CN116217170A - 一种纳米土壤固化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型纳米土壤固化剂的制备方法，将配方量的原料纳米二氧化硅、胶凝材料、碱性催化剂、表面活性剂、矿渣或矿渣混合物充分混合后，粉磨至勃氏比表面积0.35‑0.4m2/g，烘干，使得混合物的含水量小于2％，然后过80微米方孔筛，经成品细度、SO3含量检验合格，即可得出。按该制备方法制得的纳米土壤固化剂，既是一种超强水泥，更能在广大无砂石料地区，与各类土壤发生反应成为稳固持久的成形构件。采用该纳米土壤固化剂通过按一定比例与土壤拌和碾压，挤压密实后具有抗压、防渗、抗冻等性能，其固结强度高、水稳性好、变形小、耐久高及适用范围广等特点，可广泛应用于水利水电工程、农业水土工程、道路交通工程，基础工程，生产粘土、废渣制品等。
Description
技术领域
本发明属土木、水利和环保相关工程建筑材料技术领域，特别涉及一种土木建筑工程应用的水硬性胶凝材料NMBER(A Nano-Material becoming Earth into Rock)，即一种新的纳米土壤固化剂的制备方法。
背景技术
目前，基于土木、水利和环保建筑工程应用的胶凝材料主要是硅酸盐水泥，这种胶凝材料是以砂石料作骨料，对泥土固化效果不好，对水质要求也高。当用砂石作骨料，用硅酸盐水泥作胶凝材料拌合混凝土料时，为了不影响混凝土的性能，除对砂石料和水质的特殊要求外，还要把砂石表面的泥土尽量清洗干净。这不仅费时费力，而且在无砂石料或水质不好地区，混凝土工程造价将成倍提高。加之国家环境保护法规的健全和民众生态保护意识提高,水泥生产煅烧废气污染大气和建筑混凝土用河道采砂和石料开采破坏环境弊端愈来愈受到限制，造成砂石料和建筑混凝土成本提高。另一方面大量的建筑垃圾难以利用。特别是对于黄土高原和广大无砂石料地区，寻求一种高强、耐水、适应性强，既可和水泥一样以砂、石碎屑为骨料，又对拌和水质无特殊要求，且能充分利用当地的水土资源，特别是能够固化泥土的水硬性胶凝材料－土壤固化剂是业界亟需研发的。虽然也有土壤固化剂的相关报道，但现有固化剂在使用过程中经常带来诸如强度低、抗冻性能差、成本高等问题，因此，新的土壤固化剂的研究是业内人士十分关注的。为此，申请人前期研发了MBER系列土壤固化剂，但在使用过程中发现，MBER系列土壤固化剂的强度等性能还需要进一步提高。
发明内容
针对MBER土壤固化剂存在的技术问题，本发明的目的在于，提供一种新的纳米土壤固化剂及其制备方法。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种新型纳米土壤固化剂，其特征在于，制得的该纳米土壤固化剂由下列原料按重量
百分比构成：纳米二氧化硅：2％～4％、胶凝材料：75％～80％、碱性催化剂：8％～12％、表面活性剂：1％～1.5％、矿渣或矿渣混合物3.5％～11％。所有原料的重量百分比之和为100％。
根据本发明，所述纳米二氧化硅的比表面积为(640±50)m2/g，粒径1nm～100nm，表面羟基质量分数为20％～50％，SiO2-x质量分数大于99.9％。
所述表面活性剂由下列原料按重量百分比制成：硫酸钠：10％～35％，明矾：40％～50％，硅酸钠：10％～20％，FDN高效减水剂：10％～25％所有原料的重量百分比之和为100％。
所述胶凝材料为氧化镁含量不大于3％的普通硅酸盐水泥熟料。
所述碱性催化剂由石膏和粉煤灰按1:3配置，其中，石膏用量控制在该纳米土壤固化剂中的SO3含量(4.0±0.2)％范围内。
所述的矿渣混合物是炉渣、钢渣、铁渣、粉煤灰中的其中一种及以上的组合。
进一步地，所述钢渣是符合GB203规定的粒化高炉矿渣；所述炉渣是符合GB6645规定的粒化电炉磷渣，所述铁渣是符合GB417规定的粒化烙铁矿渣或者是符合GB418规定的粒化钛矿渣，所述粉煤灰是符合GB1596规定的粉煤灰。
上述纳米土壤固化剂的制备方法，其特征在于，该方法将配方量的原料纳米二氧化硅、胶凝材料、碱性催化剂、表面活性剂、矿渣或矿渣充分混合后，粉磨至勃氏比表面积0.35—0.45m2/g，烘干，使得混合物的含水量小于2％，然后过80微米方孔筛，经成品细度、SO3含量检验合格，即得。
