CN112980454A - 一种新型环保土壤固化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种新型环保土壤固化剂及其制备方法，包括以下重量份原料：生态水泥50‑75份、水溶性淀粉10‑15份、增强剂1‑5份、表面活性剂1‑2份、减水剂1‑5份、防水剂1‑2份、交联剂1‑10份、5％硫酸水溶液10份、氢氧化钙10份和水14‑20份，其制备方法包括以下步骤：淀粉溶液制备、碱性中和液制备、土壤固化剂制备和土壤固化剂应用；本发明采用天然的淀粉为有机材料，经过水解后生成具有富含羟基的多糖，这些羟基在可以和生态水泥中的金属离子形成复合物，使多糖也可以包覆在土壤中的颗粒物表面，并与交联剂作用形成交联的聚合物，从而实现固化土壤的目的，相比现有的土壤固化剂品质更高，对土壤的粘结能力更好,且经济环保。

Description

一种新型环保土壤固化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及固化剂制备技术领域，尤其涉及一种新型环保土壤固化剂及其制备方法。
背景技术
我国软土分布广泛，随着城市化进程的加快，经常需要在软土地基上进行工业与民用建筑建造、道路施工和基坑开挖等，软土大都具有土质疏松、天然含水量高、透水性差、压缩性高等特性，这些天然不利特性会使地基承载力不足，从而造成地基的沉降或变形，地基的沉降或变形会使结构物出现裂缝、倾斜、倒塌等，造成工程结构使用功效降低甚至失效，为保证工程质量，需要对软土地基进行预先加固，而土壤固化剂能与软土发生一系列的物理化学反应，能将碎散的土壤颗粒固结为具有一定强度的整体性物质，进而提高软土强度；
现有的一些土壤固化剂大都成分单一，品质不高，对土壤的粘结能力较差，不能有效降低土壤的迁移能力，从而使土壤的机械强度降低，且不够经济环保，另外现有的土壤固化剂的制备方法大都操作复杂，制备困难，不能带来良好的经济效益，因此，本发明提出一种新型环保土壤固化剂及其制备方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种新型环保土壤固化剂及其制备方法，该方法利用生态水泥中富含各种无机离子与天然淀粉水解后的多糖形成金属有机复合物，辅之以表面活性剂和交联剂在土壤颗粒表面有效地形成一层有机包覆层，在通过保湿压实处理后，交联剂进一步将淀粉水解物发生交联反应，固化土壤颗粒防止其被压散，达到提升土壤机械强度的目的。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种新型环保土壤固化剂，包括以下重量份原料：生态水泥50-75份、水溶性淀粉10-15份、增强剂1-5份、表面活性剂1-2份、减水剂1-5份、防水剂1-2份、交联剂1-10份、5％硫酸水溶液10份、氢氧化钙10份和水14-20份。
进一步改进在于：所述的生态水泥为利用城市垃圾焚烧灰和下水道污泥作为主要原料，经过煅烧磨粉形成的水硬性胶凝材料。
进一步改进在于：所述水溶性淀粉为土豆淀粉、玉米淀粉和糯米淀粉中的一种。
进一步改进在于：所述增强剂为纸浆、纤维素纳米晶和稻壳中的一种，其中优选纤维素纳米晶。
进一步改进在于：所述表面活性剂为烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠和磺化油中的一种，其中优选烷基苯磺酸钠。
进一步改进在于：所述减水剂为亚甲基二甲基二萘磺酸钠聚合物和木质素磺酸钙中的一种，其中优选木质素磺酸钙。
进一步改进在于：所述防水剂为甲基硅酸钠和烷基硅酸酯中的一种，所述交联剂为硼砂、硼酸、氢氧化铝和四乙氧基硅烷中的一种。
一种新型环保土壤固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：淀粉溶液制备
先将规定重量份水溶性淀粉加入到规定重量份5％的硫酸水溶液中调节至酸性，然后将该溶液加热至80-100℃并水解3-5小时，获得淀粉溶液，待溶液温度冷却至室温后备用；
