CN112250390B - 用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂及制备、使用方法 - Google Patents

用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂及制备、使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于崩解炭质泥岩的纳米‑纤维固化剂及制备、使用方法，用于崩解炭质泥岩的纳米‑纤维固化剂由以下重量份数组成：水泥30‑40份，纳米材料2‑5份，有机质凝胶5‑10份，乙二胺四乙酸二钠用量0.5‑1份，矿渣25‑35份，纤维材料2‑6份，水16‑25份。本发明提供的用于崩解炭质泥岩的纳米‑纤维固化剂为无机‑有机复合的固化剂，固化后的崩解炭质泥岩在各组分的协同作用下，具有无侧限抗压强度高、结构完整性好的优点，实现矿渣再利用的同时减少水泥用量，成本低，节约能耗，减少污染。

Description

用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂及制备、使用方法
技术领域
本发明属于岩土工程材料技术领域，涉及一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂及制备、使用方法。
背景技术
炭质泥岩由于含大量亲水性强的高岭石、伊利石、蒙脱石等黏土矿物，在冷热交替、酸碱变化及干湿循环等复杂赋存环境作用下，表现出较强的水敏性，具有吸水膨胀，失水收缩的特征，且容易发生软化崩解的现象，导致各项力学性能显著降低。炭质泥岩在湿热地区分布广泛，且湿热地区降雨量大，暴雨频繁，大气温度和湿度季节性变化幅度大，在此区域开挖形成的炭质泥岩路堤、边坡不可避免受到上述因素的共同影响，形成崩解炭质泥岩，而崩解炭质泥岩极易引起二次湿化变形、持续崩解，甚至造成路堤、边坡失稳破坏等，进而造成巨大的经济损失。
传统的水泥稳定加固材料，因材料易得、施工方便、成本低廉而应用广泛，但其存在收缩系数大，易产生收缩裂缝等缺点，在路堤、边坡的应用中极易降低道路使用寿命、造成边坡失稳。而高效土壤固化剂多为国外引进的液体土体稳定剂，如美国路邦EN-1电离土壤稳定剂，美国PALMA土体固化酶，贝赛尔高分子聚合物乳液，美国ISS等，价格均较昂贵。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂，为无机-有机复合固化剂，固化后的崩解炭质泥岩在各组分的协同作用下，具有无侧限抗压强度高、结构完整性好的优点，实现矿渣再利用的同时减少水泥用量，成本低，节约能耗，减少污染，解决了现有技术中的问题。
本发明的另一目的是，提供一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的制备方法。
本发明的另一目的是，提供一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的使用方法。
本发明所采用的技术方案是，一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂，由以下重量份数组成：水泥30-40份，纳米材料2-5份，有机质凝胶材料5-10份，乙二胺四乙酸二钠0.5-1份，矿渣25-35份，纤维材料2-6份，水16-25份。
进一步的，所述纳米材料为纳米SiO2、纳米Al2O3、纳米CaCO3中的任意一种与纳米蒙脱土的混合物，混合质量比是1-3：1。
进一步的，所述有机质凝胶材料为壳聚糖与交联壳聚糖凝胶、壳聚糖/明胶聚电解质配合物凝胶、聚异丙基丙烯酰胺水凝胶、聚叔丁基丙烯酰胺水凝胶、聚亚甲基双丙烯酰胺水凝胶、聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或质量比为1：1的任意两种。