所述的成品细度检验是将成品过80微米方孔筛，其筛余量不得高于5％。
所述的成品SO3含量检验采用GB/T176中的硫酸钡沉淀法进行检测，SO3含量控制在(4.0±0.2)％范围内。
本发明的新型纳米土壤固化剂，不但能作为一种超强水泥固结砂石，而且能在广大无砂石料地区，与各类土壤发生反应成为稳固持久的成形构件。采用该纳米土壤固化剂通过按一定比例与土壤拌和碾压，挤压密实后具有抗压、防渗、抗冻等性能，其固结强度高、水稳性好、变形小、耐久高及适用范围广等特点，不但具有利用天然土壤，就地取材，减少砂石运量，无环境污染，节省工程造价等优点，而且还可以利用或处理一些常见的工业废料如粉煤灰，煤岩石，矿渣、钢渣等材料，所以具有经济、环保的特点。可广泛应用于水利水电工程、农业水土工程、道路交通工程，基础工程，生产粘土、废渣制品等。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明作进一步的详细描述。
本实施例给出一种纳米土壤固化剂，该纳米土壤固化剂由下列原料按重量百分比构成：纳米二氧化硅：2％～4％、胶凝材料：75％～80％、碱性催化剂：8％～12％、表面活性剂：1％～1.5％、矿渣或矿渣混合物：3.5％～11％。所有原料的重量百分比之和为100％。
上述纳米土壤固化剂的制备方法，将配方量的原料纳米二氧化硅、胶凝材料、碱性催化剂、表面活性剂、矿渣或矿渣混合物充分混合后，烘干，粉磨至勃氏比表面积0.35—0.45m2/g，使得混合物的含水量小于2％，然后过80微米方孔筛，经成品细度、SO3含量检验合格，即得。
所述的成品细度检验是，将成品过80微米方孔筛，其筛上物不得高于5％。
成品SO3含量检验是，SO3含量控制在(4.0±0.2)％范围内。
本实施例给出的纳米土壤固化剂，具有化学加固的突出特点。其固化原理为“基于土壤惰性矿物活性再生与离子再造的相面重构理论与技术”，即充分利用纳米氧化硅火山灰催化活性强，不溶于水，流动性高的特性，通过再生土壤惰性矿物活性和新离子再造，强化网状胶结，在使土体的基本结构单元无分散、相界面紧密接触的同时，发挥土体铝酸盐矿物潜在的活性，使其界面形成牢固的多晶粘土聚集体，从而改善土体颗粒相界面接触的本质，使其产生较高的强度和水稳定性。该纳米土壤固化剂不仅在界面进行，更能在土体单元内部进行，从而进一步发展了土体常温固化的理论。
采用S-4800场发射扫描电镜及X射线衍射能谱分析发现：水泥熟料在纳米材料作用下构成反应主体，且在反应过程中各组分发生反应时间不同，从而决定了水硬性胶凝材料强度随时间的变化，使之持续增强；在纳米材料作用下的碱性催化剂，进一步增强了催化土壤中硫酸根使之参与反应，调节凝固时间，降低水化热；在纳米材料作用下表面活性剂中不同成分的相互作用，进一步增强了激活土体中铝酸盐矿物质潜在的活性，改善土壤界面本质，进而产生高强水稳定性；纳米材料作用下的矿渣作为辅助填充材料，增强了平衡固化土体的强度。
其中的表面活性剂可直接应用市场销售的化工产品，并且表面活性剂一方面可以作为土壤固化剂中的活性剂，另一方面在研磨过程中作为助磨剂。因此，制成的纳米土壤固化剂与传统的水泥、水泥+纳米材料及固化剂相比，在同等条件下，同龄期固化土体的强度可提高10％以上。根据已有研究，土壤标准构件及固化土，耐久性随相应的强度成1.3次方以上提高，即其同样条件下的抗渗、抗冻、抗化学腐蚀性能会大大提高，而且采用的主体原料为工业废渣，在固体废弃物资源化利用方面具有重要意义。
以下是发明人给出的实施例。
实施例1：
该纳米土壤固化剂(NMBER)由下列原料按重量百分比制成(表1)：纳米二氧化硅：2％、胶凝材料(硅酸钙)：80％、碱性催化剂：10％、表面活性剂：1％、矿渣或矿渣混合物：7％。
本实施例中，表面活性剂由下列原料按重量百分比制成：硫酸钠：10％～35％，明矾：40％～50％，硅酸钠：10％～20％，FDN高效减水剂：10％～25％。所有原料的重量百分比之和为100％。
