CN113105898A - 土壤固化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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徐奋强
张德恒
李庆辉
潘云雨
张鹤
芦平
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Nanjing Zhonghe Huanyu Environmental Technology Co ltd
Nanjing Institute of Technology
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Jiangsu Road Construction Co ltd
Nanjing Zhonghe Huanyu Environmental Technology Co ltd
Nanjing Institute of Technology
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Abstract

土壤固化剂及其制备方法和应用，将聚羧酸、水、双酚A、酒石酸、环氧氯丙烷、植物性秸秆、磷酸盐以及铝锆双金属偶联剂依次混合。使用时，先配制碱性催化剂，所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氧化钙中的至少一种，将其配制成水溶液；将碱性催化剂与固化剂混合反应后，再与土壤混合充分混合，压实。该道路土壤固化剂制备工艺简单，制备条件温和，土壤中加入该固化剂，能够与土壤发生交联反应，增强土壤抗压强度，且将该土壤稳定剂用于道路修筑过程中，其施工方法简便。

Description

土壤固化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明具体涉及土木工程技术领域，具体涉及一种土壤固化剂及其制备方法和应用。
背景技术
土壤固化技术综合了结构力学、胶体化学和土壤化学等为理论基础的综合性交叉性学科，已经在道路路基及基层填料等等方面广泛应用。目前土壤固化剂可分为无机固化剂、有机固化剂和生物酶类固化剂等。传统的无机固化剂会收到环境和温度的影响，凝集后可能出现裂缝等现象，有机固化剂能增加土壤的柔性，不易开裂，但是其强度相对较低。随着我国公路建设的快速发展，高效廉价其性能优良的土壤固化剂需求明显增强，而目前市场上销售的大部分是美国/日本/澳大利亚等进口产品。而国产自主品牌产品较少，且大部分是无机产品，仍然存在强度低、抗渗能力差等缺点。因此，研发高效廉价的有机-无机土壤固化剂已经成为业内的当务之急。
发明内容
解决的技术问题：本发明针对上述技术缺陷，提供一种强度高，抗渗能力强的土壤固化剂及其制备方法和应用。
技术方案：土壤固化剂的制备方法，步骤为：将聚羧酸、水、双酚A、酒石酸、环氧氯丙烷、植物性秸秆、磷酸盐以及铝锆双金属偶联剂依次混合，其中聚羧酸与水的质量比为（0.8-1.2）:1；双酚A与聚羧酸的质量比为1:（20-1）；酒石酸与聚羧酸的质量比为1:（100-60）；环氧氯丙烷与双酚A的质量比为1:（6-4）；植物性秸秆与聚羧酸的质量比为1:（200-10）；磷酸盐与聚羧酸的质量比为2:（40-1）；铝锆双金属偶联剂与聚羧酸的质量比1:（200-10）。
优选的，上述聚羧酸由丙烯酸、衣康酸和马来酸为单体，其质量比例为1:（0.2-4）:（0.3-3），加入过硫酸钾做催化剂共聚得到。
优选的，上述双酚A和环氧氯丙烷先溶于丙酮、甲醇或乙醇中，其浓度在10-50wt.%。
优选的，上述磷酸盐为磷酸二氢镁、磷酸二氢铝磷酸锌或其任意比混合物，使用时将其配制成40 wt.%-60 wt.%的水溶液。
优选的，上述植物性秸秆为玉米秸秆、水稻秸秆或小麦秸秆。
上述制备方法制得的土壤固化剂。
上述土壤固化剂在道路施工中的应用。
上述应用的步骤为：先配制碱性催化剂，所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氧化钙中的至少一种，将其配制成3wt.%-30wt.%的水溶液；将碱性催化剂与固化剂混合1：（100-50）反应1-2小时后，再与土壤混合充分混合，压实。
优选的，上述固化剂占土壤质量的0.5%-7%。
有益效果：该道路土壤固化剂制备工艺简单，制备条件温和，土壤中加入该固化剂，能够与土壤发生交联反应，增强土壤抗压和抗渗性能，且将该土壤稳定剂用于道路修筑过程中，其施工方法简便。
具体实施方式
上述实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。
实施例1
分别取1份聚羧酸（丙烯酸:衣康酸:马来酸质量比=1:1:1，催化剂过硫酸钾:丙烯酸比=0.1:1，反温度为30℃）、0.20份双酚A并溶于丙酮溶液中（双酚A浓度20wt.%）、0.01份玉米秸秆、1份磷酸镁-锌、0.05份的环氧氯丙烷并溶于丙酮溶液中（环氧氯丙烷浓度25wt.%）、0.02份酒石酸、0.01份铝锆双金属偶联剂（铝锆偶联剂LD-139，扬州市立达树脂有限公司）进行混合，搅拌混匀，得到固化剂储备溶液。配制0.1份氢氧化钠碱性溶液，质量分数为20%，溶液剧烈放热，趁热与固化剂储备溶液混合搅拌，得到土壤固化剂。将土壤固化剂，倒入到上述土壤中，混匀，制成ϕ50mm×50mm圆柱体试件，并作3个平行。土壤稳定剂的加入量占土壤1wt.%，水的加入量占土壤的重量5%。将试件放入塑料袋中，扎紧袋口，放入20℃±2，相对湿度90%，恒温恒湿箱中养护7天，采用路面强度试验仪以1mm/min的速率测试固化土7天的无侧限抗压强度，计算平均值，其7天的无侧限抗压强度为3.1MPa，渗透系数为1.1×10-7 m/s。
实施例2
分别取1份聚羧酸（丙烯酸:衣康酸:马来酸质量比=1:2:3，催化剂过硫酸钾:丙烯酸比=0.8:1，反温度为30℃））、0.8份双酚A并溶于甲醇溶液中（双酚A浓度25wt.%）、0.15份大豆秸秆、0.5份磷酸镁、0.15份的环氧氯丙烷并溶于甲醇溶液中（环氧氯丙烷浓度25wt.%）、0.02份酒石酸、0.02份铝锆双金属偶联剂进行混合，搅拌混匀，得到固化剂储备溶液。配制0.25份氢氧化钾碱性溶液，质量分数为30%，溶液剧烈放热，趁热与固化剂储备溶液混合搅拌，得到土壤固化剂。将土壤固化剂，倒入到上述土壤中，混匀，制成ϕ50mm×50mm圆柱体试件，并作3个平行。土壤稳定剂的加入量占土壤0.5wt.%，水的加入量占土壤的重量2%。将试件放入塑料袋中，扎紧袋口，放入20℃±2，相对湿度90%，恒温恒湿箱中养护7天，采用路面强度试验仪以1mm/min的速率测试固化土7天的无侧限抗压强度，计算平均值，其7天的无侧限抗压强度为4.2MPa，渗透系数为1.5×10-7 m/s。
实施例3
分别取1份聚羧酸（丙烯酸:衣康酸:马来酸质量比=1:0.8:1.1，催化剂过硫酸钾:丙烯酸比=0.12:1，反温度为30℃））、1份双酚A并溶于丙酮溶液中（双酚A浓度20wt.%）、0.1份水稻秸秆、0.4份磷酸镁-铝、0.20份的环氧氯丙烷并溶于丙酮溶液中（环氧氯丙烷浓度20wt.%）、0.01份酒石酸、0.1份铝锆双金属偶联剂进行混合，搅拌混匀，得到固化剂储备溶液。配制0.3份氧化钙溶液，质量分数为3%，溶液剧烈放热，趁热与固化剂储备溶液混合搅拌，得到土壤固化剂。将土壤固化剂，倒入到上述土壤中，混匀，制成ϕ50mm×50mm圆柱体试件，并作3个平行。土壤稳定剂的加入量占土壤0.2wt.%，水的加入量占土壤的重量3%。将试件放入塑料袋中，扎紧袋口，放入20℃±2，相对湿度90%，恒温恒湿箱中养护7天，采用路面强度试验仪以1mm/min的速率测试固化土7天的无侧限抗压强度，计算平均值，其7天的无侧限抗压强度为2.4Pa，渗透系数为1.05×10-7 m/s。