进一步的，所述纤维材料为玻璃纤维、石英纤维、陶瓷纤维中的一种，单丝直径为5-25μm，长度1-3cm。
进一步的，所述玻璃纤维断裂伸长率小于等于35％，碱含量低于8wt％，吸水率小于等于2％，断裂强度不小于480MPa；所述石英纤维断裂伸长率小于等于30％，抗拉强度不小于500Mpa；所述陶瓷纤维断裂伸长率小于等于25％，抗拉强度不小于600Mpa。
进一步的，所述矿渣为粒径2-5mm的矿渣碎石。
进一步的，所述纳米材料的比表面积大于等于350m2/g，粒径30-90nm。
一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的制备方法，具体按照以下步骤进行：
S1，按照以下重量份数称取：水泥30-40份，纳米材料2-5份，有机质凝胶材料5-10份，乙二胺四乙酸二钠0.5-1份，矿渣25-35份，纤维材料2-6份，水16-25份；
S2，在10-35℃下，将称取的有机质胶凝材料与纳米材料溶解于适量无水乙醇，得到充分溶解的混合液，将称取的水的70％加入混合液中，超声搅拌分散，制得固化剂预料；
S3，在10-35℃下，将固化剂预料、称取的纤维材料、称取的矿渣碎石放置搅拌机中搅拌至均匀，制得混合料；
S4，在10-35℃下，将称取的水泥加入搅拌均匀的混合料中，搅拌一定时间至均匀，加入剩余30％的水继续搅拌一定时间，即得土体固化剂。
一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的使用方法，采用上述用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂，在10-35℃下，将纳米-纤维固化剂与崩解炭质泥岩置于搅拌机中，所述纳米-纤维固化剂的添加量为崩解炭质泥岩质量的10-15％，加入崩解炭质泥岩质量10-12％的水，搅拌速率为500转/分，搅拌0.1-0.2h，搅拌均匀，得到固化后的崩解炭质泥岩，即固化炭质泥岩。
进一步的，所述崩解炭质泥岩粒的最大粒径不超过5mm。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用水泥水化后的硅酸钙、水化铁酸一钙、水化铝酸三钙、水化硫铝酸钙等产物的黏聚、发挥胶结作用以及矿渣碎石的骨架作用，提高崩解炭质泥岩的强度，降低成本，同时降低水化热，减少裂缝，提高崩解炭质泥岩的密实度；纳米材料通过填充效应、水化活性、晶核作用以及改善界面过渡区等作用促进水泥的水化；有机质胶凝材料具有胶结作用，同时促进水泥产生更多的水化产物，进一步提高加固强度；掺入的纤维材料起加筋作用，提高了抗压强度与粘结强度。
2、采用本发明无机-有机复合的固化剂固化后的崩解炭质泥岩在各组分的协同作用下，具有无侧限抗压强度高、结构完整性好等优点。本发明崩解炭质泥岩固化剂具有固化效果好，耐久性好、安全性高等优点，同时减少了至少50％的水泥用量，实现了矿渣的再利用，节约了能耗，减少了污染，用于路堤加固、边坡表面固化等工程领域，适用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是固化剂N5不同掺量下的炭质泥岩无侧限抗压强度。
图2是未掺入固化剂的崩解炭质泥岩的扫描电镜形貌。
图3是掺入本发明实施例10制备的固化炭质泥岩的扫描电镜形貌。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
本发明用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂，由以下重量份数组成：水泥30-40份，纳米材料2-5份，有机质凝胶材料5-10份，乙二胺四乙酸二钠0.5-1份，矿渣25-35份，纤维材料2-6份，水16-25份。
