CN111575010A - 一种能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂及其制备方法 - Google Patents

一种能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂及其制备方法，其中，该土壤固化剂是由以下原料(质量百分比)制成的：羟基丁二酸30％～40％、三乙醇胺酯15％～20％、水溶性半纤维素12％～18％、水溶性淀粉10％～20％、水20％～40％。本发明的有益之处在于：(1)本发明提供的土壤固化剂配方搭配合理、科学，可以改变土壤的性质，从而起到固化和硬化土壤以及减少硬化过程中土壤的收缩的效果，抗干燥收缩性能优异，是一种较为理想的公路路基或底基层等工程用土壤固化剂；(2)本发明提供的土壤固化剂主要应用于公路路基或底基层等工程加固土体，同时也可用于水利工程、机场工程等土体加固，应用范围广泛。

Description

一种能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种土壤固化剂及其制备方法，具体涉及一种能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
公路工程建设在施工过程中对路基的处理通常使用石灰、水泥等无机结合料稳定土壤。然而，采用石灰、水泥稳定土壤在实际工程中的应用存在一定问题，具体的：
(1)石灰稳定类材料的强度发展较为缓慢，早期强度较低，影响施工进度；
(2)水泥稳定类材料的早期强度比较高，但水泥的干缩性较大，易开裂；
(3)随着我国公路工程建设体量的大幅度的增加，只使用石灰、水泥等无机结合料会导致材料短缺及环境污染问题日益突出。
土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用以固化土壤的新型节能环保工程材料，其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。
采用土壤固化剂可以替代大量的石灰、水泥、粉煤灰、碎石、砾石等传统筑路材料，节省资源、能源，节约土地，保护植被，大幅度减少二氧化碳等温室气体的排放量，有利于生态环境保护，经济、环境效益特别明显，是建设工程可持续发展的创新型交通技术之一。由于土壤固化剂比传统的水泥、石灰等土壤固化材料具有好的性能和经济、环境效益，同时还能解决水泥、石灰、粉煤灰等胶凝材料在土壤加固时难以解决的一些特殊问题，具有独特的土壤固化效果和广泛的实用性，所以已经被广泛应用于公路的基层及底基层、水利护坡、机场跑道等工程建设当中。土壤固化剂被美国《工程新闻》称为20世纪最伟大的发明之一，日本称之为21世纪的新型材料。
目前，各国对土壤固化剂的研究越来越深入，各种各样的土壤固化剂应运而生。
中国专利CN105505400A公开了一种土壤固化剂，其主要由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、聚丙烯酰胺、硫酸钠、磷酸钙、多聚糖、木质素磺酸钠、硅酸钠、氢氧化钠和水组成。该专利提供的土壤固化剂配方搭配合理、科学，可以有效的缩短土壤的固化时间，增强土壤的固化和硬化效果，经试验发现：固化得到的固体砖可以达到甚至超过红砖的硬度，防水性能也达到红砖的防水标准。
中国专利CN105623671A公开了一种耐水土壤固化剂，该耐水土壤固化剂是由以下各组分制成：普通硅酸盐水泥、粘结剂、增强剂、早强剂、防水剂、填充剂、减水剂份、表面活性剂份、分散剂份、缓凝剂、引气剂。该耐水土壤固化剂具有配方合理、渗透深度大(18mm)、抗压强度大(7天无侧限抗压强度12.36MPa)，且耐水性能好(7天浸水吸水率0.86％)的优点。
中国专利CN102517033B利用聚乙烯醇、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、氯化钙、氢氧化铝、蒸馏水制备得到了一种碱性土壤固化剂。该碱性土壤固化剂不仅施工工艺简单，节能环保，而且抗压强度高、水稳定性和冻稳定性好，可延长道路使用寿命。
然而，上述这些土壤固化剂的抗干燥收缩性能仍不够理想，没有解决稳定土固有因干缩特性易开裂产生收缩裂缝导致沥青混凝土面层反射裂缝的问题。也就是说，现有的土壤固化剂尚无法达到现代公路建设的要求，限制了其在道路工程中的推广和应用。
因此，研究抗干燥收缩效果好的土壤固化剂仍是目前亟需解决的难题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂，以及该土壤固化剂的制备方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂，其特征在于，以质量百分比计，由以下原料制成：
Figure BDA0002445946060000031
Figure BDA0002445946060000041
前述的能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂，其特征在于，前述水溶性半纤维素为从食物纤维中提取的水溶性半纤维素，前述食物纤维为谷类、豆类的外皮。
前述的能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂，其特征在于，前述水溶性淀粉为水溶性小麦淀粉。
前述的能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：取1/3的水将羟基丁二酸和三乙醇胺酯搅拌均匀，得到混合物I；
步骤2：取剩余的水将水溶性半纤维素和水溶性淀粉搅拌均匀，得到混合物II；
