CN1155537C - 一种粘土矿物钝化剂及制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及粘土及岩土工程领域，尤其是粘土矿物的钝化剂及应用。土壤稳定剂或固化剂的研究是50年代才兴起的，我国从90年代开始引进这种土壤稳定剂进行筑路，但配制缺乏理论基础，配料中的精料又多进口，本发明提供一种新的粘土矿物钝化剂，以磺酸为主要成份，主要用于公路或铁路的基垫层或路面，可大大节约现有技术修筑公路的费用，具有可观的经济和社会效益。

Description

一种粘土矿物钝化剂及制备方法和用途

技术领域

本发明涉及粘土及岩土工程领域尤其是粘土矿物的钝化剂及应用。

技术背景

粘土矿物一般指具有无序过渡结构的微粒含水层状硅酸盐矿物，它广泛存在于各类地质体中，是土壤的主要组成部分。特殊的晶体结构赋于粘土矿物许多特性，天然粘土矿物大都具有某种活性，粘土矿物的科学奥秘和经济价值就在于它们具有活性，例如可表现为一定的吸附性能、脱色性能、催化性能、增稠性能和触变性能等，这些特征使粘土矿物在化工、冶金、医学、电子、农业等领域得到了广泛的应用，但天然产出的粘土矿物活性比较低，要针对不同用途进行改性处理，即通过人工改性，提高其表面活性，以此扩展粘土矿物的工业与民用范围。

粘土矿物的特征使它们成为宝贵的非金属矿物材料，在国民经济中发挥巨大的作用，但另一方面，某些条件下也可成为危害工程和造成某些地质灾害的原因，因此往往要求抑制和降低粘土矿物的活性，特别是降低其与水的结合能力。在工程界，涉及岩土及岩土工程的领域都有一个灾害防治和软基处理问题，重点处理和防治对象是粘土矿物，对粘土矿物的改性目的是保持粘土稳定性，核心问题是去掉或减少其中的水，这种改性称为钝化，即用钝化剂与粘土矿物表面发生反应，改变粘土矿物的表面结构，提高憎水性，增加粘土整体力学性质，达到稳定粘土的目的。粘土矿物钝性剂，可以广泛用于工程建筑的基础处理、公路、铁路路基处理、江河堤坝的治理和加固，边坡稳定与加固和灾害防治工程等软基处理任务，特别在华南多雨地区实际应用意义更为重要。但目前通过人工改性，有意识的减少或去掉粘土矿物的活性，设法钝化粘土矿物的研究都较少见到报道，土壤稳定，作为一门学科在本世纪50年代才发展起来，60年代起，采油工业中使用了表面活性剂技术，稳定水敏地层和粘土层，并取得部分成功，从此开始了一系列寻找有效表面活性剂的研究，70年代以后，国外工程界开始研究表面活性剂处理软弱地基的工程，发达国家在道路和机场建设中普遍采用这项新技术，国内90年代也开始引进这种土壤稳定剂，进行筑路的试验，并取得成功，但缺乏理论指导，配制钝化剂所用精料大部分由国外进口，价格昂贵。根据国内外已发表的文献资料看，土壤稳定剂按所用原料分为：水泥系列、石灰系列、无机原料系列和有机系列四大类，无机原料系列如美国专利(3959975，1997.09.18)，有机系列如美国专利“Method forstabilization of soil Aggregates”(4303438，1981.12.01)。和美国专利“Deep mix soilstabilization method”(6076997，2000.06.20)。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的粘土矿物钝化剂研究的不足，以粘土矿物为对象，研制出一种新的粘土矿物钝化剂。

本发明所提供的粘土矿物钝化剂由表面活性剂、强氧化剂、分散剂、辅助剂和水配制而成，其具体配方包括：(重量百分含量)

十二烷基苯磺酸    10-20％    85％磷酸          3-8％

98％硫酸          5-10％     酸度≥35.0盐酸    0.01-0.05％

硫酸镍            0.08-0.4   水                50-80％

钝化剂的配制方法为：先将硫酸镍溶于水中，依次按配方比例加入十二烷基苯磺酸、工业磷酸(85％)、工业硫酸(98％)和工业盐酸(酸度≥35.0)，充分搅拌成为均匀溶液，静放十二小时后即可应用，实际应用中各组分的配比随着土壤类型及各种影响因素的变化而必须加以调整，以获得理想的钝化效果。

