CN113637485A - 一种高分子液态土壤固化剂及其生产设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高分子液态土壤固化剂及其生产设备。所述高分子液态土壤固化剂，包括：甘油4～8份、平平加o(AEO～9)5～12份，羧甲基纤维素6～10份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠10～15份，氯化镁7～13份，硫酸镁8～16份。本发明提供的高分子液态土壤固化剂及其生产设备，离子交换作用降低黏土表面双电子层厚度；高分子材料产生交联作用，形成网状结构；表面活性剂降低黏土与水界面表面张力，改变黏土稳定体系；氯化镁，硫酸镁提供游离镁离子，增强分子链间的相互作用，弥补网状结构强度的不足。
Description
技术领域
本发明涉及液态土壤固化剂领域，尤其涉及一种高分子液态土壤固化剂及其生产设备。
背景技术
建筑泥浆统称为在建设施工过程中废弃的，由粘性土、粉质土、砂性土、岩屑等以及其他添加剂与水组成的混合物。目前，对于建筑泥浆的处理主要为外运堆填，需要采用专业的泥浆车进行运输，运输成本高、占地量大且容易对周围环境造成污染。随着建设项目体量的增大，单一建设项目的建筑泥浆运输处理所产生的费用即可高达数千万元甚至上亿元，随着我国生态文明建设的大力推进，加强建筑泥浆处置，实施废物的减量化、资源化、无害化，研究适用于工程建设的建筑泥浆规模化处治及资源化综合利用成套技术，实现“生态型绿色公路建设”品质提升迫在眉睫。
土壤固化剂是土壤固化外加剂的简称，是一种由多种无机、有机材料合成的用以固化各类土壤的新型节能环保工程材料，对于需加固的土壤，根据土壤的物理和化学性质，只需掺入一定量的固化剂，经拌匀、压实处理，即可达到需要的性能指标。
目前的土壤固化剂分子链间的相互作用以及网状结构强度不足。
因此，有必要提供一种高分子液态土壤固化剂及其生产设备解决上述技术问题。
发明内容
本发明提供一种高分子液态土壤固化剂及其生产设备，解决了目前的土壤固化剂分子链间的相互作用以及网状结构强度不足的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的高分子液态土壤固化剂，包括：
甘油4～8份、平平加o(AEO～9)5～12份，羧甲基纤维素6～10份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠10～15份，氯化镁7～13份，硫酸镁8～16份。
本发明还提供一种用于权利权要1中所述的高分子液态土壤固化剂的高分子液态土壤固化剂的生产设备，包括：
反应筒；
带动机构，所述带动机构安装于所述反应筒的上侧，所述带动机构包括带动机构和往复丝杆，所述往复丝杆的内部设置为中空结构，所述往复丝杆的表面螺纹连接有螺帽，所述螺帽的表面设置有从动齿轮于所述驱动机构传动连接；
混合件，所述混合件连接于所述往复丝杆的底端且位于反应筒的内部，所述混合件包括带动管，所述带动管的内部与所述往复丝杆的内部连通，所述带动管的表面通过搅拌叶固定连接有螺旋管，所述螺旋管的两端分别与所述带动管的两端连通；
输液机构，所述输液机构连接于所述往复丝杆的上端。
优选的，所述驱动机构包括安装板，所述安装板固定于所述反应筒的顶端，所述安装板的顶部固定安装有电机，所述电机输出轴的一端通过联轴器固定连接有转动轴，所述转动轴的表面固定连接有主动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合。
优选的，所述输液机构包括旋转连接头，所述旋转连接头连接于所述往复丝杆的顶端，所述旋转连接头的上端连接有三通管，所述三通管的两端分别连接有弯管，所述弯管上连接有第二连接管。
优选的，所述第二连接管上设置有第一阀门，两个第二连接管上分别连接有输入热水或者冷水和抽出热水或者冷水的输液管。
优选的，所述反应筒的两侧分别设置有定位件，所述定位件包括两个定位杆、两个定位管和两个定位块。
