CN112299811A - 一种用于道路基层的土壤固化剂及其制备方法 - Google Patents

一种用于道路基层的土壤固化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于道路基层的土壤固化剂及其制备方法，属于市政工程建设材料领域。本发明将防水剂、水华蓝藻提取液、表面活性剂、粘结剂、分散剂和早强剂混合后在进行加热搅拌，搅拌结束后冷却至室温得到混合液；在混合液中加入激发剂，进行搅拌加热，之后加入减水剂并搅拌加热，加热完毕后冷却至室温即可得到目标产品。本发明土壤固化剂中水华蓝藻提取液的使用量超过10％，为水华蓝藻的资源化利用提供了一个有效途径。

Description

一种用于道路基层的土壤固化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及市政工程建设材料领域，尤其是涉及一种用于道路基层的土壤固化剂及其制备方法。
背景技术
土壤固化剂是一种岩土工程材料，它由多种无机材料、有机材料经过一定的生产工艺合成。土壤固化剂在常温下能够直接胶结土体中的土壤颗粒表面或能够与黏土矿物反应生成胶凝物质，通过一系列的物理化学反应改变土壤的工程性质。
20世纪70年代，美、日等发达国家为了提高建筑垃圾资源化利用水平，对土壤固化技术进行了深入的研究，改进了传统加固土壤的材料，由原来单一的使用水泥、石灰、粉煤灰升级到多种材料配比混合，形成了具有改善和提高土壤工程性能的复合材料，同时针对不同的土质条件开发出了不同应用场景的土壤固化剂。我国从80年代开始引进国外土壤固化剂技术，在消化吸收国外技术和工程经验的基础上，针对我国土壤的性质，开始了土壤固化剂的研究工作。迄今为止，土壤固化剂在国内外已大量应用于市政公路、水利工程、机场跑道等领域。
无机化合物类土壤固化剂，比如水泥、石灰类固化剂以及水泥、石灰、矿渣等混合物组成的固化剂。此类固化剂历史悠久，技术成熟，原料丰富，固化时间长，但单位固化剂消耗量大，因此施工用量大。伴随着城市化进程的加快，无机化合物类土壤固化剂受制于运输距离问题，在市政道路基层施工中的应用逐步减少。考虑到节约运输成本，施工便利的因素，现有土壤固化剂在市政道路基层施工的应用大多以土壤固化剂浓缩液为主要产品，即《土壤固化剂应用技术标准》(CJJ/T 286-2018)中的A类液体土壤固化剂。此类土壤固化剂浓缩液产品由于采用高分子聚合物合成，加工工艺及操作工序复杂，难以大规模扩大化生产；此外，土壤固化剂浓缩液在实际使用中存在水稳定性差的问题。因此，有必要研发一种生产工艺简单，安全系数高，便于扩大生产，不仅固化土抗压能力强，而且水稳定性高的土壤固化剂。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供了一种用于道路基层的土壤固化剂及其制备和使用方法；该土壤固化剂为液态土壤固化剂，生产工艺简单，安全系数高，便于扩大生产；不仅能增强土体密实度、提高土体抗压能力和水稳定性，而且实现水华蓝藻的资源化利用。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于道路基层的土壤固化剂，该固化剂的重量百分比如下：
Figure BDA0002361413080000021
作为优选：防水剂为40～55份，水华蓝藻提取液10～20份，表面活性剂8～15份，粘结剂8～12份，激发剂8～10份，分散剂2～5份，早强剂2～5份和减水剂2～5份。
本发明技术方案中：所述的水华蓝藻提取液的制备方法如下：在烘干后的水华蓝藻中加入3～6倍质量的蒸馏水加热煮沸2～5h，之后冷却至室温后静置20～30h，静置后的溶液进行过滤，取滤液即为水华蓝藻提取液。
本发明技术方案中：所述防水剂为甲基硅酸钠、氟硅酸钠和硅酸钠中的一种或多种。
本发明技术方案中：所述表面活性剂为木质素磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
本发明技术方案中：所述粘结剂为聚丙烯酰胺、海藻酸钠和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或多种。
本发明技术方案中：所述激发剂为硫酸钠、氯化钠或氢氧化钠中的一种。
本发明技术方案中：所述分散剂为乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素和聚乙二醇中的一种或多种。
本发明技术方案中：所述早强剂为氢氧化锂或二乙醇胺，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