本发明所提供的粘土矿物钝化剂主要用于修筑公路和铁路的基垫层或路面，打破传统的修路技术，在原地处理土壤工序简单，节省工时，极大的节省了公路建设成本和维修成本，与现行的三级公路路面造价相比，使用本发明钝化剂技术改性土做基垫层的路面费用仅为原造价50％左右，因比，可以说，利用改性土做路面基垫层，具有可观的经济效益。

实施例1.粤北乐昌样品：粤北乐昌样品为赤红壤，其物质组成主要是由石英、高岭土和非晶质物质组成。他们的相对含量分别为：石英占38～60％，高岭土为30～47％，非晶质为8～10％。另有少量的伊利石(5％左右)。矿物颗粒：累积50％粒经为2.78微米，累积90％粒经为3.36微米。依据此物质组成和粒度分布可确定此土壤为含粉粘土。土壤的PH值为5.71左右。依据土壤的性质，颗粒度分布和PH值，对此样品我们采用以下配方：十二烷基苯磺酸10.0-15.0％，硫酸6.0-10.0％，磷酸5.0-7.0％，盐酸0.01-0.04％，硫酸镍0.1-0.4％，水72.0-80.0％。钝化剂使用量为0.02％～0.03％。同样用上述配方有的实验设计中加入20％的砂。经钝化前后样品土力学性质测定结果对比可以看出，在钝化剂的作用下，所有测试的土力学参数都表明土壤的稳定性明显提高，如：吸水量由85克降至20～30克；膨胀量大幅度降低，由0.235％降到0.08％；最佳含水量由20.3％降至12.1％；最大干密度由1.273g/cm³增至1.938g/cm³；液限由43％降至25％；塑限由25％降至16％，塑性指数由18％降至9％；而加州承载比(N_CBR)则由27.0％提高到51.C％(四次测试平均值)，提高了将近一倍之多。

实施例2.武汉红土样品：武汉红土采自武汉市郊某工地路基土，该土的物质组成是：含石英56％，长石24.9％，高岭土13.3％，伊利石5％。它是典型的花岗岩风化壳土壤。对武汉红土的钝化效果也很显著。所用配方基本与上述配方相同，但适当地改变了硫酸和磷酸的配比，即提高磷酸含量到8.0％，降低硫酸含量至5.0％，其它组分所占比例不变。钝化剂使用量为0.02％～0.03％。由中科院武汉岩土力学所提供的测试报告结论为：通过对此种土样对比试验的结果分析，经过钝化剂作用后，土样的承载比(N_CBR)由4.95％增至14.0％；回弹模量由50.1增至214.8Mpa；膨胀量由3.34％降到0.98％。对改良土壤的力学性质起到明显的效果。

实施例3.南海市膨润土样：该样采自南海市膨润土矿。其主要成分为钙基蒙脱石，占56.0％～82.0％，次之为长石，占15.0％～28.0％，以及石英占3.0％～16.0％。该矿为沉积作用而成的具有泥质结构的致密块状或松散土块矿石。对典型含水粘土矿物(蒙脱石)的含量达56.0％～82.0％膨润土矿来说，其钝化效果也是肯定的。经钝化剂作用后，土样的承载比(N_CBR)由1.25％增至16.0％；膨胀量由5.8％降到4.3％，液限由69.0％降至52.9％；塑限由36.2％降至21.1％。钝化剂配方为：十二烷基苯磺酸12.0％，硫酸10.0％，磷酸5.0％，盐酸0.1％，硫酸镍0.2％，水72.7％。钝化剂使用量为0.02％～0.03％。(实际上对含如此大量蒙脱石的土壤，公路建设中是不允许使用的，如要用必须视情况加入沙子或砂粒，以调整力学性质)。由于蒙脱石含量很高，粒度也很细，所以应增加钝化剂的用量，由0.02％～0.03％提高至0.05％～0.06％。土的PH值最好加至＜6。

Claims (3)

1、一种粘土矿物钝化剂，由磺酸为主要成份，其特征在于，它的具体配方的重量百分组成包括：

十二烷基苯磺酸       12.0％

98％硫酸             10.0％

85％磷酸             5.0％

酸度≥35％盐酸       0.1％

硫酸镍               0.2％

水                   72.7％

2、制备权利要求1中所述粘土矿物钝化剂的方法，其特征在于先将硫酸镍溶于水中，依次按配方比例加入十二烷基苯磺酸、85％磷酸、98％硫酸和酸度≥35％盐酸，充分搅拌为均匀溶液，静放十二小时，制得。

3、权利要求1中所述粘土矿物钝化剂的用途，其特征在于用作修筑公路、或铁路的基垫层或路面的处理工程。