CN110981391A - 一种土壤固化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤固化剂及其制备方法，具体涉及建筑工程配料领域，其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料50‑80份、激发剂5‑20份、骨架聚合单体10‑45份。本发明通过加入制得的激发剂，经过高温煅烧后对基料产生凝胶效果进行了进一步加强，经过固化后得固化土标准无侧干抗压强度大大提高，固态水溶性聚合骨架单体的加入，其在整个固化剂水合反应过程中单体进行聚合，聚合形成骨架后聚合物不溶于水，所以固化土在水合作用完成后，形成了固态板块，且不会由于水浸泡对固化效果产生影响，解决了粉状固态固化剂的水稳性问题。

Description

一种土壤固化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑工程配料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种土壤固化剂及其制备方法。

背景技术

土壤固化技术源自日本、美国等国家，所采用的是一种复合型固化材料，这种复合型的固化材料可使土壤、水、和固化剂三者之间产生相互关联、相互影响和相互促进的各类效应和作用。不但可以弥补单一材料在固化反应中的部分缺陷，还可大大提高固化土强度及各类稳定性等重要指标。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来进行很多建设，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，那对于节约成本和保护环境是大有裨益的。

现有土壤固化剂总体可分为固态粉状固化剂和液态固化剂，其中固态粉状固化剂基本为无机固化剂，其配方中物质多为水溶性气固性凝胶物质，其特点是价格低廉，固化效果差，其标准无侧限抗压普遍为1Mpa以下，而现有能解决水稳性的固化剂基本是液态固化剂，而且是非水溶性液态固化剂，需在有机溶剂环境中使用。其使用时安全性低，且会对环境产生污染。由于有机溶剂的关系，其运输成本和风险都很大，与传统固化凝胶材料(如混凝土)相比没有经济价值及环境优势，现有土壤固化剂要发生水合反应生成凝胶必须溶于水，所以完成固化后固化土不具有水稳性，在水浸泡下固化强度会急剧下降乃至丧失固化效果。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种土壤固化剂及其制备方法，本发明所要解决的技术问题是：改善现有土壤固化剂在水浸泡下固化强度会急剧下降乃至丧失固化的情况。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种土壤固化剂，其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料50-80份、激发剂5-20份、骨架聚合单体10-45份。

在一个优选地实施方式中，所述固化基料包括矿粉(90级以上)40％-60％、普通硅酸盐水泥5％-10％和石膏10％-30％。

在一个优选地实施方式中，所述激发剂由硅酸盐和碱性矿物质混合后煅烧产生，所述硅酸盐设置为硅酸钠、长石和石英中的一种，所述碱性矿物质设置为膨润土和电气石中的一种。

在一个优选地实施方式中，所述骨架聚合单体为硅基人工键合功能性官能团合成。

在一个优选地实施方式中，其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料50份、激发剂5份、骨架聚合单体45份。

在一个优选地实施方式中，其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料65份、激发剂12.5份、骨架聚合单体27.5份。

在一个优选地实施方式中，其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料80份、激发剂20份、骨架聚合单体10份。

本发明还包括土壤固化剂的制备方法，具体制备步骤如下：

S1、制备激发剂：取硅酸盐和碱性矿物质进行充分混合，随后在600℃-1000℃温度下煅烧，制得激发剂；

S2、按照比例准备矿粉(90级以上)、普通硅酸盐水泥、石膏和骨架聚合单体，再将步骤S1制得的激发剂加入，均匀拌合后得到土壤固化剂。

本发明的技术效果和优点：

本发明通过加入制得的激发剂，经过高温煅烧后对基料产生凝胶效果进行了进一步加强，经过固化后得固化土标准无侧干抗压强度大大提高，固态水溶性聚合骨架单体的加入，其在整个固化剂水合反应过程中单体进行聚合，聚合形成骨架后聚合物不溶于水，所以固化土在水合作用完成后，形成了固态板块，且不会由于水浸泡对固化效果产生影响，解决了粉状固态固化剂的水稳性问题。

具体实施方式

下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明提供了一种土壤固化剂，其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料50-80份、激发剂5-20份、骨架聚合单体10-45份；

而具体到本实施例中，其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料50份、激发剂5份、骨架聚合单体45份；

