CN113603431B - 一种防水增韧砂土固结剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种防水增韧砂土固结剂及其应用方法。利用黄河泥质粉细砂来制造防水增韧砂土固结剂的方法，该方法简单易行，绿色节能环保，具有很好的社会效益和经济效益。本发明所述的防水增韧砂土固结剂由两部分组成，为固结剂粉体部分和固结剂乳液部分。其中粉体部分按重量份计组成为：煅烧泥质粉细砂复合细粉50‑70份，秸秆纤维5‑15份，水泥10‑20份，超细复合矿渣粉5‑10份，超铺展表面活性剂1‑5份，消泡剂0‑3份。其中乳液部分按重量份计组成为：2,2,4,8,10,10‑六甲基十一烷‑5‑羧酸乳液60‑70份，市售纳米二氧化硅溶液10‑30份，瓜尔胶1‑5份。

Description

一种防水增韧砂土固结剂的制备方法

技术领域

本发明涉及水利工程和建筑材料技术领域，尤其是涉及一种黄河流域砂土防水增韧固结剂的制备方法。

背景技术

砂土固结剂在矿区洞穴填充加固，建筑物基础基坑填充，水利工程中坝体、护坡加固填充，以及货场基础、路面基础等基础建设中得以广泛应用。现有的固结剂多采用石灰和水泥，虽然能达到设计要求的强度，但其耐水、防渗、抗腐蚀性能较差，固化慢、早期强度低，且需要消耗大量水泥资源。还有采用砂土为细骨料、石子为粗骨料配制的可适用于不同固结对象的多型号高强土体固结剂，虽然效果较好，但生产成本高。

黄河流域花园口段水流缓慢，泥砂淤积在河床，导致河床抬高，影响防洪安全。这些淤积的泥砂以泥质粉细砂为主，从中游到下游黏土粒含量逐渐增高。目前部分沉砂池常年淤积，挖出来的泥沙又无处堆放，如果能将其开发利用，使之成为工程用建筑材料，将会产生很好的社会效益和经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用黄河泥质粉细砂来制造防水增韧砂土固结剂的方法，该方法简单易行，绿色节能环保，具有很好的社会效益和经济效益。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的防水增韧砂土固结剂由两部分组成，为固结剂粉体部分和固结剂乳液部分。其中粉体部分按重量份计组成为：

煅烧泥质粉细砂复合细粉50-70份，秸秆纤维5-15份，水泥10-20份，超细复合矿渣粉5-10份，超铺展表面活性剂1-5份，消泡剂0-3份。

其中乳液部分按重量份计组成为：

2,2,4,8,10,10-六甲基十一烷-5-羧酸乳液60-70份，市售纳米二氧化硅溶液10-30份，瓜尔胶1-5份。

具体制备方法特征如下：

第一步，将泥质粉细砂加热干燥后入煅烧炉中，并添加泥质粉细砂质量分数3％的水玻璃和7％生石灰，在700-800℃温度下煅烧一小时，然后升温至1150-1250℃温度下烧结两小时。然后快速冷却(冷却至室温的时间不超过一小时)，研磨至200～300目细粉备用，即得煅烧泥质粉细砂复合细粉；

第二步，将第一步制得的煅烧泥质粉细砂细粉、秸秆纤维、水泥、超细复合矿渣粉、超铺展表面活性剂、消泡剂按50-70：5-15：10-20：5-10：1-5：0-3之重量百分比称量后，在高速混合机内快速混合5-6min，之后加入秸秆纤维，并低速混合3-4min，得到均匀的砂土固结剂粉体部分；

第三步，将2,2,4,8,10,10-六甲基十一烷-5-羧酸乳液60-70份，纳米二氧化硅溶液10-30份，瓜尔胶1-5份混合，在浆体搅拌机内低速搅拌5-8min，至溶液状态均匀，即为砂土固结剂防水乳液部分。

所述泥质粉细砂为黄河流域花园口段的淤积沉淀物，主要成分为石英(含量＞45％)、斜长石和钾长石；泥质成分为黏土颗粒，含量一般在5-25％之间。

若实测泥质粉细砂中黏土颗粒含量低于10％时，需要先掺入5-10％的黏土颗粒，将其与泥质粉细砂混合均匀后，再进行后续煅烧处理。

所述农作物秸秆可以为市售秸秆纤维，也可以采用以下制备过程：选用麦秸、玉米秸、棉秸、稻秸等黄河流域常见农作物秸秆，将秸秆原料通过热浸出设备进行脱色、洗涤，温度控制在85-90℃，之后用砂轮搓磨系统设备和粉碎装置对纤维进行裂解分散，产出长度在10-20mm。

