CN112456918B

CN112456918B - 一种粉土固化材料及粉土的固化方法

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Publication number: CN112456918B
Application number: CN202011460135.8A
Authority: CN
Inventors: 金萍; 祁聪; 刘建伟; 栾波
Original assignee: Shandong Haiyun Asphalt Co ltd; Shandong Chambroad Petrochemicals Co Ltd
Current assignee: Shandong Haiyun Asphalt Co ltd; Shandong Chambroad Petrochemicals Co Ltd
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2040-12-11
Also published as: CN112456918A

Abstract

本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种粉土固化材料及粉土的固化方法。所述粉土固化材料由包括以下重量份组分的原料制备得到：粉土60～80份；油砂20～40份；水泥2～5份。本发明提供的粉土固化材料无需采用发泡沥青、乳化沥青、土壤固化剂和胶乳中的任何一种，原料简单易得，成本较低，且环保，得到的粉土固化材料力学性能较优。

Description

一种粉土固化材料及粉土的固化方法

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种粉土固化材料及粉土的固化方法。

背景技术

我国广大地区分布大量的粉土，特别是山东境内的东营、菏泽、聊城、德州、滨州、淄博、济宁、济南等地区分布着大面积的黄河冲积粉土，覆盖面积约占山东省总面积的1/3。然而，由于粉土的特殊成因，导致其具有多个明显的不良工程特性：首先粉土颗粒均匀，级配很差，因此很难达到理想的压实状态，即孔隙之间没有更多的细小粘粒来填充，类似于积木的悬空状态；其次，粉粒不能像粘粒那样与各种稳定剂有效的发生作用，也不能在土中起到骨架作用；再者，像山东境内黄河三角洲地区的部分粉土，常年受海水渗透作用，粉土盐渍化严重，会有盐胀、溶陷等潜在副作用，因此，由于粉土强度刚度低、水稳定性差，易冲刷等特点，路基路面竣工通车后，由于雨雪水下渗软化和车辆动载的反复作用，常引起路基沉降变形、路基坍塌、水毁等病害问题，最终导致路面的早期破坏。由此可知，粉土固化在道路工程中是一个比较难解决的问题，但是，粉土的固化，一方面对于缺少或没有砂石料，而粉土居多的地区不失为一项因地制宜的好策略，另一方面，对于资金短缺的农村以及偏远地区，也不失为一件通过农村道路建设从而促进农村经济发展的好事。

目前土壤的固化有以下几种：

(1)机械方法：机械方法主要是通过减小土体体积和改善颗粒级配，以增加摩擦阻力和颗粒之间的吸引力，从而达到一种更有利的土壤结构。机械法中应用最为广泛的就是压实技术，通过压实可以减少土壤的孔隙体积,使含水量保持在固定的水平。机械方法虽然不用外加任何其他物质，但它对本身塑性很差的粉土固化效果不好。

(2)物理方法：物理方法主要是加入沥青或焦油等物质，通过颗粒之间的包裹和粘附作用，减少土粒的吸水性，提高土壤的水稳定性。物理法中所采用的沥青一般是热沥青，需要对沥青进行加热处理，或者是一些常温沥青，如乳化沥青或者发泡沥青，需要对沥青进行乳化、发泡处理，增加了处理成本，而使用焦油作胶黏剂，焦油本身是致癌物质，并不环保。

(3)植被方法：植被方法主要应用于边坡土壤的固结。发展模式主要有两种：一种模式是边坡早期播种森林化技术，以日本为代表。另一种模式是边坡快速植草技术，以欧美一些国家为代表。植物固化虽然环保，但它只适用于边坡，不适用于作为路基固化的方法。

(4)化学方法：化学方法主要是通过添加一定量的土壤固化材料达到提高土体工程性能的目的。土壤固化材料是指在常温下能够直接胶结土粒表面或能够与土粒中的粘土矿物成分(主要有蒙脱石、伊利石和高岭石等)反应生成胶结物质的改性剂。常见的有有机、无机结合料，或高分子合成材料，或盐溶液等外加剂，通过产生一系列的物理化学反应，如水化反应、离子交换作用、沉淀作用、聚合作用、氧化反应等，使土粒之间的连接增强，内摩擦力增加，提高土体的密实度和稳定性。常见的无机结合料有水泥、粉煤灰和石灰材料，采用石灰和二灰加固土的工程，根据很多研究者的研究发现，石灰、二灰适宜稳定塑性指数在12～20之间的粘性土，对粉砂土的稳定效果不好。而水泥几乎可以稳定各种类型的土，但是，水泥土也存在干缩较大、易开裂等问题，并且暴露的水泥土易因水泥水化反应、环境温度、湿度的变化造成体积的不均匀变化而产生裂缝，因而导致固化体的抗压、抗渗、抗冻和抗冲刷性能降低，并且水泥土中大量采用水泥，增加了工程成本。常见的高分子合成材料主要有SBR胶乳、SBS胶乳、EVA等，但高分子材料价格昂贵，用于农村道路修建性价比低。土壤固化剂是一种新兴的土壤固化手段，它是一种性能优良的土工复合材料，是由多种无机和有机材料配制而成的材料，专门用于土壤加固，其与土壤混合后产生一系列物理化学反应，将松散土体转变为致密的胶凝材料，但是，每种固化剂都有其自身适用的范围，有些土壤固化剂往往只能满足一些单一性能指标，不能提高多方面的综合性能，有些土壤固化剂往往只能适合某类土，而对其它类型土的稳定作用不大。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种粉土固化材料，所述粉土固化材料力学性能较优。

