CN113968694A - 一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法 - Google Patents

一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,包括以下步骤:S100:先将粉煤灰和黄土混合,搅拌均匀形成初步的固体粉料;S200:在步骤S100中获得固体粉料的加入纤维,搅拌均匀形成混合材料;S400:将步骤200中获取的混合材料和碱活化剂混合,搅拌均匀,最后静压压制形成地聚物固化材料。本发明相较于硅酸盐水泥,地聚物‑纤维固化具有收缩性小、耐久性强的特性,具有价廉易得,制备工艺简单,成本低,无毒无污染的特点。

Description

一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法
技术领域
本发明属于建设施工领域,具体涉及一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法。
背景技术
土壤固化剂以自然土体为固结对象在常温下能将土壤颗粒表面凝结并与颗粒中的铝硅酸盐矿物发生化学反应生成胶凝物质与传统的石灰土和水泥土相比其具有更高的强度和水稳定性从而被大量应用于水利、交通、环境、港口、机场等基础设施的建设,由于天然土体自身活性差、塑性收缩大将其作为黄土地聚物固化材料时强度低、容易发生龟裂如何提高固化土的强度、防止发生收缩裂缝己经成为固化土研究应用中急需解决的主要问题之一。聚丙烯纤维与具有良好的粘结力和分散性在土中,由于纤维的桥接作用可大大提高其抗裂防渗性能,有效增强黄土强度,减少土体塑性收缩引起的裂缝。在固化土中掺入聚丙纤维,由于固化剂固化和纤维加筋的共同作用纤维固化土的力学性能和抗裂能力有可能得到提高。为此以我国分布极为广泛的黄土为研究对象研究纤维对固化土强度、抗渗性、抗裂性、抗冻性等力学特性的影响规律为纤维固化土在黄土固化等工程中的应用提供依据和参考,丰富和发展渠道衬砌材料。此外本项研究成果还可以用于堤坝、建筑物基础、道路基础等工程其国内外应用前景十分广泛。
地聚物固化材料是一种由AlO4和SiO4四面体结构单元组成三维缩合氧化物网络结构的无机高分子缩聚物。由于地聚合物本身就是稳定的氧化物网络结构体系,所以具有优良的机械性能和耐化学腐蚀性、耐火、耐高温的性能以及抗渗透性。正是因为该材料具有高强、高稳定性和耐久性及常温下反应固化的特点,可以将其用作为涂层材料的成膜物质。本发明以高岭土为原料,研制出了一种常温固化高硬度钢筋防腐涂料。涂层材料直接取自自然界,在生产过程中几乎不会对环境造成污染,无环境和健康方面的不良影响。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
本发明提供一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,包括以下步骤:
S100:先将粉煤灰和黄土混合,搅拌均匀形成初步的固体粉料;
S200:在步骤S100中获得固体粉料的加入纤维,搅拌均匀形成混合材料;
S400:将步骤200中获取的混合材料和碱活化剂混合,搅拌均匀,最后静压压制形成地聚物固化材料。
进一步地,在步骤S100中,所述粉煤灰为9~11重量份,所述黄土为80~100份重量份。所述粉煤灰为1250目粉煤灰粉体。所述黄土为系数在0.04-0.09之间,孔隙易沿铅直方向产生裂缝且塑性指数在8-9的黄土。
进一步地,在步骤S200中,所述纤维的加入量为固体粉料重量的0.2%~0.6%。所述纤维的长度在5至7毫米之间。所述纤维的熔点>165℃,抗拉强度>458Mpa,纤维比重为0.91。所述纤维为聚丙烯纤维。
进一步地,在步骤S300中,所述混合材料为16~20重量份,所述碱活化剂为7~9重量份。所述碱活化剂是硅酸钠和氢氧化钠配制,浓度为12mol/L配制碱活化剂溶液;其中,硅酸钠和氢氧化钠的重量比为2.5:1。所述硅酸钠为粉末速溶硅酸钠;所述的氢氧化钠为固体片状氢氧化钠,所述氢氧化钠质量分数为98.5%。在步骤S300中,压制前先人工充分拌合10分钟左右,在60分钟内完成压实,压实度为0.98。
本发明的有益效果是:本发明以粉煤灰为主要原料,碱可以激发粉煤灰胶凝材料,通过碱活化剂将其激发,通过掺入黄土中使其获得较高的强度,纤维的掺入能有效提高固化黄土的抗裂性能,具有较好的力学性能。
通过掺入地聚物固化材料来提高早期的硬度和凝固速度,同时掺入纤维提高黄土的抗裂性能,由于水泥的强度可调范围小,水稳定性不足,抗冻融性弱以及水泥过量和土壤温差大而引起的明显的收缩开裂。相较于硅酸盐水泥,地聚物-纤维固化具有收缩性小、耐久性强的特性,具有价廉易得,制备工艺简单,成本低,无毒无污染的特点。