所述超细复合矿渣粉由质量比为40-60：10-20：20-25：10-15：5-8：10-12的矿渣粉：微硅粉：偏高岭土：脱硫石膏：氯化钙：氯化铝制成，粒径在20μm微米以下。

所述超铺展表面活性剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐、2-己基癸酸盐、硅表面活性剂中的任一种。

所述2,2,4,8,10,10-六甲基十一烷-5-羧酸乳液，固含量40％。其特征在于支化的疏水尾链使分子中的疏水部分具有更多的甲基，具有比硬脂酸等支链分子更强的疏水性，分子结构式如下

所述纳米二氧化硅溶液为市售产品，粒径为50～100nm，固含量20％。

所述瓜尔胶为市售，是豆科植物瓜尔豆的提取物，是一种半乳甘露聚糖，其特征在于瓜尔胶与其他试剂有好的相容性，与带电负性的分子有更好的协同作用，分子间吸引作用更强，胶连效果好。此外瓜尔胶吸附作用强，可以形成致密分子膜，有利于协同增强固结剂的疏水性，分子结构式如下：

所述水泥为P·O 42.5水泥、水泥熟料、52.5等级硅酸盐水泥或52.5等级普通硅酸盐水泥。

使用时，根据要求，按粉体材料：中细砂＝30-40：70-60进行拌合均匀，之后按照搅拌后混合粉体材料：液体＝100:6-10的比例均匀喷洒液体材料，以上比例为重量比，在喷洒过程中注意翻拌，额外加水至粉体材料击实试验的最优含水率，然后进行塑形即可。

预制产品(如制备生态护坡六角空心砖、排水沟导流槽和生态护坡六棱块等)时，在本发明制作的固结剂中按适当比例加入中细砂和自来水(或符合混凝土拌和用水要求的水源)，常温下拌和、振捣成型，即可得到高强度预制品。

本发明的优点在于原料可就地取材，节约了运输成本，对黄河中下游泥质粉细砂的合理利用又减缓了中下游河床的淤积；制备方法绿色节能环保；通过选取特定的原料及配比，制备出防水增韧砂土固结剂，有效的提高了砂土固化后的韧性和防水性，针对性的解决了砂土遇水软胀的问题；同时本发明制备的固结剂还可以与淤积泥砂中的中细砂按比例进行拌和后做成预制产品，对原材料的综合利用可以产生很好的社会效益和经济效益。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例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的前提下所获的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例及对比例中使用的部分原料如下：

水泥：P·O 42.5水泥；

超细复合矿渣粉：由质量比为50：15：20：15：8：10的矿渣粉：微硅粉：偏高岭土：脱硫石膏：氯化钙：氯化铝制成，粒径在20μm微米以下；

超铺展表面活性剂：磺化琥珀酸二辛酯钠盐；

消泡剂：有机硅消泡剂；

秸秆纤维：选用玉米秸作为原料秸秆，将秸秆原料通过热浸出设备进行脱色、洗涤，温度控制在90℃，之后用砂轮搓磨系统设备和粉碎装置对纤维进行裂解分散，产出长度在10-20mm。

实施例1制备生态护坡六角空心砖

生态护坡六角空心砖多用于做高铁、高速公路和水利堤坝护坡的材料，通过砖体空心部分生长的植物的根系稳固坡面。其具体方法为：

1、制备固结剂

第一步，首先将从河床上获取的泥质粉细砂原料进行化验，确定石英含量55％，黏土颗粒含量13％，证明泥质粉细砂原料符合使用要求；然后将泥质粉细砂加热干燥后入煅烧炉中，并添加泥质粉细砂质量分数3％的水玻璃和7％生石灰。在750℃温度下煅烧一小时，随后升温至1200℃温度下烧结两小时。然后快速冷却(冷却至室温的时间不超过1小时)，研磨至300目细粉备用；

第二步，将第一步制得的煅烧泥质粉细砂细粉和水泥、超细复合矿渣粉、超铺展表面活性剂、消泡剂按65：10：10：4：1之重量百分比称量后，在高速混合机内快速混合5min，之后加入10份的秸秆纤维，并低速混合4min，得到均匀的砂土固结剂粉体；

第三步，将2,2,4,8,10,10-六甲基十一烷-5-羧酸乳液65份，纳米二氧化硅溶液20份，瓜尔胶3份混合，在浆体搅拌机内低速搅拌8min，至溶液状态均匀，即为砂土固结剂防水乳液部分。