掺入的纤维材料主要起加筋作用，提高土体的抗压强度与土体的粘结强度，同时为了使得纤维材料更好的与崩解炭质泥岩结合，加强固化土体的整体性、抗冲刷性，对纤维材料的种类及参数进行了优选。纤维材料为玻璃纤维、石英纤维、陶瓷纤维、聚丙烯纤维中的一种，单丝直径为5-25μm，长度1-3cm。其中玻璃纤维断裂伸长率小于等于35％，碱含量低于8wt％，吸水率小于等于2％，断裂强度不小于480MPa；石英纤维断裂伸长率小于等于30％，抗拉强度不小于500Mpa；陶瓷纤维断裂伸长率小于等于25％，抗拉强度不小于600Mpa；聚丙烯纤维，抗拉强度不小于350Mpa，极限伸长量10％-28％且分散性极好。与玻璃纤维土抗剪强度的分析对比中，聚丙烯纤维土内摩擦角、粘聚力更大。因为聚丙烯纤维分散性好，在土体中的纤维交织点最多，数量众多的纤维交织成网，能有效控制土体的变形与位移，并将荷载传递到土体其他部分，使粘聚力增大。土体收到剪切时荷载通过受力网分布扩散，同时由于纤维的“锚固”作用，限制了土颗粒的位移，使内摩擦角增大。
矿渣为粒径2-5mm的矿渣碎石，添加的矿渣碎石具有骨架作用可提高固化土体的强度，同时降低水化热，减少裂缝，提高土体密实度，加强结构完整性。
水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的一种，强度等级大于等于42.5级。水泥水化后形成的硅酸钙、水化铁酸一钙、水化铝酸三钙、水化硫铝酸钙等产物，发挥胶结、黏聚等作用，提高固化土体强度及水稳定性。
有机质凝胶材料为壳聚糖与交联壳聚糖凝胶、壳聚糖/明胶聚电解质配合物凝胶、聚异丙基丙烯酰胺水凝胶、聚叔丁基丙烯酰胺水凝胶、聚亚甲基双丙烯酰胺水凝胶、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或两种。有机质胶凝材料具有胶结作用，同时乙二胺四乙酸二钠(EDTA)的亲水基团能够增强有机质胶凝的水合作用，从而提升有机质胶凝的性能，加快水泥产生更多的水化产物，有效提高加固土的强度及抗浸水、吸水能力；此外，乙二胺四乙酸二钠可以鳌合炭质泥岩中高岭石、伊利石、蒙脱石中的金属离子，有利于将其引入有机质胶凝内部，提升有机质胶凝与炭质泥岩的复合速度，提高复合强度。
纳米材料为纳米SiO2、纳米Al2O3或纳米CaCO3中的任意一种与纳米蒙脱土的混合物，混合质量比为1-3：1，其中纳米SiO2、纳米Al2O3或纳米CaCO3的用量为1-3份，比表面积大于等于350m2/g，粒径30-90nm，通过填充效应、水化活性、晶核作用以及改善界面过渡区等作用促进水泥的水化；纳米蒙脱土是由一层铝氧八面体晶片和两层硅氧四面体晶片构成的单元晶层再次堆垛形成的层状硅酸盐矿物。铝氧八面体中的铝离子(Al3 +)极易被低价阳离子(如水泥中的Mg2 +、Ca2 +等)替代，使得晶胞间负电性增强，层间间距也开始增大，同时其比表面积也会剧增，这对极性的水分子有较强的吸附性，吸水同时其体积也明显膨胀，这有利于填堵改性炭质泥岩中的细小孔隙，使得内部结构更加均匀致密，在宏观上即体现为强度及抗渗能力的提升。由于纳米蒙脱土含量越高，吸水量越大，会使水泥水化所必须的水量不足，进而影响水泥水化以及C-S-H凝胶的生成。同时，大量纳米蒙脱土吸水膨胀，有可能导致被填充的缝隙由于其较大的膨量而被继续扩展，使得裂缝反而增大，这样使得内部结构受到破坏，反而导致强度降低。
本发明用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的制备方法，具体按照以下步骤进行：
S1，按照以下重量份数称取：水泥30-40份，纳米材料2-5份，有机质凝胶材料5-10份，乙二胺四乙酸二钠0.5-1份，矿渣25-35份，纤维材料2-6份，水16-25份；
S2，10-35℃，将称取的有机质胶凝材料、乙二胺四乙酸二钠与纳米材料溶解于适量无水乙醇(无水乙醇用于充分溶解有机质胶凝材料与纳米材料)得到混合液，将称取的水的70％加入混合液中，超声搅拌分散，制得固化剂预料；超声搅拌速率为1000-2000转/分，搅拌时间为0.1-0.3h，使得固化剂预料搅拌均匀；