优选的，两个所述定位杆固定连接有所述反应筒的顶部的两侧，两个所述定位管分别贯穿固定于两个第一连接管的底端，所述定位杆的上端延伸至定位管的内部，两个所述定位块分别套设于两个所述定位杆的表面，两个所述定位块的一端分别与所述往复丝杆上端的两侧固定连接。
优选的，所述反应筒内壁的内侧开设有加热腔，所述加热腔的内部安装有加热件。
优选的，所述反应筒的顶端设置有进料管，所述进料管上螺纹连接有密封盖。
优选的，所述反应筒的底端连接有出料管，所述出料管上设置有第二阀门。
与相关技术相比较，本发明提供的高分子液态土壤固化剂及其生产设备具有如下有益效果：
本发明提供一种高分子液态土壤固化剂及其生产设备，离子交换作用降低黏土表面双电子层厚度；高分子材料产生交联作用，形成网状结构；表面活性剂降低黏土与水界面表面张力，改变黏土稳定体系；氯化镁，硫酸镁提供游离镁离子，增强分子链间的相互作用，弥补网状结构强度的不足。
附图说明
图1为本发明提供的高分子液态土壤固化剂的生产设备的一种较佳实施例的结构示意图；
图2为图1所示的内部的结构示意图；
图3为图1所示的俯视图；
图4为图1所示的混合件的结构示意图；
图5为图1所示的螺帽的结构示意图。
图中标号：
1、反应筒，
2、带动机构，21、安装板，22、往复丝杆，23、电机，24、转动轴，25、主动齿轮，26、螺帽，27、从动齿轮，
3、混合件，31、带动管，32、螺旋管，33、搅拌叶，34、第一连接管，
4、输液机构，41、旋转连接头，42、三通管，43、弯管，44、第二连接管，45、第一阀门，46、输液管，
5、进料管，6、加热件，7、出料管，8、第二阀门，
9、定位件，91、定位杆，92、定位管，93、定位块。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
第一实施例
一种高分子液态土壤固化剂，包括：
甘油6份、平平加o(AEO～9)9份，羧甲基纤维素8份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠12份，氯化镁9份，硫酸镁10份。
高分子液态土壤固化剂的生产方法包括以下步骤：
S1：先将一定量的水在反应器内升温搅拌，达到50-80度时；
S2：加入氯化镁9份和硫酸镁10份，搅拌25分钟:；
S3：再加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠12份和羧甲基纤维素8份，搅拌60分钟；
S4：加入甘油6份和平平加o(AEO～9)9份，搅拌，恒温反应100分钟，停止搅拌，冷却。
第二实施例
一种高分子液态土壤固化剂，包括：
甘油4份、平平加o(AEO～9)6份，羧甲基纤维素6份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠11份，氯化镁7份，硫酸镁9份。
高分子液态土壤固化剂的生产方法包括以下步骤：
S1：先将一定量的水在反应器内升温搅拌，达到50-80度时；
S2：加入氯化镁7份和硫酸镁9份，搅拌25分钟:；
S3：再加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠11份和羧甲基纤维素6份，搅拌60分钟；
S4：加入甘油4份和平平加o(AEO～9)6份，搅拌，恒温反应100分钟，停止搅拌，冷却。
第三实施例
一种高分子液态土壤固化剂，包括：
甘油7份、平平加o(AEO～9)11份，羧甲基纤维素9份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠14份，氯化镁12份，硫酸镁15份。
高分子液态土壤固化剂的生产方法包括以下步骤：
S1：先将一定量的水在反应器内升温搅拌，达到50-80度时；
S2：加入氯化镁12份和硫酸镁15份，搅拌25分钟:；
S3：再加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠14份和羧甲基纤维素9份，搅拌60分钟；
S4：加入甘油7份和平平加o(AEO～9)11份，搅拌，恒温反应100分钟，停止搅拌，冷却。
