CN113652239B - 一种热带沙漠土专用固化剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热带沙漠土固化剂及其使用方法，该材料包括以下按重量份记的各组分：硅酸铁铝40～60份、偏铝酸钠15～20份、水玻璃10～20份、聚合硫酸铝15～20份和聚醚磺化油2～4份。此外还公开了热带沙漠土固化剂的使用方法，包括将硅酸铁铝、偏铝酸钠、水玻璃、聚合硫酸铝和聚醚磺化油按照所设置比例混合，加水以配制成水溶液，采用超声波搅拌后静置，形成沙漠土固化专用外加剂，其使用方法是：在沙漠土进行固化时，以相关水溶液代替水均匀撒入土壤，即可实现沙漠土的高效固化、解决其耐水问题。本发明拟解决采用常规的水泥基材料对沙漠土进行固化存在成本高、施工周期长、施工过程中拌合土分散困难等问题。
Description
技术领域：
本发明属于土壤固化技术领域，涉及一种热带沙漠土固化剂及其使用方法。
背景技术：
我国的沙漠地区比较多，沙漠总面积约为130×104km2，约占全国土地面积的13％左右。沙漠土是天然的建筑材料库，合理利用沙漠土，将会带来可观的经济效益。沙漠土通过沉积在沙子的孔隙内碳酸盐和硫酸盐矿物沉积而形成，因其富含胶凝材料，使用其作为主要原料制备的无机土建材料具有良好的耐风蚀、耐高温抗裂性能，特别能抵抗当地常年沙暴的侵蚀。热带沙漠土的强度形成主要是低钙方解石、微晶白云石以及部分二水石膏。由于方解石、白云石和石膏均为晶体结构，其强度来源是晶体之间相互搭接，逐渐形成网络，晶体和晶体之间的结合力相对不高，因此，其耐水性较差。
针对该问题，已有不少研究人员进行了相关探索。例如，G.RIEDEL等学者通过对所有样品进行XRD测试，发现碳酸盐(方解石+白云石)的总量在6％到13％之间，不仅含量百分比变化很大，而且不同样品中方解石与白云石的比例也大不相同。匈牙利的G.Bidlo对其中一个钙质砂样本进行了补充测试，通过热重法，将伊利石鉴定为粘土矿物，并认为根据其矿物质含量，钙质砂一定是火成岩的风化产物。这却与其他报告相反，后来有Bathurst等研究人员在从周边地区获得的类似样品中发现了石膏和其他沉积材料。A1-Sulaimi等在一些批次样品中也观察到了石膏，同时指出——由于碳酸盐胶结作用，该层位上的成岩过程的主要影响是孔隙度和有效渗透率的整体下降。此外，Sherwood研究了不同气候地区下土体固化效果，并指出固化土的强度与温度线性相关。而刘嵘沁对不同温度下土体的固化效果，并将土体强度的增加归因于温度能提高胶凝成分反应速率，有利于加快各组分之间的水化反应从而促进土颗粒凝聚反应的发生。伊朗等国家有部分学者提出在其中加入水硬性的石灰等胶凝材料，对其进行硬化，在理论上也是可行的。
然而，考虑到工程施工量大，加入石灰等以后原料采集、施工过程中的拌和(土的分散较为麻烦)等均存在较大难度，在重大工程建设时仍需辅助相关技术以防止工程风险。
因此，利用水溶性的外加剂对其进行改性，更为便捷经济。因此以当地沙漠土为原料进行快速固化，实现基础的快速构筑，具有特别重要的意义。
发明内容：
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种热带沙漠土固化剂及其使用方法。
本发明的技术方案为：一种热带沙漠土固化剂及其使用方法，其特征在于，包括以下按重量份记的各组分：硅酸铁铝40～60份、偏铝酸钠15～20份、水玻璃10～20份、聚合硫酸铝15～20份和聚醚磺化油2～4份。
所述硅酸铁铝中Fe3+及Al3+与SiO2的摩尔比为0.5～1，Fe3+与Al3+的摩尔比为0.5～1。。
所述偏铝酸钠为工业级偏铝酸钠，含量≥85％。
所述水玻璃模数为1.4～2.5。
所述聚合硫酸铝为工业聚合硫酸铝固体白色粉末，PH值为3.5～5。
所述聚醚磺化油固含量为40％～75％，PH值为7～8。
所述的热带沙漠土专用固化剂，基于热带沙漠土壤的重量计算，固化剂用量为5％～10％。
本发明还提供一种热带沙漠土固化剂使用方法，该方法包括以下步骤：
将硅酸铁铝、偏铝酸钠、水玻璃、聚合硫酸铝和聚醚磺化油按照所设置比例混合，配制成水溶液。
采用超声波搅拌后静置，形成沙漠沙固化专用外加剂。
在沙漠土进行固化时，以相关固化剂水溶液代替水均匀撒入土壤。
有益效果
1、所用固化剂为水溶液，只需均匀的撒在土体表面，避免了土体的拌合，明显减少工程量，更为经济快捷；
2、所用固化剂中水溶性含活性铝的物相，促使石膏耐水性的提高；
3、所用固化剂配置成的水溶液为低碱度水，保障石膏等物质形成结晶良好的物相，以进一步提高其强度。
具体实施方式：
实施例1：
热带沙漠土A取自本地，含水率为0.27％；含砂量为70％；最佳含水率为17％。固化剂掺量为沙漠土质量的5％。取硅酸铁铝40份、偏铝酸钠15份、水玻璃10份、聚合硫酸铝15份和聚醚磺化油2份，按17wt％的最佳含水率加入剩余的水，采用超声波搅拌后静置。在沙漠土进行固化时，以相关固化剂水溶液代替水均匀撒入土壤。热带沙漠土A化学组成见表1。