纤维-地聚物固化材料具有早强的性质,随纤维掺量的增加其强度不断提高,掺量为20%的纤维-地聚物材料其28天抗压强度达4MPa远远大于其他固化剂强度。在抗压强度方面,纤维的掺量能明显改善强度,在劈裂强度方面由于纤维的抗力、摩擦、良好的粘结性能和抗收缩能力使固化土的抗裂性能提高,在最佳配合比下的干缩试件,可以一定程度抑制试件中干缩裂缝的产生,土体的干燥收缩性能要优于其他固化剂。因此基于纤维-地聚物固化材料改良公路路基土体的强度、抗裂性能可以较好地指导于实际工程中。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
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的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1所示,本发明提供一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,包括以下步骤:
S100:先将粉煤灰和黄土混合,搅拌均匀形成初步的固体粉料;
S200:在步骤S100中获得固体粉料的加入纤维,搅拌均匀形成混合材料;
S400:将步骤200中获取的混合材料和碱活化剂混合,搅拌均匀,最后静压压制形成地聚物固化材料。
在本发明提供的实施例中,在步骤S100中,所述粉煤灰为9~11重量份,所述黄土为80~100份重量份。
在本发明提供的实施例中,所述粉煤灰为1250目粉煤灰粉体。
在本发明提供的实施例中,所述黄土为系数在0.04-0.09之间,孔隙易沿铅直方向产生裂缝且塑性指数在8-9的黄土。
首先通过正交试验的方法,进行无侧限抗压强度,劈裂强度,干缩试验等来确定地聚物固化材料的最佳掺量及聚丙烯纤维的掺量,为确定最佳的固化剂掺比来设置不同水平的聚丙烯纤维掺量,分别为0.2%~0.6%范围内平进行正交分析,测其7天、28天的抗压强度和劈裂强度和干缩试验来分析固化黄土的抗裂性能,试验得出掺入纤维最佳数值。
在本发明提供的实施例中,在步骤S200中,所述纤维的加入量为固体粉料重量的0.2%~0.6%。
在本发明提供的实施例中,所述纤维的长度在5至7毫米之间。
在本发明提供的实施例中,所述纤维的熔点>165℃,束状单丝,抗拉强度>458Mpa,无毒,无吸水性、抗低温性强,纤维比重为0.91。所述纤维为聚丙烯纤维。
在本发明提供的实施例中,在步骤S300中,所述混合材料为16~20重量份,所述碱活化剂为7~9重量份。
首先为了确定地聚物固化材料的最佳掺量,设置单掺试验,以7d无侧限抗压强度和28d无侧限抗压强度为固化黄土的评价指标,分析所选取的固化剂材料,即粉煤灰+碱活化剂不同掺量对黄土强度的影响规律,通过实验结果分析,得到碱活化剂的最优浓度和模数,并设置素土对照组试验对比分析固化剂对黄土抗压强度的影响。
在本发明提供的实施例中,所述碱活化剂是硅酸钠和氢氧化钠配制,浓度为12mol/L配制碱活化剂溶液;其中,硅酸钠和氢氧化钠的重量比为2.5:1。
在本发明提供的实施例中,所述硅酸钠为粉末速溶硅酸钠;所述的氢氧化钠为固体片状氢氧化钠,所述氢氧化钠质量分数为98.5%。
在本发明提供的实施例中,在步骤S300中,压制前先人工充分拌合10分钟左右,在60分钟内完成压实,压实度为0.98。
实施例1
先将将粉煤灰9份、黄土:80份混合,搅拌均匀5分钟,包装备用;再将聚丙烯纤维0.4%均匀拌合到步骤1中,最后将自制的碱活化剂7份与步骤2获得的16份混合固体材料拌合,用人工拌合方式均匀拌合,进行静压压制形成纤维-地聚物固化材料。
实施例2
将粉煤灰10份、黄土:90份混合,搅拌均匀5分钟,包装备用;将聚丙烯纤维0.4%均匀拌合到步骤1中,将自制的碱活化剂8份与步骤2获得的18份混合固体材料拌合,用人工拌合方式均匀拌合,进行静压压制形成纤维-地聚物固化材料。
实施例3
将粉煤灰11份、黄土:100份混合,搅拌均匀5分钟,包装备用;将聚丙烯纤维0.4%均匀拌合到步骤1中,将自制的碱活化剂9份与步骤2获得的20份混合固体材料拌合,用人工拌合方式均匀拌合,进行静压压制形成纤维-地聚物固化材料。
掺加聚丙烯纤维能够显著提高黄土的抗压强度和抗干缩性,在此掺量下固化土的28d抗压强度达到最高,较同条件下不掺纤维的固化土强度提高29%,满足并超过施工技术对水泥土的技术要求。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改。因此本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,均属于本发明的保护之内。