本发明提供了一种粉土固化材料，由包括以下重量份组分的原料制备得到：

粉土 60～80份；

油砂 20～40份；

水泥 2～5份。

优选的，所述粉土中，粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过粉土总质量的50％；

所述粉土的塑性指数不大于10。

优选的，所述油砂的含油率不低于15wt％，胶质含量不低于15wt％。

优选的，所述水泥选自硅酸盐水泥；

所述水泥强度不低于P.O32.5。

本发明还提供了一种粉土的固化方法，包括以下步骤：

A)将粉土、水泥和油砂混匀后，得到混合物；

B)将所述混合物与水混匀；

C)压实成型。

优选的，所述压实成型的压实度为92％～98％。

优选的，所述压实成型后，还包括：

在室温下，湿度为45％～55％的条件下进行养生。

优选的，所述养生的时间为7d。

本发明提供了一种粉土固化材料，由包括以下重量份组分的原料制备得到：粉土60～80份；油砂20～40份；水泥2～5份。本发明提供的粉土固化材料无需采用发泡沥青、乳化沥青、土壤固化剂和胶乳中的任何一种，原料简单易得，成本较低，且环保，得到的粉土固化材料力学性能较优。

本发明还提供了一种粉土的固化方法，包括以下步骤：A)将粉土、水泥和水混匀后，得到混合物；B)将所述混合物与所述油砂混匀；C)压实成型。本发明旨在提供一种经济适用的粉土固化手段，一方面，该技术不需要前期处理，而直接使用，比如不需要制备成发泡沥青、乳化沥青、土壤固化剂、胶乳等，减少了前期处理成本，另一方面，该技术常温施工，对于环境保护是有利的，不需要像热沥青那样加热，会挥发有毒有害气体，污染环境，再者，该技术对油砂的利用提出了一种新的途径，最终制得的粉土固化材料力学性能较优。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明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。

粉土 60～80份；

油砂 20～40份；

水泥 2～5份。

在本发明的某些实施例中，所述粉土的重量份数为75份、70份或66份。在本发明的某些实施例中，所述粉土为滨州黄河三角洲的冲击土。在本发明的某些实施例中，所述粉土中，粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过粉土总质量的50％。在本发明的某些实施例中，所述粉土的塑性指数不大于10。在本发明的某些实施例中，所述粉土的不均匀系数Cu(d60/d10)小于5。

在本发明的某些实施例中，所述油砂的重量份数为20份、27份或32份。在本发明的某些实施例中，所述油砂的含油率不低于15wt％，胶质含量不低于15wt％。在某些实施例中，所述油砂的含油率为25wt％、16wt％或20wt％，胶质含量为15wt％、16wt％或18wt％。

在本发明的某些实施例中，所述水泥的重量份数为5份、3份或2份。在本发明的某些实施例中，所述水泥选自硅酸盐水泥。在本发明的某些实施例中，所述水泥强度不低于P.O32.5。在某些实施例中，所述水泥强度为P.O32.5或P.O42.5。

本发明还提供了一种粉土的固化方法，包括以下步骤：

A)将粉土、水泥和油砂混匀后，得到混合物；

B)将所述混合物与水混匀；

C)压实成型。

所述粉土的固化方法中采用的原料组分及配比同上，在此不再赘述。

本发明所使用的油砂无需进行任何处理，即无需对热沥青进行乳化、发泡或者粉碎，经过筛选(即：筛选出含油率不低于15wt％，胶质含量不低于15wt％的油砂)可直接使用，一方面保留了沥青作为胶黏剂的关键特点，而不需要进行任何处理，节约了处理成本；另一方面，它本身可以在常温下直接拌和使用，具备良好的施工和易性；最后，油砂中除了含有沥青稠油，还含有大量的泥沙，这些泥沙并不影响粉土的固化，且为了提取油砂中的油分，从而加以利用，这一课题目前在国外还是相对比较困难的，因此本专利方法也解决了目前油砂中油和砂子分离困难的难题。

在本发明的某些实施例中，将所述粉土、所述水泥和油砂混匀前，还包括：将所述粉土进行干燥。在本发明的某些实施例中，所述干燥的方法为烘干。本发明对所述烘干的方法和参数并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的烘干的方法和参数即可。

在本发明的某些实施例中，将粉土、水泥和油砂混匀具体包括：

将粉土和水泥混合后，加入油砂，边加边揉搓，直至混合均匀，得到混合物。

得到混合物后，将所述混合物与水混匀。

在本发明的某些实施例中，根据JTG E50-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的T0804-1994标准，对粉土进行击实试验，确定粉土的最佳含水率，然后根据粉土的最佳含水率确定水的添加量。在本发明的某些实施例中，所述粉土的最佳含水率为8.3％。