S3，10-35℃，将固化剂预料、称取的纤维材料、称取的矿渣碎石放置搅拌机中搅拌至均匀，制得混合料；搅拌速率为500-1000转/分，搅拌时间为0.1-0.5h，使得混合料搅拌均匀；
S4，10-35℃，将称取的水泥加入搅拌均匀的混合料中，搅拌一定时间至均匀，加入剩余30％的水继续搅拌一定时间，即得土体固化剂。搅拌速率均为300-800转/分，搅拌时间均为10-20min，使得土体固化剂搅拌均匀。步骤S2-S4中各原料的加入顺序有利于物料搅拌均匀，充分发挥各物料的作用。
用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的使用方法，10-35℃，分别将不同掺量(0-18％)的纳米-纤维固化剂与崩解炭质泥岩置于搅拌机中，加入崩解炭质泥岩质量10-12％的水，搅拌速率为500转/分，搅拌0.1-0.2h，搅拌均匀，得到固化后的崩解炭质泥岩(即固化炭质泥岩)。
实施例1，
用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的制备方法，具体按照以下步骤进行：
S1，按照以下重量份数称取：42.5级矿渣硅酸盐水泥32份，纳米Al2O32份，纳米蒙脱土1份，聚叔丁基丙烯酰胺水凝胶10份，乙二胺四乙酸二钠1份，矿渣35份，玻璃纤维材料3份，水16份；
S2，在10℃下，将称取的聚叔丁基丙烯酰胺水凝胶、乙二胺四乙酸二钠与纳米Al2O3、纳米蒙脱土溶解于适量无水乙醇得到充分溶解的混合液，将16份水的70％加入混合液中，超声搅拌速率为1000转/分，搅拌0.1h至均匀，制得固化剂预料；
S3，在10℃下，将固化剂预料、称取的玻璃纤维材料、称取的矿渣放置搅拌/机中搅拌，搅拌速率为800转/分，搅拌0.1h至均匀，制得混合料；
S4，将称取的42.5级矿渣硅酸盐水泥加入搅拌均匀的混合料中，搅拌速率为500转/分，搅拌时间为10min，加入剩余30％的水继续搅拌，搅拌速率为500转/分，搅拌10min至均匀，制得纳米-纤维固化剂N1。
用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的使用方法，将不同掺量的纳米-纤维固化剂N1与崩解炭质泥岩置于搅拌机中，加入崩解炭质泥岩质量10％的水(为崩解炭质泥岩的最优含水率)，搅拌速率为500转/分，搅拌0.1h，搅拌均匀，得到固化后的崩解炭质泥岩(即固化炭质泥岩)；根据试验结果，固化剂N1的最佳掺量为12％。
实施例2，
用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的制备方法，具体按照以下步骤进行：
S1，按照以下重量份数称取：42.5级矿渣硅酸盐水泥34份，纳米CaCO33份，纳米蒙脱土1份，聚叔丁基丙烯酰胺水凝胶8份，乙二胺四乙酸二钠1份，矿渣30份，陶瓷纤维材料3份，水20份；
S2，在25℃下，将称取的聚叔丁基丙烯酰胺水凝胶、乙二胺四乙酸二钠与纳米CaCO3、纳米蒙脱土溶解于适量无水乙醇得到充分溶解的混合液，将20份水的70％加入混合液中，超声搅拌速率为1200转/分，搅拌0.1h至均匀，制得固化剂预料；
S3，在25℃下，将固化剂预料、称取的陶瓷纤维材料、称取的矿渣放置搅拌/机中搅拌，搅拌速率为800转/分，搅拌0.1h至均匀，制得混合料；
S4，将称取的42.5级硅酸盐水泥加入搅拌均匀的混合料中，搅拌速率为500转/分，搅拌时间为10min，加入剩余30％的水继续搅拌，速率为500转/分，搅拌10min至均匀，制得纳米-纤维固化剂N2。