实施例2：
热带沙漠土A取自本地，含水率为0.27％；含砂量为70％；最佳含水率为17％。固化剂掺量为沙漠土质量的10％。取硅酸铁铝60份、偏铝酸钠20份、水玻璃20份、聚合硫酸铝20份和聚醚磺化油4份，按17wt％的最佳含水率加入剩余的水，采用超声波搅拌后静置。在沙漠土进行固化时，以相关固化剂水溶液代替水均匀撒入土壤。热带沙漠土A化学组成见表1。
实施例3：
热带沙漠土A取自本地，含水率为0.27％；含砂量为70％；最佳含水率为17％。固化剂掺量为沙漠土质量的8％。取硅酸铁铝50份、偏铝酸钠17份、水玻璃15份、聚合硫酸铝17份和聚醚磺化油3份，按17wt％的最佳含水率加入剩余的水，采用超声波搅拌后静置。在沙漠土进行固化时，以相关固化剂水溶液代替水均匀撒入土壤。热带沙漠土A化学组成见表1。
实施例4
热带沙漠土B取自本地，含水率为0.36％；含砂量为63％；最佳含水率为19％。固化剂掺量为沙漠土质量的5％。取硅酸铁铝40份、偏铝酸钠15份、水玻璃10份、聚合硫酸铝15份和聚醚磺化油2份，按17wt％的最佳含水率加入剩余的水，采用超声波搅拌后静置。在沙漠土进行固化时，以相关固化剂水溶液代替水均匀撒入土壤。热带沙漠土B化学组成见表1。
实施例4
热带沙漠土C取自本地，含水率为0.23％；含砂量为74％；最佳含水率为15％。固化剂掺量为沙漠土质量的5％。取硅酸铁铝40份、偏铝酸钠15份、水玻璃10份、聚合硫酸铝15份和聚醚磺化油2份，按17wt％的最佳含水率加入剩余的水，采用超声波搅拌后静置。在沙漠土进行固化时，以相关固化剂水溶液代替水均匀撒入土壤。热带沙漠土C化学组成见表1。
对比例1
原料中除采用52.5普通硅酸盐水泥取代固化剂外，其余同实施例1。
对比例2
原料中除不添加硅酸铁铝外，其余同实施例1。
对比例3
原料中除不添加偏铝酸钠外，其余同实施例1。
对比例4
原料中除不添加水玻璃外，其余同实施例1。
对比例5
原料中除不添加聚合硫酸铝外，其余同实施例1。
对比例6
原料中除不添加聚醚磺化油外，其余同实施例1。
从地理气候来看，热带沙漠地区年平均气温达到33℃，夏季月平均最高温为41℃，干旱少雨的沙漠地带地表温度可能高达70℃～80℃。温度作为土体一项重要的物理性质，温度与温差会对土体的物理化学性质造成影响。所以养护温度设置为40℃、60℃和80℃。
力学性能测试方法：通过将混合料装入直径100mm、高100mm的无侧限抗压试模进行压制成型，脱模后放入密封薄膜进行养护，养护温度为实验设计温度，直至测试龄期。
耐水性能：用耐水系数来表征耐水性能；用6d普通养护+1d浸水养护条件下测得的抗压强度值除以7d普通养护(无浸水养护，养护温度皆为60℃)条件下的抗压强度值来表示耐水系数。此比值越大，说明材料的耐水性能越好。
干缩性能测试方法：通过将混合料装入(40×40×160mm3)的模具进行压制成小梁试件，在60℃养护条件下，进行干缩试验，测试其7d干缩系数。
耐磨度测试方法：拟定参照GB/T 16925-1997《混凝土及其制品耐磨性试验方法》进行耐磨蚀试验。考虑到风蚀磨损弱于混凝土路面磨蚀，并结合实际风蚀地区干旱少雨的特点，将标准磨损试验中滚珠轴承湿磨方法改为干磨，且固定磨头转数为200转，测试每块试件的磨损宽度，然后通过磨损宽度和滚珠直径计算出磨损深度，进而计算出每块试件的耐磨度，以6组试件的平均值作为对比材料的耐磨度。所有性能测试结果见表1。
实验结果表明，本发明所使用的固化剂相对于传统水泥基固化剂具有良好抗高温开裂性能，在高温条件下，水泥基固化剂由于本身的脆性，容易开裂，导致强度降低，而本发明所使用的固化剂在高温下反应更充分，能够进一步提升土体的强度。此外，本发明所与其他比较例相比，力学性能、水稳定性，抗收缩性能以及耐风蚀性能得到显著提升。
表1不同热带沙漠土化学组成(wt.％)
*OM：organic matter，有机质组分。
表2热带沙漠土固化剂主要性能
Claims (5)
1.一种热带沙漠土固化剂，其特征在于，
包括以下按重量份记的各组分：硅酸铁铝40～60份、偏铝酸钠15～20份、水玻璃10～20份、聚合硫酸铝15～20份和聚醚磺化油2～4份;
所述硅酸铁铝中Fe3+及Al3+与SiO2的摩尔比为0.5～1，Fe3+与Al3+的摩尔比为0.5～1。
2.如权利要求1所述的热带沙漠土专用固化剂，其特征在于，
所述偏铝酸钠为工业级偏铝酸钠，含量≥85％。
3.如权利要求1所述的热带沙漠土专用固化剂，其特征在于，
所述水玻璃模数为1.4～2.5。
4.如权利要求1所述的热带沙漠土专用固化剂，其特征在于，
所述聚合硫酸铝为工业聚合硫酸铝固体白色粉末，pH 值为3.5～5。
5.如权利要求1所述的热带沙漠土专用固化剂，其特征在于，
所述聚醚磺化油固含量为40％～75％，pH 值为7～8。
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