碱性催化剂由石膏和粉煤灰按1:3配置组成，其中，石膏用量控制在该纳米土壤固化剂中的SO3含量(4.0±0.2)％范围内。
胶凝材料为氧化镁含量不大于3％的普通硅酸盐水泥熟料。
所述的矿渣混合物是炉渣、钢渣、铁渣、粉煤灰中的其中一种及以上的组合。
其中，钢渣是符合GB203规定的粒化高炉矿渣；所述炉渣是符合GB6645规定的粒化电炉磷渣，所述铁渣是符合GB417规定的粒化烙铁矿渣或者是符合GB418规定的粒化钛矿渣，所述粉煤灰是符合GB1596规定的粉煤灰。
纳米二氧化硅的比表面积为(640±50)m2/g，粒径1nm～100nm，表面羟基质量分数为20％～50％，SiO2-x质量分数大于99.9％。
其纳米土壤固化剂的制备方法是将配方量的原料纳米二氧化硅、胶凝材料、碱性催化剂、表面活性剂、矿渣或矿渣混合物充分混合后，粉磨至勃氏比表面积0.35—0.45m2/g，烘干，使得混合物的含水量小于2％，然后过80微米方孔筛，经成品细度、SO3含量检验合格，即得。
所述的成品细度检验是，将成品过过80微米方孔筛，其筛上物不得高于5％。
所述成品SO3含量检验采用GB/T176中的硫酸钡沉淀法进行检测，SO3含量控制在(4.0±0.2)％范围内。
实施例2：
该纳米土壤固化剂(NMBER)由下列原料按重量百分比制成：纳米二氧化硅：4％、胶凝材料(硅酸钙)：75％、碱性催化剂：12％、表面活性剂：1.5％、矿渣或矿渣混合物：7.5％。
具体采用的原料其制备方法均同实施例1。
实施例3：
该纳米土壤固化剂(NMBER)由下列原料按重量百分比制成：纳米二氧化硅：3％、胶凝材料(硅酸钙)：78％、碱性催化剂：11％、表面活性剂：1.3％、矿渣或矿渣混合物：6.7％。
具体采用的原料其制备方法均同实施例1。
具体实验例：
表1是实施例1的纳米固化剂NMBER(A1)和原固化剂MBER(A2)、32.5水泥+纳米材料及32.5水泥配方。表2是不同水硬性胶凝材料的标准胶砂试验、表3是不同水硬性胶凝材料固土强度实验方案及其结果。
从表2的不同水硬性胶凝材料标准胶砂试验可以看出：本实施例1的纳米固化剂NMBER(A1)的胶砂试验强度与原固化剂MBER系列(A2)、水泥+纳米(A3)材料及水泥(A4)的抗压强度相比，分别提高17％、41％和63％。
从表3的不同水硬性胶凝材料固土强度试验方案及其结果表明，本实施例1的纳米土壤固化剂NMBER(A1)的强度与原固化剂MBER系列、水泥+纳米及水泥的强度相比，强度分别提高10％、48％和74％。
综合上述，本实施例的纳米土壤固化剂(NMBER)胶砂固土强度分别比原固化剂(MBER)、水泥+纳米和水泥强度平均提高10％、48％和63％以上。进一步试验表明，渗透系数平均由约2.07×10-9减少到约1.55×10-9，减少30％以上。相同条件下抗冻试验强度损失率降低15％以上，耐久性提高20％以上。
采用S-4800场发射扫描电镜及X射线衍射能谱分析进一步发现：水泥、水泥+纳米材料由于缺少表面活性剂，原土壤固化剂(MBER,YMBER)缺少纳米材料，上述材料均不能充分发挥各组分之间的最佳协同增强作用，也不能使其在重构土体相界面结构，增加固土性能方面发挥最佳作用。
表1：不同水硬性胶凝材料
表2：不同水硬性胶凝材料标准胶砂试验
表3：不同水硬性胶凝材料固土强度试验方案及其结果
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种纳米土壤固化剂的制备方法，其特征在于，将配方量的原料纳米二氧化硅、胶凝材料、碱性催化剂、表面活性剂、矿渣或矿渣混合物充分混合后，烘干，粉磨至勃氏比表面积(0.35-0.4)m2/g，使得混合物的含水量小于2％，然后过80微米方孔筛、SO3含量检验合格，即得；
所述胶凝材料为氧化镁含量不大于3％的硅酸盐水泥熟料，胶凝材料在纳米材料作用下构成反应主体，且在反应过程中各组分发生反应时间不同，从而决定了水硬性胶凝材料强度随时间的变化而持续增强；
所述表面活性剂由下列原料按重量百分比制成：硫酸钠：10％～35％，明矾：40％～50％，硅酸钠：10％～20％，FDN高效减水剂：10％～25％，原料的重量百分比之和为100％。表面活性剂一方面可以作为土壤固化剂中的活性剂，另一方面在研磨过程中作为助磨剂剂；