2、制备生态护坡六角空心砖

将制备好的砂土固结剂粉体和中细砂(细度模数1.7-3.0)按40:60的比例放入搅拌机中搅拌均匀，之后按照搅拌后混合粉体材料：乳液＝100:6的比例均匀喷洒固结剂乳液，在喷洒过程中注意翻拌，然后加入物料总量14％的常温水继续搅拌90s，在专用模具中振捣成型，自然养护28天后得到成品。经测试，成品砖体的强度为12.1MPa。

实施例2制备排水沟导流槽

排水沟导流槽适用于堤防工程和河道生态治理工程的排水沟，主要用于排出诸如雨水之类的地表水。

1、制备固结剂

第一步，首先将从河床上获取的泥质粉细砂原料进行化验，确定石英含量50％，黏土颗粒含量11％，证明泥质粉细砂原料符合使用要求；然后将泥质粉细砂加热干燥后入煅烧炉中，并添加泥质粉细砂质量分数3％的水玻璃和7％生石灰。在700℃温度下煅烧一小时，随后升温至1150℃温度下烧结两小时。然后快速冷却(冷却至室温的时间不超过一小时)，研磨至200细粉备用；

第二步，将第一步制得的煅烧泥质粉细砂细粉和水泥、超细复合矿渣粉、超铺展表面活性剂、消泡剂按60：12：10：3：0之重量百分比称量后，在高速混合机内快速混合5min，之后加入15份的秸秆纤维，并低速混合3min，得到均匀的砂土固结剂粉体；

第三步，将2,2,4,8,10,10-六甲基十一烷-5-羧酸乳液60份，纳米二氧化硅溶液15份，瓜尔胶2份混合，在浆体搅拌机内低速搅拌8min，至溶液状态均匀，即为砂土固结剂防水乳液部分。

2、制备排水沟导流槽

将制备好的砂土固结剂粉体和中细砂(细度模数1.7-3.0)按40:60的比例放入搅拌机中搅拌均匀，之后按照搅拌后混合粉体材料：乳液＝100:10的比例均匀喷洒固结剂乳液，在喷洒过程中注意翻拌，然后加入物料总量13％的常温水继续搅拌90s，在专用模具中振捣成型，自然养护28天后得到成品。经测试，成品排水沟导流槽的强度为14.7MPa，抗渗等级为W4。

实施例3制备生态护坡六棱块

生态护坡六棱块，适用于河道生态治理工程堤岸的防护，增强堤岸防洪能力。

1、制备固结剂

第一步，首先将从河床上获取的泥质粉细砂原料进行化验，确定石英含量50％，黏土颗粒含量11％，证明泥质粉细砂原料符合使用要求；然后将泥质粉细砂加热干燥后入煅烧炉中，并添加泥质粉细砂质量分数3％的水玻璃和7％生石灰。在800℃温度下煅烧一小时，随后升温至1150℃温度下烧结两小时。然后快速冷却(冷却至室温的时间不超过一小时)，研磨至250目细粉备用；

第二步，将第一步制得的煅烧泥质粉细砂细粉和水泥、超细复合矿渣粉、超铺展表面活性剂、消泡剂按56：20：10：3：1之重量百分比称量后，在高速混合机内快速混合5min，之后加入10份的秸秆纤维，并低速混合3min，得到均匀的砂土固结剂粉体；

第三步，将2,2,4,8,10,10-六甲基十一烷-5-羧酸乳液70份，纳米二氧化硅溶液30份，瓜尔胶5份混合，在浆体搅拌机内低速搅拌8min，至溶液状态均匀，即为砂土固结剂防水乳液部分。

2、制备生态护坡六棱块

将制备好的砂土固结剂粉体和中细砂(细度模数1.7-3.0)按40:60的比例放入搅拌机中搅拌均匀，之后按照搅拌后混合粉体材料：乳液＝100:8的比例均匀喷洒固结剂乳液，在喷洒过程中注意翻拌，然后加入物料总量13～14％的常温水继续搅拌90s，在专用模具中振捣成型，自然养护28天后得到成品。经测试，成品六棱块的强度为15.9MPa，抗渗等级为W6。

现场制备时，首先要检测泥质粉细砂原料中黏土的含量，根据黏土含量的不同，对添加的煅烧泥质粉细砂、生石灰、水玻璃和水泥等固结剂粉体材料用量进行适当调整，以满足需要为准。如果检测黏土的含量不足10％时，需要先掺入适量(5-10％)的黏土颗粒(可采用沉砂池中的黏土)，将其与泥质粉细砂混合均匀后，再进行煅烧处理。

实施例1-3中制备固结剂所用水泥均采用P·O 42.5水泥，如采用水泥熟料、52.5等级硅酸盐水泥或52.5等级普通硅酸盐水泥来配制固结剂，制备出的产品强度会更高。