用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的使用方法，分别将不同掺量的纳米-纤维固化剂N2与崩解炭质泥岩置于搅拌机中，加入崩解炭质泥岩质量10％的水，搅拌速率为500转/分，搅拌0.1h，搅拌均匀，得到固化后的崩解炭质泥岩(即固化炭质泥岩)。根据试验结果，固化剂N2的最佳掺量为11％。
实施例3，
本发明用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的制备方法，具体按照以下步骤进行：
S1，按照以下重量份数称取：42.5级普通硅酸盐水泥40份，纳米Al2O31份，纳米蒙脱土1份，聚亚甲基双丙烯酰胺水凝胶6.5份，乙二胺四乙酸二钠0.5份，矿渣25份，石英纤维材料6份，水20份；
S2，在35℃下，将称取的聚亚甲基双丙烯酰胺水凝胶、乙二胺四乙酸二钠与纳米Al2O3、纳米蒙脱土溶解于适量无水乙醇得到充分溶解的混合液，将25份水的70％加入混合液中，超声搅拌速率为1000转/分，搅拌0.1h至均匀，制得固化剂预料；
S3，在35℃下，将固化剂预料、称取的石英纤维材料、称取的矿渣碎石放置搅拌/机中搅拌，搅拌速率为800转/分，搅拌0.1h至均匀，制得混合料；
S4，将称取的42.5级普通硅酸盐水泥加入搅拌均匀的混合料中，搅拌速率为800转/分，搅拌时间为10min，加入剩余30％的水继续搅拌，速率为800转/分，搅拌10min至均匀，制得纳米-纤维固化剂N3。
用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的使用方法，分别将不同掺量的纳米-纤维固化剂N3与崩解炭质泥岩置于搅拌机中，加入崩解炭质泥岩质量10％的水，搅拌速率为500转/分，搅拌0.1h，搅拌均匀，得到固化后的崩解炭质泥岩(即固化炭质泥岩)。根据试验结果，固化剂N3的最佳掺量为10％。
实施例4，
用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的制备方法，具体按照以下步骤进行：
S1，按照以下重量份数称取：42.5级普通硅酸盐水泥30份，纳米SiO2 3份，纳米蒙脱土1份，壳聚糖/明胶聚电解质配合物凝胶5.5份，乙二胺四乙酸二钠0.5份，矿渣33份，玻璃纤维材料2份，水25份；
S2，在25℃下，将称取的壳聚糖/明胶聚电解质配合物凝胶、乙二胺四乙酸二钠与纳米SiO2、纳米蒙脱土溶解于适量无水乙醇得到充分溶解的混合液，将25份水的70％加入混合液中，超声搅拌速率为1000转/分，搅拌0.1h至均匀，制得固化剂预料；
S3，在25℃下，将固化剂预料、称取的玻璃纤维材料、称取的矿渣碎石放置搅拌/机中搅拌，搅拌速率为800转/分，搅拌0.1h至均匀，制得混合料；
S4，将称取的42.5级普通硅酸盐水泥加入搅拌均匀的混合料中，搅拌速率为300转/分，搅拌时间为10min，加入剩余30％的水继续搅拌，速率为300转/分，搅拌10min至均匀，制得纳米-纤维固化剂N4。
用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的使用方法，分别将不同掺量的纳米-纤维固化剂N4与崩解炭质泥岩置于搅拌机中，加入崩解炭质泥岩质量10％的水，搅拌速率为500转/分，搅拌0.1h，搅拌均匀，得到固化后的崩解炭质泥岩(即固化炭质泥岩)；根据试验结果，固化剂N4的最佳掺量为12％。
实施例5，
本发明用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的制备方法，具体按照以下步骤进行：
S1，按照以下重量份数称取：42.5级普通硅酸盐水泥30份，纳米SiO23份，纳米蒙脱土1份，聚叔丁基丙烯酰胺水凝胶5份，乙二胺四乙酸二钠0.5份，矿渣30份，石英纤维材料6份，水25份；
S2，在25℃下，将称取的聚叔丁基丙烯酰胺水凝胶、纳米蒙脱土与纳米SiO2、乙二胺四乙酸二钠溶解于适量无水乙醇得到充分溶解的混合液，将25份水的70％加入混合液中，超声搅拌速率为1000转/分，搅拌0.1h至均匀，制得固化剂预料；