一种上述的用于道路基层的土壤固化剂的制备方法，该方法是将防水剂、水华蓝藻提取液、表面活性剂、粘结剂、分散剂和早强剂混合后在以40～80转/分钟的速度进行加热搅拌，加热的温度为40～55℃，加热的时间为15～30min；之后在温度为55～65℃条件下继续搅拌20～40min，搅拌速度为100～150转/分钟，搅拌结束后冷却至室温得到混合液；在混合液中加入激发剂，在搅拌速度为100～150转/分钟的条件下进行加热，加热的温度为70～90℃，加热的时间为20～40min；之后加入减水剂并在搅拌速度为100～150转/分钟的条件的进行加热，加热的温度为70～90℃，加热的时间为20～40min；加热完毕后冷却至室温即可得到目标产品。
本发明的有益效果：
本发明土壤固化剂中水华蓝藻提取液的使用量超过10％，为水华蓝藻的资源化利用提供了一个有效途径；土壤固化剂的合成无需高温高压环境下操作，安全系数高，生产工艺简单，便于大规模生产；在固化南京地区普通黏土试验中，依据《土壤固化外加剂》(CJ/T486-2015)标准，7天无侧限抗压强度大于3.4MPa,水稳系数大于90％，表明本发明的土壤固化剂具有抗压能力强，水稳定性高的特性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1～3
表1 实施例1～3的原料及其质量
Figure BDA0002361413080000031
Figure BDA0002361413080000041
聚羧酸高效减水剂【厂家：山东腾维新型建材有限公司；型号：TW-JSS2】
水华蓝藻提取液的制备方法(实施例1)：筛取水华蓝藻，除去其中的大颗粒杂质，然后进行过滤脱水，得到脱水后的水华蓝藻；将脱水的水华蓝藻于70-80℃的烘箱中烘干，然后将烘干的水华蓝藻粉碎得到水华蓝藻粉。将240～260克水华蓝藻粉放置于三角瓶中，加入1000～1100毫升蒸馏水，瓶口用透气塞封口，在水浴中沸水加热2小时，冷却，沉淀24小时，然后过滤，取滤液，于高压灭菌锅消毒后，放置于4℃冰箱中保存。
水华蓝藻提取液的制备方法(实施例2)：筛取水华蓝藻，除去其中的大颗粒杂质，然后进行过滤脱水，得到脱水后的水华蓝藻；将脱水的水华蓝藻于70-80℃的烘箱中烘干，然后将烘干的水华蓝藻粉碎得到水华蓝藻粉。将240～260克水华蓝藻粉放置于三角瓶中，加入800～900毫升蒸馏水，瓶口用透气塞封口，在水浴中沸水加热3小时，冷却，沉淀24小时，然后过滤，取滤液，于高压灭菌锅消毒后，放置于4℃冰箱中保存。
水华蓝藻提取液的制备方法(实施例3)：筛取水华蓝藻，除去其中的大颗粒杂质，然后进行过滤脱水，得到脱水后的水华蓝藻；将脱水的水华蓝藻于70-80℃的烘箱中烘干，然后将烘干的水华蓝藻粉碎得到水华蓝藻粉。将240～260克水华蓝藻粉放置于三角瓶中，加入1100～1200毫升蒸馏水，瓶口用透气塞封口，在水浴中沸水加热5小时，冷却，沉淀24小时，然后过滤，取滤液，于高压灭菌锅消毒后，放置于4℃冰箱中保存。
实施例1～3的制备方法如下：
在装有加热装置、回流冷凝器、搅拌装置的反应器中加入防水剂、粘结剂、表面活性剂、分散剂、早强剂、水华蓝藻提取液，以60转/分钟的速度进行加热搅拌；当加热至45℃时，维持这一稳定并持续搅拌20分钟；然后升温至60℃，同时以120转/分钟的速度持续搅拌30分钟；将混合均匀的液体冷却至20℃，加入激发剂，以120转/分钟的速度进行搅拌，同时升温至80℃持续加热30分钟；然后加入减水剂，以120转/分钟的速度进行搅拌，温度维持在60℃持续加热30分钟，冷却至室温，即得到该土壤固化剂溶液。
对比例1
其他条件同实施例1，除了水华蓝藻提取液替换为蒸馏水。
对比例2
其他条件同实施例2，除了水华蓝藻提取液替换为蒸馏水。
对比例3
其他条件同实施例3，除了水华蓝藻提取液替换为蒸馏水。
对比例4
采用国内现有技术中的土壤固化剂a(土壤固化剂a是中清深利(深圳)科技有限公司的土壤固化剂，专利号CN110156300A中具体实施例的技术方案)。
对比例5
采用国外现有技术中的土壤固化剂c(土壤固化剂c是泰然路通科技(深圳)有限公司代理的美国TerraZyme生物酶土壤固化剂，该产品由美国Nature Plus,Inc.研发生产，是一种透明棕褐色液态复合酶制品，密度为1.0-1.08g/cm3,PH值为4.3-5.3，沸点212℃，主要是由甘蔗的茎或根提取的汁液)。
土壤固化剂7d无侧限抗压强度试验
试验材料：实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5制备的土壤固化剂；试验选定的拟固化土壤样品为南京某路基工程项目基坑开挖渣土；实验室测定该土样为粉质土、最大干密度为1.728g/cm3、最佳含水率为14.6％。