Claims (12)

1.一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S100:先将粉煤灰和黄土混合,搅拌均匀形成初步的固体粉料;
S200:在步骤S100中获得固体粉料的加入纤维,搅拌均匀形成混合材料;
S400:将步骤200中获取的混合材料和碱活化剂混合,搅拌均匀,最后静压压制形成地聚物固化材料。
2.如权利要求1所述的一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,其特征在于,在步骤S100中,所述粉煤灰为9~11重量份,所述黄土为80~100份重量份。
3.如权利要求2所述一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,其特征在于,所述粉煤灰为1250目粉煤灰粉体。
4.如权利要求2所述一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,其特征在于,所述黄土为系数在0.04-0.09之间,孔隙易沿铅直方向产生裂缝且塑性指数在8-9的黄土。
5.如权利要求1所述一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,其特征在于,在步骤S200中,所述纤维的加入量为固体粉料重量的0.2%~0.6%。
6.如权利要求5所述一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,其特征在于,所述纤维的长度在5至7毫米之间。
7.如权利要求6所述一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,其特征在于,所述纤维的熔点>165℃,抗拉强度>458Mpa,纤维比重为0.91。
8.如权利要求7所述一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,其特征在于,所述纤维为聚丙烯纤维。
9.如权利要求1所述一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,其特征在于,在步骤S300中,所述混合材料为16~20重量份,所述碱活化剂为7~9重量份。
10.如权利要求9所述一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,其特征在于,所述碱活化剂是硅酸钠和氢氧化钠配制,浓度为12mol/L配制碱活化剂溶液;
其中,硅酸钠和氢氧化钠的重量比为2.5:1。
11.如权利要求10所述一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,其特征在于,所述硅酸钠为粉末速溶硅酸钠;
所述的氢氧化钠为固体片状氢氧化钠,所述氢氧化钠质量分数为98.5%。
12.如权利要求1所述一种提高黄土强度与干缩性能的地聚物固化材料制备方法,其特征在于,在步骤S300中,压制前先人工充分拌合10分钟左右,在60分钟内完成压实,压实度为0.98。
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CN114574212A (zh) * 2022-02-23 2022-06-03 西安理工大学 一种无机高分子聚合物土壤固化剂及制备方法

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