步骤二：碱性中和液制备
将规定重量份表面活性剂、减水剂、增强剂以及氢氧化钙加入规定重量份的水中，搅拌均匀，制得碱性中和液；
步骤三：土壤固化剂制备
先将步骤二制得的碱性中和液加入到步骤一制得的淀粉溶液中，并调节pH值到规定范围，再加入规定重量份的交联剂和防水剂并混合均匀，制得混合液，接着将混合液加入规定重量份的生态水泥中，并混合均匀，获得土壤固化剂；
步骤四：土壤固化剂应用
将步骤三制得的土壤固化剂与土壤按1：5-10的比例混合应用，获得固化土壤。
进一步改进在于：所述土壤固化剂与土壤按1：5-10的比例混合均匀后，先保湿1-3小时，再进行压实。
本发明的有益效果为：本发明采用天然的淀粉为有机材料，经过水解后生成具有富含羟基的多糖，这些羟基在可以和生态水泥中的金属离子形成复合物，使多糖也可以包覆在土壤中的颗粒物表面，并与交联剂作用形成交联的聚合物，从而实现固化土壤的目的，且利用生态水泥中富含各种无机离子与天然淀粉水解后的多糖形成金属有机复合物，辅之以表面活性剂和交联剂在土壤颗粒表面有效地形成一层有机包覆层，在通过保湿压实处理后，交联剂进一步将淀粉水解物发生交联反应，固化土壤颗粒防止其被压散，达到提升土壤机械强度的目的，相比现有的土壤固化剂品质更高，对土壤的粘结能力更好，另外制备方法也简单，经济环保，易于操作，值得广泛推广。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的制备方法流程图；
图2是本发明实施例中土壤未被固化前的结构示意图；
图3是本发明实施例中土壤被固化后的结构示意图；
图4是本发明实施例不同比例的固化剂强度增长曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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作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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
参见图1、2、3，本实施例提供了一种新型环保土壤固化剂，包括以下重量份原料：生态水泥60份、土豆淀粉10份、纤维素纳米晶2份、十二烷基苯磺酸钠1份、木质素磺酸钙1份、甲基硅酸钠1份、硼砂5份、5％硫酸水溶液10份、氢氧化钙10份和水20份。
其制备方法包括以下步骤：
步骤一：淀粉溶液制备
先将10份土豆淀粉加入到10份5％的硫酸水溶液中调节至酸性，然后将该溶液加热至80℃并水解4小时，获得淀粉溶液，待溶液温度冷却至室温后备用；
步骤二：碱性中和液制备
将1份十二烷基磺酸钠、1份木质素磺酸钙、2份纤维素纳米晶和10份氢氧化钙加入到20份水中，搅拌均匀，制得碱性中和液；
步骤三：土壤固化剂制备
先将步骤二制得的碱性中和液加入到步骤一制得的淀粉溶液中，并调节pH值到5左右，再加入5份硼砂和1份甲基硅酸钠混合均匀，制得混合液，接着将混合液加入到60份生态水泥中，并混合均匀，获得土壤固化剂；
步骤四：土壤固化剂应用
将步骤三制得的土壤固化剂与土壤按1：6的比例混合应用，混合均匀后密闭保湿3小时，压实后获得固化土壤件。
实施例二
参见图1、2、3，本实施例提供了一种新型环保土壤固化剂，包括以下重量份原料：生态水泥65份、玉米淀粉12份、纤维素纳米晶1份、十二烷基苯磺酸钠1份、木质素磺酸钙1份、甲基硅酸钠1份、四乙氧基硅烷5份、5％硫酸水溶液10份、氢氧化钙10份和水14份。
其制备方法包括以下步骤：
步骤一：淀粉溶液制备
先将12份玉米淀粉加入到10份5％的硫酸水溶液中调节至酸性，然后将该溶液加热至80℃并水解3小时，获得淀粉溶液，待溶液温度冷却至室温后备用；
步骤二：碱性中和液制备
将1份十二烷基磺酸钠、1份木质素磺酸钙、1份纤维素纳米晶和10份氢氧化钙加入到14份水中，搅拌均匀，制得碱性中和液；
步骤三：土壤固化剂制备