所述碱性催化剂由石膏和粉煤灰按1:3配置组成，其中，石膏用量控制在该纳米土壤固化剂中的SO3含量(4.0±0.2)％范围内，在纳米材料作用下的碱性催化剂主要是催化土壤中硫酸根使之参与反应，调节凝固时间，降低水化热；
所述的矿渣混合物是炉渣、钢渣、铁渣、粉煤灰中的其中一种及以上的组合。所述钢渣是符合GB203规定的粒化高炉矿渣；所述炉渣是符合GB6645规定的粒化电炉磷渣，所述铁渣是符合GB417规定的粒化烙铁矿渣或者是符合GB418规定的粒化钛矿渣，所述粉煤灰是符合GB1596规定的粉煤灰；
所述纳米二氧化硅的比表面积为(640±50)m2/g，粒径1nm～100nm，表面羟基质量分数为20％～50％，SiO2质量分数大于99.9％；
所述的纳米土壤固化剂，其特征在于，所述配方量按重量百分比构成：纳米二氧化硅：2％～4％、胶凝材料：75％～80％、碱性催化剂：8％～12％、表面活性剂：1％～1.5％、矿渣或矿渣混合物：3.5％～11％，原料的重量百分比之和为100％；
所述的纳米土壤固化剂制备方法，其特征在于按重量比先把表面活性剂依次添加到纳米二氧化硅内混合均匀，再把相应混合料添加碱性催化剂内混合均匀，最后再把相应的混合料添加到矿渣或矿渣混合物充分搅拌均匀，形成纳米固化剂核心材料，最后与硅酸盐水泥熟料混合充分搅拌均匀后，输送进球磨机内加工成粉末状，过45微米风选机即可得到所述新型纳米固化剂；
所述的一种纳米土壤固化剂的制备方法所制备的纳米土壤固化剂，通过制备过程的充分混合成为一个有机整体，较大限度保证了使用时纳米材料、胶凝材料、表面活性剂、碱性催化剂及矿渣混合物的协同增强固结砂石及泥土性能。与传统的水泥基固化剂或水泥添加纳米材料(纳米材料作为水泥外加剂)使用相比，在同等条件下，同龄期固化土体的强度可提高10％以上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的成品细度检验是将成品过80微米方孔筛，其筛余量不得高于5％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的成品SO3含量检验采用GB/T176中的硫酸钡沉淀法进行检测，SO3含量控制在(4.0±0.2)％范围内。
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
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| CN101481238B (zh) * | 2009-02-18 | 2010-12-08 | 西北农林科技大学 | 一种绿色土壤固化剂 |
| CN101597496B (zh) * | 2009-07-06 | 2011-05-11 | 西北农林科技大学 | 一种水泥基土壤固化剂及其制备与应用 |
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| CN104609752B (zh) * | 2015-02-11 | 2017-04-12 | 武汉大学 | 一种高性能氯氧镁水泥材料及其使用方法 |
| CN106336188A (zh) * | 2016-08-22 | 2017-01-18 | 桂林新艺制冷设备有限责任公司 | 一种新型土壤固化剂及其制备方法 |
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| 朱静: "掺加纳米SiO2水泥复合固化土力学性能研究及数值分析", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技》, no. 2, 15 February 2017 (2017-02-15), pages 034 - 144 * |
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