S3，在25℃下，将固化剂预料、称取的石英纤维材料、称取的矿渣碎石放置搅拌/机中搅拌，搅拌速率为1000转/分，搅拌0.1h至均匀，制得混合料；
S4，将称取的42.5级普通硅酸盐水泥加入搅拌均匀的混合料中，搅拌速率为500转/分，搅拌时间为10min，加入剩余30％的水继续搅拌，速率为500转/分，搅拌10min至均匀，制得纳米-纤维固化剂N5。
用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的使用方法，分别将不同掺量的纳米-纤维固化剂N5与崩解炭质泥岩置于搅拌机中，加入崩解炭质泥岩质量10％的水，搅拌速率为500转/分，搅拌0.1h，搅拌均匀，得到固化后的崩解炭质泥岩(即固化炭质泥岩)。试验数据如图1所示，固化剂N5的合适添加量为崩解炭质泥岩质量的10-15％，可以看出固化剂N5的最佳掺量为10％。
对比例1为未掺入固化剂的崩解炭质泥岩，对比例1用于与实施例1-5固化后的崩解炭质泥岩进行比较。对比例1中水的质量为崩解炭质泥岩的10％，将水与崩解炭质泥岩置于搅拌机中，搅拌速率为500转/分，搅拌0.1h，之后用于施工。
对比例2为固化剂中没有乙二胺四乙酸二钠，其余与实施例5相同。
对比例3为固化剂中没有纳米蒙脱土，其余与实施例5相同。
对实施例1-5(固化剂掺量均为其对应的最优掺量)及对比例1-3的无侧限抗压强度进行检测，具体检测方法如下：
参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51-2009)进行。温度20±2℃，相对湿度95％以上的条件下，保湿养生7d的无侧限抗压强度，试件尺寸为：直径50mm×高100mm的圆柱体，在此标准条件下养护7天后，对其进行无侧限抗压试验，检测其抗压强度，检测结果如表1所示：
表1固化崩解炭质泥岩的无侧限抗压强度
Figure BDA0002749763160000091
据表1可知，本发明制备的纳米-纤维固化剂能够明显提高固化后崩解炭质泥岩的无侧限抗压强度；实施例5的效果最好，纳米-纤维固化剂N5的原料质量比为：水泥:纳米材料:有机质胶凝材料:乙二胺四乙酸二钠:矿渣:纤维材料:水＝30:4:4.5:0.5:30:6:25。其中纳米材料的最佳组成为纳米SiO23份，纳米蒙脱土1份；有机质凝胶采用聚叔丁基丙烯酰胺水凝胶效果最佳；纤维材料采用石英纤维最佳。
此外，通过实施例1-5及对比例1-3试验数据对比可以得出，普通硅酸盐水泥与硅酸盐水泥相比除水泥熟料、石膏外，掺加多量的混合材料，而且混合材料品种多样，在其他物料的协作下更易发挥胶结、黏聚等作用；矿渣碎石自身强度高，更能发挥骨架作用并提高土体的强度；纳米SiO2因其高火山灰活性促进硅酸盐矿物的水化，同时纳米SiO2的晶核效应使得掺入纳米SiO2的试样水化产物微观结构更加致密；适量的纳米蒙脱土有利于填堵改性炭质泥岩中的细小孔隙，使得内部结构更加均匀致密，在宏观上即体现为强度及抗渗能力的提升；有机质胶凝材料掺量过多时胶结作用适得其反；适量的乙二胺四乙酸二钠提升有机质胶凝与炭质泥岩的复合程度和复合速度，更好的提高复合强度；石英纤维材料因其强度较高其加筋作用与玻璃纤维、陶瓷纤维相比较好；水分充足也很重要，不仅满足了水泥的水化要求，也使得固化剂更易搅拌均匀。
由图2和和图3对比可知，采用本发明无机-有机复合的固化剂固化后的崩解炭质泥岩的裂缝少，颗粒间相互交错搭接，边界变的模糊，土体孔隙得到填充，孔隙率低，土体结构整体更为致密，具有优异的结构完整性。