步骤3：将混合物I与混合物II混合均匀，干燥即得。
前述的制备方法，其特征在于，在步骤3中，干燥温度为60～70℃。
本发明的有益之处在于：
(1)羟基丁二酸分子与三乙醇胺酯分子向每一个有机土壤颗粒中迁移并在有机土壤颗粒的表面形成覆盖，由此土壤颗粒形成单独的颗粒，这些颗粒有序排列，在施加压力进行固结之后，可以获得良好的强度，所以羟基丁二酸、三乙醇胺酯能够有效的固化土壤；
(2)水溶性淀粉是从植物中提取的具有高度分支化结构的葡聚糖，该物质水化力较强，在常温下即可溶解，有良好的粘性和很好的载体作用，水溶性淀粉与水溶性半纤维素配合使用，由于纤维结构的毛细管作用，将系统内部的水分迅速地传输到土壤混合物表面和界面，使得内部的水分均匀分布，从而明显减少结皮现象，并使得粘结强度和表面强度明显提高，同时降低干燥过程中张力，从而明显起到抗裂作用，所以水溶性淀粉和水溶性半纤维素可以有效减少固化过程中产生的收缩；
(3)本发明提供的土壤固化剂配方搭配合理、科学，可以改变土壤的性质，从而起到固化和硬化土壤以及减少硬化过程中土壤的收缩的效果，抗干燥收缩性能优异，是一种较为理想的公路路基或底基层等工程用土壤固化剂；
(4)本发明提供的土壤固化剂主要应用于公路路基或底基层等工程加固土体，同时也可用于水利工程、机场工程等土体加固，应用范围广泛。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例1
配方(质量百分比)：羟基丁二酸30％，三乙醇胺酯15％，水溶性半纤维素15％，水溶性小麦淀粉10％，水30％。
制备方法：取1/3的水将羟基丁二酸和三乙醇胺酯搅拌均匀，得到混合物I；取剩余的水将水溶性半纤维素和水溶性小麦淀粉搅拌均匀，得到混合物II；将混合物I与混合物II混合均匀，在70℃条件下干燥，即得。
实施例2
配方(质量百分比)：羟基丁二酸33％，三乙醇胺酯20％，水溶性半纤维素12％，水溶性小麦淀粉15％，水20％。
制备方法：取1/3的水将羟基丁二酸和三乙醇胺酯搅拌均匀，得到混合物I；取剩余的水将水溶性半纤维素和水溶性小麦淀粉搅拌均匀，得到混合物II；将混合物I与混合物II混合均匀，在60℃条件下干燥，即得。
实施例3
配方(质量百分比)：羟基丁二酸30％，三乙醇胺酯15％，水溶性半纤维素18％，水溶性小麦淀粉10％，水27％。
制备方法：取1/3的水将羟基丁二酸和三乙醇胺酯搅拌均匀，得到混合物I；取剩余的水将水溶性半纤维素和水溶性小麦淀粉搅拌均匀，得到混合物II；将混合物I与混合物II混合均匀，在60℃条件下干燥，即得。
对照组1
采用普通硅酸盐水泥32.5为固化剂。
对照组2
配方(质量份数)：
Figure BDA0002445946060000061
Figure BDA0002445946060000071
检测7d无侧限抗压强度和干缩系数
采用粉质粘土作为基本土样，使用前过2.36mm圆孔筛。
将实施例1、实施例2和实施例3中的土壤固化剂以及对照组1和对照组2中的土壤固化剂分别以一定质量比例(详见表1)添加到待加固的基本土样中，先按照常规的固化剂加固土的工程实施方法施工，然后按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51-2009)分别测定加固土的7d无侧限抗压强度和干缩系数，检测结果见表1。
表1固化剂加固土的7d无侧限抗压强度和干缩系数检测结果
固化剂类型 固化剂：基本土样 抗压强度(MPa) 干缩系数(×10<sup>-6</sup>)
实施例1 2:98 4.76 146
实施例2 2:98 4.82 121
实施例3 2:98 5.13 180
对照组1 10:90 2.37 750
对照组2 2:98 3.74 430
由表1可以看出，本发明所提供的土壤固化剂对应的固化剂加固土具有较高的抗压强度以及较低的干缩系数，这表明了：本发明所提供的土壤固化剂能够显著提高加固土的干燥收缩性能。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂，其特征在于，以质量百分比计，由以下原料制成：
Figure FDA0002445946050000011
2.根据权利要求1所述的能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂，其特征在于，所述水溶性半纤维素为从食物纤维中提取的水溶性半纤维素。
3.根据权利要求2所述的能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂，其特征在于，所述食物纤维为谷类、豆类的外皮。
4.根据权利要求1所述的能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂，其特征在于，所述水溶性淀粉为水溶性小麦淀粉。
5.权利要求1至4任意一项所述的能提高加固土干燥收缩性能的土壤固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：取1/3的水将羟基丁二酸和三乙醇胺酯搅拌均匀，得到混合物I；
步骤2：取剩余的水将水溶性半纤维素和水溶性淀粉搅拌均匀，得到混合物II；
步骤3：将混合物I与混合物II混合均匀，干燥即得。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤3中，干燥温度为60～70℃。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200825

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