对实施例1-3中所制备的高分子液态土壤固化剂的含固量、密度以及PH值的测试，为了便于比较，所有实施例的数据基于实施例1的数据进行归一化。
表1
| 含固量（%） | 密度（g/cm） | PH | |
| 实施例1 | 30.94 | 1.053 | 9.76 |
| 实施例2 | 29.75 | 1.021 | 9.56 |
| 实施例3 | 29.21 | 0.953 | 9.96 |
由上表可知，由于实施例1中高分子液态土壤固化剂的含固量、密度以及PH值的测试比其实施例都要好，故实施例1中给出的耐医用纳米材料的制造工艺是最优选择。
本固化剂固化机理主要为：离子交换作用降低黏土表面双电子层厚度；②高分子材料产生交联作用，形成网状结构；③表面活性剂降低黏土-水界面表面张力，改变黏土稳定体系；④氯化镁，硫酸镁提供游离镁离子，增强分子链间的相互作用，弥补网状结构强度的不足。
1）固化剂经过水稀释后使用，固化剂溶于水中后离子化，形成大量的游离的Mg2+，这些离子进入土体后，与土壤颗粒发生反应，置换土壤空隙间低价的Na1+从而降低了土壤颗粒表面的双电子层厚度，减少了土壤颗粒对水的吸附能力，使得土壤颗粒表面颗粒间吸附的结合水厚度减小。
2）固化剂中的羧甲基纤维素（CMC）与含有一定水分的土壤混合后在土壤颗粒间形成絮状纤维胶体，产生交联作用，有利于快速形成土体力学结构；同时具有胶凝剂的作用，使单体表面的自由能力降低，土壤颗粒间吸附力大大增强。固化剂与土壤作用后通过机械碾压使土体颗粒逐渐密实，挤压出颗粒中的毛细管中的水，高分子链逐渐取代土壤中毛细管中的结合水，让结合水变成自由水。其中形成的部分絮状物与分散的活性物质填充了土壤的毛细管。不断进行交换作用，土粒表面和高分子颗粒接触点形成不可逆的凝结，整个长链变成了不溶于水的大分子。溶液中的游离的Mg2+与高分子链中的环氧基反应，连接分子链与分子链，从而增强了空间网状结构，增强了网状骨架的稳定性。
3）平平加o(AEO~9)，AES为表面活性剂，能够有效的降低水的表面张力，由于其分子链中的亲水集团与土壤颗粒发生阳离子交换作用使活性成分与土壤颗粒联结起来，而另一端的亲油基团对外，使土壤颗粒由原本的亲水变成疏水，从而使土壤的亲水性大幅度的降低，疏水基团可以更好的结合高分子链，使得部分吸附水得以排除，这一反应是不可逆的，因而可以改善土壤的水稳定性，还不会对土壤原本的矿物晶格结构产生破坏。
与相关技术相比较，本发明提供的高分子液态土壤固化剂及其生产设备具有如下有益效果：
离子交换作用降低黏土表面双电子层厚度；高分子材料产生交联作用，形成网状结构；表面活性剂降低黏土与水界面表面张力，改变黏土稳定体系；氯化镁，硫酸镁提供游离镁离子，增强分子链间的相互作用，弥补网状结构强度的不足。
建筑泥浆脱水费用通常为125元/m3，固化费用通常为95元/m3，合计脱水固化土综合生产费用为220元/m3。目前，建筑泥浆外运处理费用一般在150～180元/m3，（其中如浙江地区常用的路基填筑材料宕渣外购费用约150元/m3，）既泥浆外运处理及路基填筑材料费用达300元/m3以上，采用本工法可节省施工费用80元/m3以上。
另外，脱水固化后产生的水可回收作为砼拌和用水，节约用水费用2.3元/m3。
社会与环境效益
伴随着公路建设的高速发展，环境污染、资源紧缺问题也相继出现，路基填料对土石方及石料等用料较大，而这些材料作为不可再生资源，价格较为昂贵，且其开采也受到严格监控及限制，将建筑泥浆固化处理并有效资源化不仅能够替代一部分不可再生材料，而且能够避免其堆填对环境造成的危害，减少土地资源的占用，最大程度减少了有害物质的二次污染，符合可持续发展的方针。
第四实施例
请结合参阅图1、图2、图3、图4和图5，基于本申请的第一实施例提供的高分子液态土壤固化剂的生产设备，本申请的第二实施例提出另一种高分子液态土壤固化剂的生产设备。第二实施例仅仅是第一实施例优选的方式，第二实施例的实施对第一实施例的单独实施不会造成影响。