采用本发明无机-有机复合的固化剂固化后的崩解炭质泥岩具有无侧限抗压强度高、结构完整性好、水稳定性好、浸水吸水率低、抗冲刷能力强的优点，适用范围广、固化效果好，耐久性好、安全性高，同时由于矿渣碎石的加入，减少了至少50％的水泥用量，实现了矿渣的再利用，节约能耗，能够用于崩解炭质泥岩路堤、边坡表面固化处理等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂，其特征在于，由以下重量份数组成：水泥30-40份，纳米材料2-5份，有机质凝胶5-10份，乙二胺四乙酸二钠0.5-1份，矿渣25-35份，纤维材料2-6份，水16-25份；
所述纳米材料为纳米SiO2、纳米Al2O3、纳米CaCO3中的任意一种与纳米蒙脱土的混合物，混合质量比是1-3：1；
所述有机质凝胶材料为壳聚糖、交联壳聚糖凝胶、壳聚糖/明胶聚电解质配合物凝胶、聚异丙基丙烯酰胺水凝胶、聚叔丁基丙烯酰胺水凝胶、聚亚甲基双丙烯酰胺水凝胶、聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或质量比为1：1的任意两种；
所述纤维材料为聚丙烯纤维、玻璃纤维、石英纤维或陶瓷纤维中的一种，单丝直径为5-25µm，长度1-3cm。
2.根据权利要求1所述的一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂，其特征在于，所述玻璃纤维断裂伸长率小于等于35%，碱含量低于8wt%，吸水率小于等于2%，断裂强度不小于480MPa；所述石英纤维断裂伸长率小于等于30%，抗拉强度不小于500Mpa；所述陶瓷纤维断裂伸长率小于等于25%，抗拉强度不小于600Mpa；所述聚丙烯纤维抗拉强度不小于350Mpa，极限伸长量10%-28%。
3.根据权利要求1所述的一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂，其特征在于，所述矿渣为粒径2-5mm的矿渣碎石。
4.根据权利要求1所述的一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂，其特征在于，所述纳米材料的比表面积大于等于350m2/g，粒径30-90nm。
5.如权利要求1所述一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
S1，按照以下重量份数称取：水泥30-40份，纳米材料2-5份，有机质凝胶5-10份，乙二胺四乙酸二钠0.5-1份，矿渣25-35份，纤维材料2-6份，水16-25份；
S2，在10-35℃下，将称取的有机质胶凝材料与纳米材料溶解于适量无水乙醇，得到充分溶解的混合液，将称取的水的70%加入混合液中，超声搅拌分散，制得固化剂预料；
S3，在10-35℃下，将固化剂预料、称取的纤维材料、称取的矿渣碎石放置搅拌机中搅拌至均匀，制得混合料；
S4，在10-35℃下，将称取的水泥加入搅拌均匀的混合料中，搅拌一定时间至均匀，加入剩余30%的水继续搅拌一定时间，即得土体固化剂。
6.一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的使用方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任意一项权利要求所述的一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂，在10-35℃下，将纳米-纤维固化剂与崩解炭质泥岩置于搅拌机中，所述纳米-纤维固化剂的添加量为崩解炭质泥岩质量的10-15%，加入崩解炭质泥岩质量10-12%的水，搅拌速率为500转/分，搅拌0.1-0.2h，搅拌均匀，得到固化后的崩解炭质泥岩，即固化炭质泥岩。
7.根据权利要求6所述的一种用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂的使用方法，其特征在于，所述崩解炭质泥岩粒的最大粒径不超过5mm。
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