先将步骤二制得的碱性中和液加入到步骤一制得的淀粉溶液中，并调节pH值到9左右，再加入5份四乙氧基硅烷和1份甲基硅酸钠混合均匀，制得混合液，接着将混合液加入到65份生态水泥中，并混合均匀，获得土壤固化剂；
步骤四：土壤固化剂应用
将步骤三制得的土壤固化剂与土壤按1：8的比例混合应用，混合均匀后密闭保湿3小时，压实后获得固化土壤件。
实施例三
参见图1、2、3，本实施例提供了一种新型环保土壤固化剂，包括以下重量份原料：生态水泥50份、玉米淀粉15份、纸浆3份、十二烷基苯磺酸钠2份、木质素磺酸钙1份、甲基硅酸钠1份、硼砂10份、5％硫酸水溶液10份、氢氧化钙10份和水18份。
其制备方法包括以下步骤：
步骤一：淀粉溶液制备
先将15份玉米淀粉加入到10份5％的硫酸水溶液中调节至酸性，然后将该溶液加热至80℃并水解4小时，获得淀粉溶液，待溶液温度冷却至室温后备用；
步骤二：碱性中和液制备
将2份十二烷基磺酸钠、1份木质素磺酸钙、3份纸浆和10份氢氧化钙加入到18份水中，搅拌均匀，制得碱性中和液；
步骤三：土壤固化剂制备
先将步骤二制得的碱性中和液加入到步骤一制得的淀粉溶液中，并调节pH值到9左右，再加入10份硼砂和1份甲基硅酸钠混合均匀，制得混合液，接着将混合液加入到50份生态水泥中，并混合均匀，获得土壤固化剂；
步骤四：土壤固化剂应用
将步骤三制得的土壤固化剂与土壤按1：10的比例混合应用，混合均匀后密闭保湿3小时，压实后获得固化土壤件。
实施例四
参见图1、2、3，本实施例提供了一种新型环保土壤固化剂，包括以下重量份原料：生态水泥60份、糯米淀粉10份、纸浆5份、磺化油2份、亚甲基二甲基二萘磺酸钠聚合物1份、甲基硅酸钠1份、氢氧化铝5份、5％硫酸水溶液10份、氢氧化钙10份和水16份。
其制备方法包括以下步骤：
步骤一：淀粉溶液制备
先将10份糯米淀粉加入到10份5％的硫酸水溶液中调节至酸性，然后将该溶液加热至100℃并水解5小时，获得淀粉溶液，待溶液温度冷却至室温后备用；
步骤二：碱性中和液制备
将2份磺化油、1份亚甲基二甲基二萘磺酸钠聚合物、5份纸浆和10份氢氧化钙加入到16份水中，搅拌均匀，制得碱性中和液；
步骤三：土壤固化剂制备
先将步骤二制得的碱性中和液加入到步骤一制得的淀粉溶液中，并调节pH值到5左右，再加入5份氢氧化铝和1份甲基硅酸钠混合均匀，制得混合液，接着将混合液加入到60份生态水泥中，并混合均匀，获得土壤固化剂；
步骤四：土壤固化剂应用
将步骤三制得的土壤固化剂与土壤按1：8的比例混合应用，混合均匀后密闭保湿3小时，压实后获得固化土壤件。
实施例五
参见图1、2、3，本实施例提供了一种新型环保土壤固化剂，包括以下重量份原料：生态水泥60份、糯米淀粉10份、纤维素纳米晶3份、磺化油2份、木质素磺酸钙1份、甲基硅酸钠1份、四乙氧基硅烷5份、5％硫酸水溶液10份、氢氧化钙10份和水18份。
其制备方法包括以下步骤：
步骤一：淀粉溶液制备
先将10份糯米淀粉加入到10份5％的硫酸水溶液中调节至酸性，然后将该溶液加热至100℃并水解5小时，获得淀粉溶液，待溶液温度冷却至室温后备用；
步骤二：碱性中和液制备
将2份磺化油、1份木质素磺酸钙、3份纤维素纳米晶和10份氢氧化钙加入到18份水中，搅拌均匀，制得碱性中和液；
步骤三：土壤固化剂制备
先将步骤二制得的碱性中和液加入到步骤一制得的淀粉溶液中，并调节pH值到5左右，再加入5份四乙氧基硅烷和1份甲基硅酸钠混合均匀，制得混合液，接着将混合液加入到60份生态水泥中，并混合均匀，获得土壤固化剂；
步骤四：土壤固化剂应用
将步骤三制得的土壤固化剂与土壤按如下表格的比例混合应用，混合均匀后密闭保湿3小时，压实后获得固化土壤件。
不同比例的固化剂抗压强度对比表
比例％ 1d/MP<sub>a</sub> 2d/MP<sub>a</sub> 4d/MP<sub>a</sub> 7d/MP<sub>a</sub> 14d/MP<sub>a</sub> 28d/MP<sub>a</sub> 40d/MP<sub>a</sub>