具体的，本申请的第二实施例提供的高分子液态土壤固化剂的生产设备的不同之处在于，高分子液态土壤固化剂的生产设备，一种用高分子液态土壤固化剂的高分子液态土壤固化剂的生产设备，包括：
反应筒1；
带动机构2，所述带动机构2安装于所述反应筒1的上侧，所述带动机构2包括带动机构和往复丝杆22，所述往复丝杆22的内部设置为中空结构，所述往复丝杆22的表面螺纹连接有螺帽26，所述螺帽26的表面设置有从动齿轮于所述驱动机构传动连接；
混合件3，所述混合件3连接于所述往复丝杆22的底端且位于反应筒1的内部，所述混合件3包括带动管31，所述带动管31的内部与所述往复丝杆22的内部连通，所述带动管31的表面通过搅拌叶33固定连接有螺旋管32，所述螺旋管32的两端分别与所述带动管31的两端连通；
输液机构4，所述输液机构4连接于所述往复丝杆22的上端，带动管31的顶端通过旋转连接头与往复丝杆连接，即带动管31与往复丝杆22之间可以相对转动；
且螺帽26的下端延伸管内壁两侧均开设有滑槽，带动管31的两侧均固定有凸条，凸条与滑槽滑动连接。
螺帽26与反应筒1的顶部转动连接。
搅拌叶33优选设置三组，每组两个，且搅拌叶33上开设有条形孔，可以减小混合搅拌时的阻力，同时将搅拌物料分为多个小股使混合更加的充分，提高混合效率。
所述驱动机构包括安装板21，所述安装板21固定于所述反应筒1的顶端，所述安装板21的顶部固定安装有电机23，所述电机23输出轴的一端通过联轴器固定连接有转动轴24，所述转动轴24的表面固定连接有主动齿轮25，所述主动齿轮25与所述从动齿轮27啮合。
所述输液机构4包括旋转连接头41，所述旋转连接头41连接于所述往复丝杆22的顶端，所述旋转连接头41的上端连接有三通管42，所述三通管42的两端分别连接有弯管43，所述弯管43上连接有第二连接管44。
旋转连接头41与往复丝杆22的内部连通。
所述第二连接管44上设置有第一阀门，两个第二连接管44上分别连接有输入热水或者冷水和抽出热水或者冷水的输液管46。
输液管46优选为软管，其中两个输液管46分别与两个水泵连接，其中一个与水泵的输出端连接，另一个于水泵的输入端连接，且一个水泵的输入端与热水或者冷水源连接，另一个水泵的输出端与收集容器连接。
所述反应筒1的两侧分别设置有定位件9，所述定位件9包括两个定位杆91、两个定位管92和两个定位块93。
两个所述定位杆91固定连接有所述反应筒1的顶部的两侧，两个所述定位管92分别贯穿固定于两个第一连接管34的底端，所述定位杆91的上端延伸至定位管92的内部，两个所述定位块93分别套设于两个所述定位杆91的表面，两个所述定位块93的一端分别与所述往复丝杆22上端的两侧固定连接。
通过设置定位杆91配合定位管92可以对输液机构4进行限位，使其可以沿定位杆91上下移动，定位杆91配合定位块93，可以对往复丝杆22的轴向进行限位，使其只能沿定位杆92上下移动。
所述反应筒1内壁的内侧开设有加热腔，所述加热腔的内部安装有加热件6。
加热腔内部的外侧设置有隔热层，减小热量的散失，加热件6为加热电阻丝，与外部电源连接后发热，
所述反应筒1的顶端设置有进料管5，所述进料管5上螺纹连接有密封盖。
所述反应筒1的底端连接有出料管7，所述出料管7上设置有第二阀门。
反应筒1上安装有温度传感器可以检测反应筒内部的温度，反应筒1的底部设置支撑架。
当对固化剂生产时，通过进料管5加入一定量水，通过加热件6对水加热至50-60℃，然后加入氯化镁和硫酸镁，并通过混合件3搅拌；
其中可以打开与水泵输出端连接的输液管46侧的第二连接管44上的第一阀门，水泵将温度为50-60的热水由输液管46、第二连接管44、三通管42进入到往复丝杆22的内部，然后进入到带动管31，通过第一连接管34进入到螺旋管32的内部，从而可以对带动管31和螺旋管32加热，当混合件3转动对物料进行搅拌时，可以提高物料与热量的接触，加热物料之间的反应；