所述固化基料包括矿粉(90级以上)40％-60％、普通硅酸盐水泥5％-10％和石膏10％-30％；

所述激发剂由硅酸盐和碱性矿物质混合后煅烧产生，所述硅酸盐设置为硅酸钠、长石和石英中的一种，所述碱性矿物质设置为膨润土和电气石中的一种，固化剂所创造的弱碱性环境下，可生成板条状晶体的钙矾石，增加了土体内部膨胀性组分，这种膨胀性水化物可挤压填充土团粒的孔隙，从而提高固化土强度，由于对碱度、钙矾石生成形态和量的有效控制，避免了钙固化材料颗粒与土壤颗粒相互填充，形成紧密堆积结构，加上固化材料本身具有较高的强度和硬度，通过水化产物相互搭接后，固化材料颗粒的未水化部分在水化产物之间还可起到强有力的“微集料填充”和“骨架支撑”作用，这种以水硬性成分为主固化材料的固化土，经过物理压实后它能表现出良好的整体强度，较强的水稳性及防渗透性，可作为一种优良的地基土工材料使用；

所述骨架聚合单体为硅基人工键合功能性官能团合成，固化剂中的活性物质在固化剂本身创造的碱性环境中发生更充分的水化、水解反应，生成各种水化产物，并产生较多的胶凝物质，这些胶凝物质会凝结、包裹土壤中的细小颗粒，使之团粒化，形成一个由水化胶凝物为主的骨架结构，从而具有一定的强度和稳定性，水化产物对土壤中的活性物质有着一定的激发作用，可激发土壤颗粒本身的活性，在固化剂和土壤颗粒之间进一步形成有效的作用力，使土壤本身参与固化稳定，达到更好的固化反应效果，再利用激发剂有效活性激发成分，更好的促进这种复合的胶凝效应。

本发明还包括土壤固化剂的制备方法，具体制备步骤如下：

S1、制备激发剂：取硅酸盐和碱性矿物质进行充分混合，随后在600℃-1000℃温度下煅烧，制得激发剂；

S2、按照比例准备矿粉(90级以上)、普通硅酸盐水泥、石膏和骨架聚合单体，再将步骤S1制得的激发剂加入，均匀拌合后得到土壤固化剂。

实施例2：

本发明提供了一种土壤固化剂，其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料50-80份、激发剂5-20份、骨架聚合单体10-45份；

而具体到本实施例中，其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料65份、激发剂12.5份、骨架聚合单体27.5份；

所述固化基料包括矿粉(90级以上)40％-60％、普通硅酸盐水泥5％-10％和石膏10％-30％；

所述激发剂由硅酸盐和碱性矿物质混合后煅烧产生，所述硅酸盐设置为硅酸钠、长石和石英中的一种，所述碱性矿物质设置为膨润土和电气石中的一种，固化剂所创造的弱碱性环境下，可生成板条状晶体的钙矾石，增加了土体内部膨胀性组分，这种膨胀性水化物可挤压填充土团粒的孔隙，从而提高固化土强度，由于对碱度、钙矾石生成形态和量的有效控制，避免了钙固化材料颗粒与土壤颗粒相互填充，形成紧密堆积结构，加上固化材料本身具有较高的强度和硬度，通过水化产物相互搭接后，固化材料颗粒的未水化部分在水化产物之间还可起到强有力的“微集料填充”和“骨架支撑”作用，这种以水硬性成分为主固化材料的固化土，经过物理压实后它能表现出良好的整体强度，较强的水稳性及防渗透性，可作为一种优良的地基土工材料使用；

所述骨架聚合单体为硅基人工键合功能性官能团合成，固化剂中的活性物质在固化剂本身创造的碱性环境中发生更充分的水化、水解反应，生成各种水化产物，并产生较多的胶凝物质，这些胶凝物质会凝结、包裹土壤中的细小颗粒，使之团粒化，形成一个由水化胶凝物为主的骨架结构，从而具有一定的强度和稳定性，水化产物对土壤中的活性物质有着一定的激发作用，可激发土壤颗粒本身的活性，在固化剂和土壤颗粒之间进一步形成有效的作用力，使土壤本身参与固化稳定，达到更好的固化反应效果，再利用激发剂有效活性激发成分，更好的促进这种复合的胶凝效应。

本发明还包括土壤固化剂的制备方法，具体制备步骤如下：

S1、制备激发剂：取硅酸盐和碱性矿物质进行充分混合，随后在600℃-1000℃温度下煅烧，制得激发剂；

S2、按照比例准备矿粉(90级以上)、普通硅酸盐水泥、石膏和骨架聚合单体，再将步骤S1制得的激发剂加入，加水均匀拌合后，得到土壤固化剂。

实施例3：

本发明提供了一种土壤固化剂，其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料50-80份、激发剂5-20份、骨架聚合单体10-45份；

而具体到本实施例中，其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料80份、激发剂20份、骨架聚合单体10份；

