CN1125702A - 一种石灰类土壤固化剂 - Google Patents

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Abstract

将生石灰、硬石膏、硫酸钠和硫酸铝混合粉磨，即得一种石灰类土壤固化剂。该固化剂适用于固化含水率25％(占干土比例)以下的土壤，它所固化的土壤强度比用生石灰所固化的土壤强度有较大幅度的提高，甚至高于相同掺量的325#矿渣水泥。

Description

一种石灰类土壤固化剂
本发明属于建筑材料石灰类。
各种建筑物的地基以及道路的基层和底基层往往需要加入石灰类固化剂以提高其强度。但是现有的石灰类土壤固化剂所固化的土壤强度偏低，加大其用量，固化的土壤强度虽有一定的提高，但用量超过一定范围后强度反而降低，仍不能满足高层建筑和高速公路等现代构筑物对强度的要求。
本发明的目的是提高石灰加固土的强度，提出在生石灰中加入硬石膏、硫酸钠和硫酸铝，制造出一种石灰类土壤固化剂，使其能适应高层建筑和高速公路等现代构筑物对强度的要求。
本发明的优点是生产出一种石灰类土壤固化剂，该固化剂适用于固化含水率占干土比例25％以下的土壤，它所固化的土壤强度比用生石灰固化的土壤强度有较大幅度的提高，甚至高于325#矿渣水泥固化的土壤强度。
本发明详细介绍如下：
生石灰加固土(简称石灰土)主要是利用生石灰与土发生化学反应，使土中的粘粒成分发生质的变化，其强度主要来源于四个方面：
(1)生石灰的水化发热和膨胀作用；
(2)土和石灰进行离子交换反应使细粒粘土凝聚成粒团；
(3)土中粘土矿物和胶体SiO2以及Al2O3与石灰发生化学硬凝反应，生成硅酸石灰水化物(CaO-SiO2-H2O)以及铝酸石灰水化物(CaO-Al2O3-H2O)等，这些生成物使土颗粒产生了胶结作用。
(4)石灰和土中的CO2发生碳酸化反应产生CaCO3沉淀。
其中第三步的硬凝反应是生石灰加固土产生强度的主要原因，而生石灰水化放出的热量又可以促进这一反应。硬石膏是生石灰的缓凝剂，它能使生石灰平稳放热。这是因为硬石膏中的CaSO4能与CaO组成络合物，在CaSO4表面生成不稳定的复杂水化物(盐·mCaSO4·nH2O)，然后此水化物又分解为含水盐类及CaSO4·2H2O。正是这种分解反应使生成的CaSO4·2H2O不断结晶，把土颗粒搭接起来：
mCaSO4＋盐·nH2O＝盐·mCaSO4·nH2O
盐·mCaSO4·nH2O＝mCaSO4·2H2O＋盐·(n-2m)H2O硫酸钠(Na2SO4)和硫酸铝〔Al2(SO4)3〕与CaSO4也能发生上述反应。另外，Na2SO4还能与Ca(OH)2反应，生成CaSO4和NaOH，CaSO4又能起早强作用，NaOH能溶解土颗粒表面的层状硅酸盐，生成易溶解的硅酸钠和铝酸钠，它们同混合料中的Ca(OH)2、CaSO4·2H2O易反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙凝胶、钙矾石及NaOH，新生成的NaOH又与粘土矿物发生溶解反应，这样周而复始，大大提高了所固化的土壤强度。Al2(SO4)3也可同Ca(OH)2反应，生成钙矾石以及CaSO4，其中CaSO4又能起到上述作用，钙矾石进一步填充孔隙，从而进一步提高了土体的强度。
将生石灰、硬石膏、硫酸钠和硫酸铝混合粉磨至比表面积250～900m2/kg，最佳300～500m2/kg，即可制造出适用于低含水量土壤的石灰类固化剂。本发明中所用的生石灰指市售的各种生石灰，硬石膏为天然硬石膏或将二水石膏经600～1100℃煅烧所得的无水石膏，其主要成分为CaSO4，硫酸钠和硫酸铝为市售的化工产品。硬石膏的掺量在固化剂中占0.5～15％，最佳掺量3～9％，掺量太少，效果不明显，掺量太多会使石灰土强度降低。硫酸钠的掺量在固化剂中占0.5～10％，最佳掺量1～6％，掺量太少，效果不明显，掺量太多会使石灰土强度降低。硫酸铝的掺量在固化剂中占1～15％，最佳掺量4～10％，掺量太少，效果不明显，掺量太多，会使石灰土强度降低。
实例
所用原料的化学成分见表1。
                                                                                               表1
原料 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 IL
生石灰 0.020 0.012 0.004 93.98 0.020 0 0
 325#矿渣水泥 29.18  9.04  2.31  50.04  5.22  2.58  2.40
    土壤 68.42  13.85  4.85  2.52  2.00  /  4.38
    硬石膏 10.29  2.46  0.91  33.30  2.97  41.9  6.06
土壤的PH值是7.4。
本发明的土壤固化剂和现有的土壤固化剂的配方见表2。