且在反应物料依次加入反应完成后，需要对物料进行冷却时，此时可以通过另一个水泵，以及打开另一个输液管46侧的第二连接管44上第一阀门45，将螺旋管32内部的热的液体抽出，此时可以添加冷却液进入到螺旋管内部，通过带动机构2带动混合件3继续搅拌，从而可以使物料充分与螺旋管32接触，并将内部的热量导入到螺旋管32内部的冷却液中，且定时（3-5分钟）将受热后的冷却液抽出，然后更换新的的冷却液，进行循环冷却，提高冷却效果与冷却速度，即该混合件3配合驱动机构作为搅拌的同时配合输液机构4可以对物料辅助加热以及冷却的效果，提高物料反应塑料以及加快成型物料的冷却效果；
且在带动机构2带动混合架3转动时，其中电机23通过转动轴24带动主动齿轮25转动，从而带动螺帽26转动，螺帽26转动连接在反应筒1上，不能进行水平移动，且往复丝杆22不能轴向转动，从而此时往复丝杆22只能上下移动，同时螺帽通过底部的延伸部内侧的滑槽配合带动管3前后侧的凸条，带动带动管31跟随转动，同时往复丝杆22带动混合件3沿反应筒1的内部往复移动，即混合件3在转动的同时沿反应筒上下移动，从而可以提高与物料的接触面积，提高混合效率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种高分子液态土壤固化剂，其特征在于，包括：
甘油4～8份、平平加o(AEO～9)5～12份，羧甲基纤维素6～10份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠10～15份，氯化镁7～13份，硫酸镁8～16份。
2.一种用于权利权要1中所述的高分子液态土壤固化剂的高分子液态土壤固化剂的生产设备，其特征在于，包括：
反应筒；
带动机构，所述带动机构安装于所述反应筒的上侧，所述带动机构包括带动机构和往复丝杆，所述往复丝杆的内部设置为中空结构，所述往复丝杆的表面螺纹连接有螺帽，所述螺帽的表面设置有从动齿轮于所述驱动机构传动连接；
混合件3，所述混合件3连接于所述往复丝杆的底端且位于反应筒的内部，所述混合件包括带动管，所述带动管的内部与所述往复丝杆的内部连通，所述带动管的表面通过搅拌叶固定连接有螺旋管，所述螺旋管的两端分别与所述带动管的两端连通；
输液机构，所述输液机构连接于所述往复丝杆的上端。
3.根据权利要求2所述的高分子液态土壤固化剂及其生产设备，其特征在于，所述驱动机构包括安装板，所述安装板固定于所述反应筒的顶端，所述安装板的顶部固定安装有电机，所述电机输出轴的一端通过联轴器固定连接有转动轴，所述转动轴的表面固定连接有主动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合。
4.根据权利要求2所述的高分子液态土壤固化剂及其生产设备，其特征在于，所述输液机构包括旋转连接头，所述旋转连接头连接于所述往复丝杆的顶端，所述旋转连接头的上端连接有三通管，所述三通管的两端分别连接有弯管，所述弯管上连接有第二连接管。
5.根据权利要求4所述的高分子液态土壤固化剂及其生产设备，其特征在于，所述第二连接管上设置有第一阀门，两个第二连接管上分别连接有输入热水或者冷水和抽出热水或者冷水的输液管。
6.根据权利要求5所述的高分子液态土壤固化剂及其生产设备，其特征在于，所述反应筒的两侧分别设置有定位件，所述定位件包括两个定位杆、两个定位管和两个定位块。
7.根据权利要求6所述的高分子液态土壤固化剂及其生产设备，其特征在于，两个所述定位杆固定连接有所述反应筒的顶部的两侧，两个所述定位管分别贯穿固定于两个第一连接管的底端，所述定位杆的上端延伸至定位管的内部，两个所述定位块分别套设于两个所述定位杆的表面，两个所述定位块的一端分别与所述往复丝杆上端的两侧固定连接。
8.根据权利要求2所述的高分子液态土壤固化剂及其生产设备，其特征在于，所述反应筒内壁的内侧开设有加热腔，所述加热腔的内部安装有加热件。
9.根据权利要求2所述的高分子液态土壤固化剂及其生产设备，其特征在于，所述反应筒的顶端设置有进料管，所述进料管上螺纹连接有密封盖。
10.根据权利要求2所述的高分子液态土壤固化剂及其生产设备，其特征在于，所述反应筒的底端连接有出料管，所述出料管上设置有第二阀门。
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