5％ 3.3 16.3 20.5 21.7 22.3 22.8 23.2
4％ 2.8 12.8 13.8 14.6 14.8 15.7 17.5
3％ 1.6 9.6 10.5 11.4 11.9 12.5 14.7
2％ 1.2 7.5 8.2 9.6 10.5 11.6 12.7
该新型环保土壤固化剂及其制备方法采用天然的淀粉为有机材料，经过水解后生成具有富含羟基的多糖，这些羟基在可以和生态水泥中的金属离子形成复合物，使多糖也可以包覆在土壤中的颗粒物表面，并与交联剂作用形成交联的聚合物，从而实现固化土壤的目的，且利用生态水泥中富含各种无机离子与天然淀粉水解后的多糖形成金属有机复合物，辅之以表面活性剂和交联剂在土壤颗粒表面有效地形成一层有机包覆层，在通过保湿压实处理后，交联剂进一步将淀粉水解物发生交联反应，固化土壤颗粒防止其被压散，达到提升土壤机械强度的目的，相比现有的土壤固化剂品质更高，对土壤的粘结能力更好，另外制备方法也简单，经济环保，易于操作，值得广泛推广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型环保土壤固化剂，其特征在于：包括以下重量份原料：生态水泥50-75份、水溶性淀粉10-15份、增强剂1-5份、表面活性剂1-2份、减水剂1-5份、防水剂1-2份、交联剂1-10份、5％硫酸水溶液10份、氢氧化钙10份和水14-20份。
2.根据权利要求1所述的一种新型环保土壤固化剂，其特征在于：所述的生态水泥为利用城市垃圾焚烧灰和下水道污泥作为主要原料，经过煅烧磨粉形成的水硬性胶凝材料。
3.根据权利要求1所述的一种新型环保土壤固化剂，其特征在于：所述水溶性淀粉为土豆淀粉、玉米淀粉和糯米淀粉中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种新型环保土壤固化剂，其特征在于：所述增强剂为纸浆、纤维素纳米晶和稻壳中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种新型环保土壤固化剂，其特征在于：所述表面活性剂为烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠和磺化油中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种新型环保土壤固化剂，其特征在于：所述减水剂为亚甲基二甲基二萘磺酸钠聚合物和木质素磺酸钙中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种新型环保土壤固化剂，其特征在于：所述防水剂为甲基硅酸钠和烷基硅酸酯中的一种，所述交联剂为硼砂、硼酸、氢氧化铝和四乙氧基硅烷中的一种。
8.一种新型环保土壤固化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：淀粉溶液制备
先将规定重量份水溶性淀粉加入到规定重量份5％的硫酸水溶液中调节至酸性，然后将该溶液加热至80-100℃并水解3-5小时，获得淀粉溶液，待溶液温度冷却至室温后备用；
步骤二：碱性中和液制备
将规定重量份表面活性剂、减水剂、增强剂以及氢氧化钙加入规定重量份的水中，搅拌均匀，制得碱性中和液；
步骤三：土壤固化剂制备
先将步骤二制得的碱性中和液加入到步骤一制得的淀粉溶液中，并调节pH值到规定范围，再加入规定重量份的交联剂和防水剂并混合均匀，制得混合液，接着将混合液加入规定重量份的生态水泥中，并混合均匀，获得土壤固化剂；
步骤四：土壤固化剂应用
将步骤三制得的土壤固化剂与土壤按1：5-10的比例混合应用，获得固化土壤。
9.根据权利要求8所述的一种新型环保土壤固化剂的制备方法，其特征在于：所述土壤固化剂与土壤按1：5-10的比例混合均匀后，先保湿1-3小时，再进行压实。
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