Claims (9)

1.土壤固化剂的制备方法，其特征在于，步骤为：将聚羧酸、水、双酚A、酒石酸、环氧氯丙烷、植物性秸秆、磷酸盐以及铝锆双金属偶联剂依次混合，其中聚羧酸与水的质量比为（0.8-1.2）:1；双酚A与聚羧酸的质量比为1:（20-1）；酒石酸与聚羧酸的质量比为1:（100-60）；环氧氯丙烷与双酚A的质量比为1:（6-4）；植物性秸秆与聚羧酸的质量比为1:（200-10）；磷酸盐与聚羧酸的质量比为2:（40-1）；铝锆双金属偶联剂与聚羧酸的质量比1:（200-10）。
2.根据权利要求1所述土壤固化剂的制备方法，其特征在于，所述聚羧酸由丙烯酸、衣康酸和马来酸为单体，其质量比例为1:（0.2-4）:（0.3-3），加入过硫酸钾做催化剂共聚得到。
3.根据权利要求1所述土壤固化剂的制备方法，其特征在于，所述双酚A和环氧氯丙烷先溶于丙酮、甲醇或乙醇中，其浓度在10-50wt.%。
4.根据权利要求1所述土壤固化剂的制备方法，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸二氢镁、磷酸二氢铝磷酸锌或其任意比混合物，使用时将其配制成40 wt.%-60 wt.%的水溶液。
5.根据权利要求1所述土壤固化剂的制备方法，其特征在于，所述植物性秸秆为玉米秸秆、水稻秸秆或小麦秸秆。
6.权利要求1-5任一所述制备方法制得的土壤固化剂。
7.权利要求6所述土壤固化剂在道路施工中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤为先配制碱性催化剂，所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氧化钙中的至少一种，将其配制成3wt.%-30wt.%的水溶液；将碱性催化剂与固化剂混合1：（100-50）反应1-2小时后，再与土壤混合充分混合，压实。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述固化剂占土壤质量的0.5%-7%。
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