份计，将丙烯酰胺溶解在水中形成丙烯酰胺水溶液，将过硫酸铵和过硫酸钾溶解在水中形成混合水溶液，将余量的水加入反应釜，升温至60℃，再向其中加入氯化镁、氯化钙、纤维素、羧甲基纤维素钠、氢氧化钠，搅拌20min，再向其中加入丙烯酰胺水溶液和混合水溶液，搅拌50min，再加入石蜡、聚氨酯类胶黏剂搅拌均匀，得高分子土壤固化剂。

<实施例3>

高分子土壤固化剂，包括以下质量份的原料制备而成：21份丙烯酰胺、0.15份过硫酸铵、0.2份过硫酸钾、5份氯化镁、3份氯化钙、4份纤维素、5份羧甲基纤维素钠、0.3份氧化镁、1.5份阴离子纤维、1.5份聚氨酯类胶黏剂、180份水；

高分子土壤固化剂的制备方法：按上述重量份计，将丙烯酰胺溶解在水中形成丙烯酰胺水溶液，将过硫酸铵和过硫酸钾溶解在水中形成混合水溶液，将余量的水加入反应釜，升温至60℃，再向其中加入氯化镁、氯化钙、纤维素、羧甲基纤维素钠、氧化镁，搅拌20min，再向其中加入丙烯酰胺水溶液和混合水溶液，搅拌50min，再加入阴离子纤维、聚氨酯类胶黏剂搅拌均匀，得高分子土壤固化剂。

<实施例4>

高分子土壤固化剂，包括以下质量份的原料制备而成：21份丙烯酰胺、0.15份过硫酸铵、0.2份过硫酸钾、5份氯化镁、3份氯化钙、4份纤维素、5份羧甲基纤维素钠、0.3份氧化镁、1.5份阴离子纤维、1.5份聚氨酯类胶黏剂、180份水；

高分子土壤固化剂的制备方法，按上述重量份计，包括：

S1、将丙烯酰胺配制成溶质质量分数为25％的丙烯酰胺水溶液，泵压至A反应室中，备用；

S2、将过硫酸铵、过硫酸钾配制成溶质质量分数为2％的混合水溶液，泵压至B反应室中，备用；

S3、将余量的水加入C反应室，升温至70℃，依次向所述C反应室中加入氯化镁、氯化钙，搅拌18min，再依次向所述C反应室中加入纤维素和羧甲基纤维素钠，搅拌28min，打开所述A反应室缓慢向所述C反应室中滴加步骤S1中的丙烯酰胺水溶液，滴加60min，同时打开所述B反应室缓慢向所述C反应室中滴加步骤S2中的混合水溶液，滴加60min，同时向所述C反应室中加入氧化镁，保温反应3h；

S4、将阴离子纤维、聚氨酯类胶黏剂加入所述C反应室，搅拌60min，得高分子土壤固化剂。

其中，所述A反应室的上端部设有第一进料口1，所述第一进料口1上设有第一阀门2，所述A反应室包括第一圆筒部和连接在所述第一圆筒部下端的第一漏斗部，所述第一圆筒部内设有竖直的第一搅拌杆3，所述第一漏斗部的下端连接有第一排料管4，所述第一排料管4上设有第二阀门5，所述第一排料管4上设有第一流量计6，所述第一流量计6位于所述第二阀门5的下方；

所述B反应室的上端部设有第二进料口7，所述第二进料口7上设有第三阀门8，所述B反应室包括第二圆筒部和连接在所述第二圆筒部下端的第二漏斗部，所述第二圆筒部内设有竖直的第二搅拌杆9，所述第二漏斗部的下端连接有第二排料管10，所述第二排料管10上设有第四阀门11，所述第二排料管10上设有第二流量计12，所述第二流量计12位于所述第四阀门11的下方；

所述C反应室包括第三圆筒部13、第三搅拌杆14、环形搅拌器，所述第三圆筒部13的上下端封闭，所述第三圆筒部13的上端设有第一开口15、第二开口16、第三开口17，所述第一开口15与所述第一排料管4连接，所述第二开口16与所述第二排料管10连接，所述第三开口17与漏斗形状的加料管18连接，所述加料管18上设有第五阀门19，所述第三圆筒部13的下端设有出料口20，所述第三圆筒部13的底部向所述出料口20的方向向下倾斜，所述出料口20上设有第六阀门21，所述第三搅拌杆14与所述第三圆筒部13同轴设置，所述环形搅拌器包括第一齿轮22、第二齿轮23、环形导轨25、搅拌叶24，所述第一齿轮22与所述第二齿轮23啮合，所述第一齿轮22由电机驱动转动，所述第二齿轮23的下端滑动连接在所述环形导轨25中，所述环形导轨25固定在所述第三圆筒部13的内侧壁，所述搅拌叶24设置在所述第二齿轮23的内侧壁，所述搅拌叶24与所述第二齿轮23连接处的夹角为45～60度；