                                                                                                    表2
技术    编号    生石灰    硬石膏   硫酸钠   硫酸铝 325#矿渣水泥
本发明     A1     86.5     0.5     5     8     /
本发明     A2     84     3     5     8     /
本发明     A3     81     6     5     8     /
本发明     A4     72     15     5     8     /
本发明     A5     88.5     3     0.5     8     /
本发明     A6     86     3     3     8     /
本发明     A7     79     3     10     8     /
本发明     A8     91     3     5     1     /
本发明     A9     88     3     5     4     /
本发明     A10     77     3     5     15     /
现有     A11     100     /     /     /     /
现有     A12      /     /     /     /     100
按表2的配比，将生石灰、硬石膏、硫酸钠和硫酸铝混合粉磨至比表面积400±20m2/kg，制得各号土壤固化剂，把它们分别掺入土壤中，根据交通部颁发的交通行业标准TJT057—94进行强度检验。土样含水率为16％，土壤固化剂掺量为8％，设计干容重1.89g/cm3。所得结果见表3。
                                                                                    表3
   试样    7天强度    28天强度
    A1     1.98     3.85
    A2     2.73     4.85
    A3     2.12     4.15
    A4     1.92     3.98
    A5     2.00     4.10
    A6     2.25     4.35
    A7     1.95     3.80
    A8     2.27     4.17
    A9     2.55     4.54
    A10     1.96     4.08
    A11     1.76     3.06
    A12     1.94     4.04
按照表2中的A2配比，将生石灰、硬石膏、硫酸钠和硫酸铝混合粉磨至不同细度，把所得不同细度的固化剂分别掺入土壤中进行强度检验，检验方法同上，实验条件同上，所得结果见表4。
                                                                               表4
   试样 比表面积m2/kg    7天强度    28天强度
    A2     250     1.98     3.77
    A2     401     2.73     4.85
A2 611 3.01 4.94
    A2     900     3.12     4.98
当土壤含水率不同时，掺入按表2中的A2配比制得的固化剂重新进行强度检验，检验方法同上。除土样含水率不同外，其余实验条件同上。所得结果见表5。
                                                                            表5
   试样 土壤含水率％  7天强度MPa  28天强度MPa
    A2     8     4.00     5.51
A2 12 3.51 5.02
A2 16 2.73 4.85
A2 20 2.24 3.82
    A2     25     1.66     3.16

Claims (2)

1.一种石灰类土壤固化剂，其特征是将生石灰、硬石膏、硫酸钠以及硫酸铝混合粉磨至比表面积250～900m2/kg，最佳范围在300500m2/kg。
2.根据权利1所述的一种石灰类土壤固化剂，其特征是由生石灰、硬石膏、硫酸钠和硫酸铝组成。其组成范围：
成分     重量组成％   最佳范围％
生石灰    60～98       75～92
硬石膏    0.5～15       3～9
硫酸钠    0.5～10       1～6
硫酸铝      1～15       4～10
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