试验方法：参考《土壤固化外加剂》(CJ/T 486-2015)中规定的方法测定实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5制备的土壤固化剂抗压强度(即：干强度)以及水中浸泡1d后试件的无侧限抗压强度(即：泡水强度)；根据《土壤固化外加剂》(CJ/T 486-2015)中规定的换算公式，计算水稳系数。试验结果：如表1所示。
表1 土壤固化剂抗压强度试验
Figure BDA0002361413080000051
Figure BDA0002361413080000061
由表1可以看出，本发明实施例1-3制备的土壤固化剂的抗压干强度在3.4Mpa以上，而对比例1、对比例2、对比例3制备的土壤固化剂的抗压强度均低于2Mpa,说明本发明提供的土壤固化剂配方搭配合理，采用水华蓝藻提取液可以协同提升抗压强度。与此同时，在相同用量的情况下(水泥6％，固化剂0.02％)，发明实施例2制备的土壤固化剂的抗压干强度均高于现有技术中国内外同类产品，且水稳系数大幅度提高，说明本发明提供的土壤固化剂具有很好的抗压强度和水稳定性。
以下为工程实例
南京某路基工程，实验室测定该土样为粉质土、最大干密度为1.728g/cm3、最佳含水率为14.6％。采用进口小松BZ200型土壤修复设备将现场土壤破碎，并且与6％普通硅酸盐水泥(水泥标号为425号)均匀混合，将土壤干基重量0.02％的本发明的固化剂用水稀释后，喷洒于土壤修复设备出料口，混匀后的土壤通过短驳车运输至路基工程按施工要求摊铺、碾压6-8次后，密实度达到95％，固化土7d无侧限抗压强度达到3.78MPa。
以上述依据本发明的实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种用于道路基层的土壤固化剂，其特征在于：该固化剂的重量百分比如下：
Figure FDA0002361413070000011
2.根据权利要求1所述的用于道路基层的土壤固化剂，其特征在于：防水剂为40～55份，水华蓝藻提取液10～20份，表面活性剂8～15份，粘结剂8～12份，激发剂8～10份，分散剂2～5份，早强剂2～5份和减水剂2～5份。
3.根据权利要求1所述的用于道路基层的土壤固化剂，其特征在于：所述的水华蓝藻提取液的制备方法如下：在烘干后的水华蓝藻中加入3～6倍质量的蒸馏水加热煮沸2～5h，之后冷却至室温后静置20～30h，静置后的溶液进行过滤，滤液即为水华蓝藻提取液。
4.根据权利要求1所述的用于道路基层的土壤固化剂，其特征在于：所述防水剂为甲基硅酸钠、氟硅酸钠和硅酸钠中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的用于道路基层的土壤固化剂，其特征在于：所述表面活性剂为木质素磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
6.根据权利要求1所述的用于道路基层的土壤固化剂，其特征在于：所述粘结剂为聚丙烯酰胺、海藻酸钠和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的用于道路基层的土壤固化剂，其特征在于：所述激发剂为硫酸钠、氯化钠或氢氧化钠中的一种。
8.根据权利要求1所述的用于道路基层的土壤固化剂，其特征在于：所述分散剂为乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素和聚乙二醇中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的用于道路基层的土壤固化剂，其特征在于：所述早强剂为氢氧化锂或二乙醇胺，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
10.一种权利要求1所述的用于道路基层的土壤固化剂的制备方法，其特征在于：将防水剂、水华蓝藻提取液、表面活性剂、粘结剂、分散剂和早强剂混合后在以40～80转/分钟的速度进行加热搅拌，加热的温度为40～55℃，加热的时间为15～30min；之后在温度为55～65℃条件下继续搅拌20～40min，搅拌速度为100～150转/分钟，搅拌结束后冷却至室温得到混合液；在混合液中加入激发剂，在搅拌速度为100～150转/分钟的条件下进行加热，加热的温度为70～90℃，加热的时间为20～40min；之后加入减水剂并在搅拌速度为100～150转/分钟的条件的进行加热，加热的温度为70～90℃，加热的时间为20～40min；加热完毕后冷却至室温即可得到目标产品。
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