在上述实施例中，将丙烯酰胺配制成溶质质量分数为25％的丙烯酰胺水溶液，泵压至A反应室中，备用；将过硫酸铵、过硫酸钾配制成溶质质量分数为2％的混合水溶液，泵压至B反应室中，备用，打开第五阀门19，将余量的水通过加料管18自第三开口17加入C反应室中的第三圆筒部13内，将第三圆筒部13内部升温至70℃，启动电机，使第三搅拌杆14和第一齿轮22转动，第一齿轮22的转动带动第二齿轮23的转动，转动时，搅拌叶24对位于第三圆筒部13内的液体施加力，使其第三圆筒部13内的液体混合更均匀，保持第三搅拌杆13和搅拌叶24持续转动，依次通过加料管18自第三开口17向所述C反应室的第三圆筒部13中加入氯化镁、氯化钙，搅拌18min，再依次通过加料管18自第三开口17向所述C反应室的第三圆筒部13中加入纤维素和羧甲基纤维素钠，搅拌28min，调节第二阀门5，控制所述A反应室中的丙烯酰胺水溶液流向第三圆筒部13的速度，滴加60min，调节第四阀门11，控制所述B反应室中的混合水溶液流向第三圆筒部13内的速度，滴加60min，同时自第三开口17向第三圆筒部13内中加入氧化镁，保温反应3h，将分散剂、胶黏剂加入第三圆筒部13，搅拌60min，得高分子土壤固化剂。

<对比例1>

高分子有机土壤固化剂包括：丙三醇37％、磺化油24％、硫酸钠13％、硫酸酐12％、阴离子纤维素7％、水玻璃7％在60℃环境下混合均匀得到。

<对比例2>

原料及制备方法同实施例3，其中，不同的是，不添加阴离子纤维。

<对比例3>

原料及制备方法同实施例3，其中，不同的是，不添加聚氨酯类胶黏剂。

<高分子土壤固化剂性能评价>

实验材料：实施例1～4和对比例1～3的高分子土壤固化剂、试样1砂土、试样2粉煤灰；

实验一：取实施例1～4和对比例1的高分子土壤固化剂分别与试样1和试样2按照重量份比1:1000的比例进行混合，搅拌均匀后，制成直径(50mm)×高(50mm)的圆柱体试件，用千斤顶静压成型，放入标准养护箱中养护到相应的龄期，取出晾干对固化后的试样1和试样2的抗压性能进行检测，检测结果如表1所示；

表1

由表1可得，实施例1～4的高分子固化剂对砂土、粉煤灰具有良好的固化效果，且固化后的固化土最大干密度相差不大，28d无侧限抗压强度的结果较好，均大于7MPa，符合《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006)的要求；

实施例4相对实施例1～3的无侧限抗压强度大，说明通过控制流速进行缓慢滴加反应，可以增加丙烯酰胺的链长，增加高分子土壤固化剂成品的粘接性能，使固化后的土壤整体强度更高；

对比例1相比实施例1～4的无侧限抗压强度相对较低，表示对比例1的产品粘接试样能力较差，易形成孔隙，导致压实度不好。

实验二：将实施例1～4和对比例1～2的高分子土壤固化剂对试样1和试样2进行固化，将固化后的土壤作为道路填料进行模拟施工，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG)T0860-2009条对模拟施工的道路填料进行抗冲刷实验，结果如表2所示：

表2

从表2可以看出，采用本发明的高分子土壤固化剂处理的土壤经冲刷后，实施例1～4的质量损失率低于对比例2，表明实施例1～4的高分子土壤固化剂具有较好的抗冲刷性能，阴离子纤维的加入使固化剂分散更均匀，显示出较强的抗渗透性和耐水性。

实验三：将高分子土壤固化剂处理的试样1和试样2进行干湿循环试验和冻融循环试验，共分为三组，对照组、干湿循环组、冻融循环组，对照组的试样1和试样2的龄期为28d，对照组不进行处理，实验完成后，检测其抗压强度，结果如表3所示；

干湿循环试验：选取龄期为7d的试样1和试样2，在70℃的烘箱里烘24h，然后在水浴槽中放置24h，温度设为(22±1)℃，此过程为一个干湿循环过程，即2天一个干湿循环周期，重复10次；