所述固化基料包括矿粉(90级以上)40％-60％、普通硅酸盐水泥5％-10％和石膏10％-30％；

所述激发剂由硅酸盐和碱性矿物质混合后煅烧产生，所述硅酸盐设置为硅酸钠、长石和石英中的一种，所述碱性矿物质设置为膨润土和电气石中的一种，固化剂所创造的弱碱性环境下，可生成板条状晶体的钙矾石，增加了土体内部膨胀性组分，这种膨胀性水化物可挤压填充土团粒的孔隙，从而提高固化土强度，由于对碱度、钙矾石生成形态和量的有效控制，避免了钙固化材料颗粒与土壤颗粒相互填充，形成紧密堆积结构，加上固化材料本身具有较高的强度和硬度，通过水化产物相互搭接后，固化材料颗粒的未水化部分在水化产物之间还可起到强有力的“微集料填充”和“骨架支撑”作用，这种以水硬性成分为主固化材料的固化土，经过物理压实后它能表现出良好的整体强度，较强的水稳性及防渗透性，可作为一种优良的地基土工材料使用；

所述骨架聚合单体为硅基人工键合功能性官能团合成，固化剂中的活性物质在固化剂本身创造的碱性环境中发生更充分的水化、水解反应，生成各种水化产物，并产生较多的胶凝物质，这些胶凝物质会凝结、包裹土壤中的细小颗粒，使之团粒化，形成一个由水化胶凝物为主的骨架结构，从而具有一定的强度和稳定性，水化产物对土壤中的活性物质有着一定的激发作用，可激发土壤颗粒本身的活性，在固化剂和土壤颗粒之间进一步形成有效的作用力，使土壤本身参与固化稳定，达到更好的固化反应效果，再利用激发剂有效活性激发成分，更好的促进这种复合的胶凝效应。

本发明还包括土壤固化剂的制备方法，具体制备步骤如下：

S1、制备激发剂：取硅酸盐和碱性矿物质进行充分混合，随后在600℃-1000℃温度下煅烧，制得激发剂；

S2、按照比例准备矿粉(90级以上)、普通硅酸盐水泥、石膏和骨架聚合单体，再将步骤S1制得的激发剂加入，均匀拌合后得到土壤固化剂。

实施例4：

分别取上述实施例1-3所制得的土壤固化剂，每10份为一组，分三组分别使用三个实施例中制备的土壤固化剂进行土壤固化施工(与土壤拌合搅拌压实时，固化剂掺入土壤的比例为质量比10％-20％，加水量为干燥土壤14％-20％，压实度为99％-100％)，并分别取各组制得的固化土进行测试，得到以下数据：

由上表可知，实施例2中原料配合比例适中，采用该配方及方法制得的土壤固化剂具有固化速度快、早期强度高、后期强度高、节省施工时间等优点，经过固化后得固化土标准无侧限抗压可达到6-25Mpa，较传统的土壤固化剂使用后标准无侧限抗压强度在1Mpa以下大大提升其对土壤的固化强度，且使用土壤固化剂后固化时间较短，可大大缩短施工的工期长度。

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种土壤固化剂，其特征在于：其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料50-80份、激发剂5-20份、骨架聚合单体10-45份。

2.根据权利要求1所述的一种土壤固化剂，其特征在于：所述固化基料包括矿粉(90级以上)40％-60％、普通硅酸盐水泥5％-10％和石膏10％-30％。

3.根据权利要求1所述的一种土壤固化剂，其特征在于：所述激发剂由硅酸盐和碱性矿物质混合后煅烧产生，所述硅酸盐设置为硅酸钠、长石和石英中的一种，所述碱性矿物质设置为膨润土和电气石中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种土壤固化剂，其特征在于：所述骨架聚合单体为硅基人工键合功能性官能团合成。

5.根据权利要求1所述的一种土壤固化剂，其特征在于：其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料50份、激发剂5份、骨架聚合单体45份。

6.根据权利要求1所述的一种土壤固化剂，其特征在于：其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料65份、激发剂12.5份、骨架聚合单体27.5份。

7.根据权利要求1所述的一种土壤固化剂，其特征在于：其中所使用原料(按重量份数计)包括：固化基料80份、激发剂20份、骨架聚合单体10份。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种土壤固化剂，其特征在于：还包括土壤固化剂的制备方法，具体制备步骤如下：

S1、制备激发剂：取硅酸盐和碱性矿物质进行充分混合，随后在600℃-1000℃温度下煅烧，制得激发剂；

S2、按照比例准备矿粉(90级以上)、普通硅酸盐水泥、石膏和骨架聚合单体，再将步骤S1制得的激发剂加入，均匀拌合后得到土壤固化剂。