对比例1

将实施例1中的2,2,4,8,10,10-六甲基十一烷-5-羧酸乳液替换为硬脂酸乳液，其余均与实施例1相同，成品砖体的强度为7.9Mpa。

对比例2

将实施例1中搅拌后混合粉体材料：乳液改为100:15，其余均与实施例1相同，成品砖体的强度为9.2Mpa。

对比例3

将实施例1中煅烧泥质粉细砂细粉和水泥、超细复合矿渣粉、超铺展表面活性剂、消泡剂的比例改为65：10：12：4：1，其余均与实施例1相同，成品砖体的强度为11.3Mpa。

对比例4

将实施例1中2,2,4,8,10,10-六甲基十一烷-5-羧酸乳液的用量改为75份，其余均与实施例1相同，成品砖体的强度为10.8Mpa。

对比例5

将实施例1中纳米二氧化硅溶液改为8份，其余均与实施例1相同，成品砖体的强度为10.2Mpa。

由此可见，本申请砂土固结剂中原料及配比对于预制件的性能都有明显影响，本申请通过选用特殊的原料及特定的配比才制得高强度产物。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种防水增韧砂土固结剂，其特征在于，由固结剂粉体部分和固结剂乳液部分两部分组成，其中粉体部分按重量份计组成为：

煅烧泥质粉细砂复合细粉50-70份，秸秆纤维5-15份，水泥10-20份，超细复合矿渣粉5-10份，超铺展表面活性剂1-5份，消泡剂0-3份；

其中乳液部分按重量份计组成为：

2,2,4,8,10,10-六甲基十一烷-5-羧酸乳液60-70份，市售纳米二氧化硅溶液10-30份，瓜尔胶1-5份；

所述的防水增韧砂土固结剂制备预制件时，按固结剂粉体材料：中细砂=30-40：70-60进行拌合均匀，之后按照搅拌后混合粉体材料：固结剂乳液=100:6-10的比例均匀喷洒固结剂乳液，以上比例为重量比，在喷洒过程中注意翻拌，额外加水，常温下拌和、振捣成型。

2.根据权利要求1所述的一种防水增韧砂土固结剂，其特征在于，煅烧泥质粉细砂复合细粉采用以下方法制备得到：

将泥质粉细砂加热干燥后入煅烧炉中，并添加泥质粉细砂质量分数3%的水玻璃和7%生石灰，在700-800℃温度下煅烧一小时，然后升温至1150-1250℃温度下烧结两小时，然后快速冷却，冷却至室温的时间不超过一小时，研磨至200-300目细粉备用。

3.根据权利要求2所述的一种防水增韧砂土固结剂，其特征在于，所述泥质粉细砂为黄河流域花园口段的淤积沉淀物，主要成分为石英、斜长石、钾长石、黏土颗粒，其中石英含量>45%，黏土颗粒含量在5-25%之间；

若实测泥质粉细砂中黏土颗粒含量低于10%时，需要先掺入泥质粉细砂5-10%的黏土颗粒，将其与泥质粉细砂混合均匀后，再进行后续煅烧处理。

4.根据权利要求1所述的一种防水增韧砂土固结剂，其特征在于，所述秸秆纤维为市售秸秆纤维或采用以下制备过程：选用麦秸、玉米秸、棉秸或稻秸作为原料，将秸秆原料通过热浸出设备进行脱色、洗涤，温度控制在85-90℃，之后用砂轮搓磨系统设备和粉碎装置对纤维进行裂解分散，产出长度在10-20mm。

5.根据权利要求1所述的一种防水增韧砂土固结剂，其特征在于，所述超细复合矿渣粉由质量比为40-60：10-20：20-25：10-15：5-8：10-12的矿渣粉：微硅粉：偏高岭土：脱硫石膏：氯化钙：氯化铝制成，粒径在20μm微米以下。

6.根据权利要求1所述的一种防水增韧砂土固结剂，其特征在于，所述超铺展表面活性剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐、2-己基癸酸盐、硅表面活性剂中的任一种。

7.根据权利要求1所述的一种防水增韧砂土固结剂，其特征在于，所述2,2,4,8,10,10-六甲基十一烷-5-羧酸乳液，固含量40%，所述纳米二氧化硅溶液为市售产品，粒径为50-100nm，固含量20%。

8.使用权利要求1-7任一项所述的防水增韧砂土固结剂制备预制件的方法，其特征在于，按固结剂粉体材料：中细砂=30-40：70-60进行拌合均匀，之后按照搅拌后混合粉体材料：固结剂乳液=100:6-10的比例均匀喷洒固结剂乳液，以上比例为重量比，在喷洒过程中注意翻拌，额外加水，常温下拌和、振捣成型。