冻融循环试验：选取龄期为28d的试样1和试样2，一次冻融循环包括在-18℃下冻结16h，然后再(20±1)℃的溶解水槽中融化8h，保证水面高出试件2cm，冻融循环10次后进行无侧限抗压强度试验；

表3

由表3可知，实施例～4的高分子土壤固化剂具有较好的抗干湿循环性能和抗冻融性能，即具有较好的耐久性能，而对比例1的耐久性能就相对弱很多，对比例3的无限抗侧压性能、抗干湿循环性能、抗冻融性能的能力小于实施例1～4，表明加入聚氨酯类胶黏剂使高分子土壤固化剂在处理试样时，增强了试样之间的粘附力，使固化剂固化后的试样能够保持更长的时间。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例和图例。

Claims (6)

1.高分子土壤固化剂，其特征在于，包括以下质量份的原料制备而成：18～25份丙烯酰胺、0.1～0.2份过硫酸铵、0.1～0.4份过硫酸钾、3～7份氯化镁、2～5份氯化钙、3～5份纤维素、4～6份羧甲基纤维素钠、0.2～0.4份激发剂、1～2份分散剂、1～2份胶黏剂、150～200份水。

2.如权利要求1所述的高分子土壤固化剂，其特征在于，所述激发剂为氢氧化钠、氧化钙、氧化镁中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的高分子土壤固化剂，其特征在于，所述分散剂为石蜡、阴离子纤维中的一种。

4.如权利要求1所述的高分子土壤固化剂，其特征在于，所述胶黏剂为聚氨酯类胶黏剂。

5.如权利要求1所述的高分子土壤固化剂的制备方法，其特征在于，按上述重量份计，包括：

S1、将丙烯酰胺配制成溶质质量分数为25％的丙烯酰胺水溶液，泵压至A反应室中，备用；

S2、将过硫酸铵、过硫酸钾配制成溶质质量分数为2％的混合水溶液，泵压至B反应室中，备用；

S3、将余量的水加入C反应室，升温至60～80℃，依次向所述C反应室中加入氯化镁、氯化钙，搅拌15～20min，再依次向所述C反应室中加入纤维素和羧甲基纤维素钠，搅拌25～30min，打开所述A反应室缓慢向所述C反应室中滴加步骤S1中的丙烯酰胺水溶液，滴加60min，同时打开所述B反应室缓慢向所述C反应室中滴加步骤S2中的混合水溶液，滴加60min，同时向所述C反应室中加入激发剂，保温反应2～3h；

S4、将分散剂、胶黏剂加入所述C反应室，搅拌60min，得高分子土壤固化剂。

6.如权利要求1所述的高分子土壤固化剂的制备方法，其特征在于，所述A反应室的上端部设有第一进料口，所述第一进料口上设有第一阀门，所述A反应室包括第一圆筒部和连接在所述第一圆筒部下端的第一漏斗部，所述第一圆筒部内设有竖直的第一搅拌杆，所述第一漏斗部的下端连接有第一排料管，所述第一排料管上设有第二阀门，所述第一排料管上设有第一流量计，所述第一流量计位于所述第二阀门的下方；

所述B反应室的上端部设有第二进料口，所述第二进料口上设有第三阀门，所述B反应室包括第二圆筒部和连接在所述第二圆筒部下端的第二漏斗部，所述第二圆筒部内设有竖直的第二搅拌杆，所述第二漏斗部的下端连接有第二排料管，所述第二排料管上设有第四阀门，所述第二排料管上设有第二流量计，所述第二流量计位于所述第四阀门的下方；

所述C反应室包括第三圆筒部、第三搅拌杆、环形搅拌器，所述第三圆筒部的上下端封闭，所述第三圆筒部的上端设有第一开口、第二开口、第三开口，所述第一开口与所述第一排料管连接，所述第二开口与所述第二排料管连接，所述第三开口与漏斗形状的加料管连接，所述加料管上设有第五阀门，所述第三圆筒部的下端设有出料口，所述第三圆筒部的底部向所述出料口的方向向下倾斜，所述出料口上设有第六阀门，所述第三搅拌杆与所述第三圆筒部同轴设置，所述环形搅拌器包括第一齿轮、第二齿轮、环形导轨、搅拌叶，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第一齿轮由电机驱动转动，所述第二齿轮的下端滑动连接在所述环形导轨中，所述环形导轨固定在所述第三圆筒部的内侧壁，所述搅拌叶设置在所述第二齿轮的内侧壁，所述搅拌叶与所述第二齿轮连接处的夹角为45～60度。