然后，进行压实成型。

在本发明的某些实施例中，所述压实成型的压实度为92％～98％。在某些实施例中，所述压实成型的压实度为95％。本发明对所述压实成型的方法并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的压实成型的方法即可。

在本发明的某些实施例中，所述压实成型后，还包括：

在室温下，湿度为45％～55％的条件下进行养生。

在本发明的某些实施例中，所述养生的温度为25℃。在本发明的某些实施例中，所述养生的湿度为50％。

本发明对所述养生的方法并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的养生的方法即可。

在本发明的某些实施例中，所述养生的时间为7d。

本发明对上文采用的原料的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。

高分子材料的吨价格普遍在10000万元以上，固化剂的吨价格也普遍在50000元/左右，而油砂的价格不会超过2000元/吨，因而，本发明提供的种粉土固化材料的性价比高。

本发明中的油砂相比于沥青类固化剂，它不需要前处理，如加热、发泡、乳化等，节约了前处理成本，对于资金困难的农村地区建造道路而言，非常有利。

本发明中的油砂为物理粘结剂，可常温施工，不像热沥青等需要加热等措施，对环保是有利的。同时，所述油砂为固化剂，油砂中的沥青稠油可以起物理胶结的作用，对土壤的适配性高，不挑土壤，不同于土壤固化剂只适用于某些类别的土壤。

本发明提供了一种经济适用的粉土固化手段，一方面，该技术不需要前期处理，而直接使用，比如不需要制备成发泡沥青、乳化沥青、土壤固化剂、胶乳等，减少了前期处理成本，另一方面，该技术常温施工，对于环境保护是有利的，不需要像热沥青那样加热，会挥发有毒有害气体，污染环境，再者，该技术对油砂的利用提出了一种新的途径。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种粉土固化材料及粉土的固化方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。

以下实施例中所用的原料均为一般市售。

实施例1

采用的原料包括：

粉土(滨州黄河三角洲的冲击土)75重量份、油砂20重量份和水泥5重量份；所述水泥强度P.O32.5；所述油砂的含油率25wt％，胶质含量15wt％。

根据JTG E50-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的T0804-1994标准，对粉土进行击实试验，确定粉土的最佳含水率是8.3％。

固化方法包括：

1)将所述粉土烘干，然后与所述水泥混合，再加入油砂，边加边揉搓，直至混匀，得到混合物；

2)将水加入所述混合物中，按照粉土的含水率是8.3％确定水的添加量；

3)按照95％的压实度压实成型，恒温恒湿室(25℃，湿度50％)养生7d，得到粉土固化材料。

根据JTG E50-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的T0805-1994标准，对得到的粉土固化材料进行无侧限抗压强度分析，结果表明，所述粉土固化材料的无侧限抗压强度为0.906MPa。

实施例2

采用的原料包括：

粉土(滨州黄河三角洲的冲击土)70重量份、油砂27重量份和水泥3重量份；所述水泥强度P.O32.5；所述油砂的含油率16wt％，胶质含量16wt％。

固化方法包括：

根据JTG E50-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的T0805-1994标准，对得到的粉土固化材料进行无侧限抗压强度分析，结果表明，所述粉土固化材料的无侧限抗压强度为0.898MPa。

实施例3

采用的原料包括：

粉土(滨州黄河三角洲的冲击土)66重量份、油砂32重量份和水泥2重量份；所述水泥强度P.O42.5；所述油砂的含油率20wt％，胶质含量18wt％。

固化方法包括：

根据JTG E50-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的T0805-1994标准，对得到的粉土固化材料进行无侧限抗压强度分析，结果表明，所述粉土固化材料的无侧限抗压强度为0.911MPa。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种粉土固化材料，由包括以下重量份组分的原料制备得到：

粉土60～80份；

油砂20～40份；

水泥2～5份；

所述油砂的含油率不低于15wt％，胶质含量不低于15wt％；

所述粉土固化材料无需采用乳化沥青；

所述粉土中，粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过粉土总质量的50％；

所述粉土的塑性指数不大于10；

所述水泥选自硅酸盐水泥；

所述水泥强度不低于P.O32.5；

所述粉土的固化方法包括以下步骤：

A)将粉土、水泥和油砂混匀后，得到混合物；

B)将所述混合物与水混匀；

C)压实成型，得到粉土固化材料；

所述压实成型的压实度为92％～98％；

所述压实成型后，还包括：

在室温下，湿度为45％～55％的条件下养生7d。

2.一种粉土的固化方法，包括以下步骤：

A)将粉土、水泥和油砂混匀后，得到混合物；

B)将所述混合物与水混匀；

C)压实成型，得到权利要求1所述的粉土固化材料；

所述压实成型的压实度为92％～98％；

所述压实成型后，还包括：

在室温下，湿度为45％～55％的条件下养生7d。