CN116813264A - 一种水泥地基材料固化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，且公开了一种水泥地基材料固化剂，本发明利用马来酸酐和苯乙烯作为接枝单体，对超分子量聚乙烯纤维进行辐照接枝，得到马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维，然后利用其马来酸酐具体与KH550改性玻璃纤维的氨基进行反应，得到超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维，在玻璃纤维表面引入超分子量聚乙烯纤维，有利于改善玻璃纤维质地脆，耐磨性差的问题。将其作为添加剂，与水泥、粉煤灰、铜矿渣微粉、刚玉作为水泥固化剂的主要成分，提高了水泥固化剂的抗压强度和抗折强度，使水泥固化剂在公路路床、底基层、地基加固等方面有更好的发展和应用。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体为一种水泥地基材料固化剂。
背景技术
水泥固化剂主要是以水泥、煤灰粉等原料组成，广泛应用在公路路床、底基层、等方面，提高水泥固化剂的强度，拓展其在地基加固、风积沙固化等领域的实际应用具有重要的意义。目前提高水泥固化剂的强度主要是加入添加剂，如矿渣粉、天然矿石、高强纤维等。
玻璃纤维是一种综合性能优异的无机材料，具有耐腐蚀性好、机械强度高等优点，使其可以作为增强材料，在高分子材料、水泥复合材料等领域有着广阔的应用前景。但玻璃纤维存在质地脆，耐磨性较差的缺陷，因此需要对其进行表面改性。超分子量聚乙烯纤维是目前比强度和比模量最高的纤维，目前对超分子量聚乙烯纤维的改性方法主要有辐照接枝、紫外光接枝等，本发明利用超分子量聚乙烯纤维对玻璃纤维进行表面改性，作为添加剂，增强水泥固化剂的综合强度。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供了一种水泥地基材料固化剂，解决了水泥地基材料固化剂抗压强度低和抗折强度低的问题。
本发明的技术方案是：
一种水泥地基材料固化剂，包括如下重量份数计的组分：100份水泥、65-75份水、25-70份粉煤灰、3-10份铜矿渣微粉、0.5-4份刚玉、2-15份超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维。
更进一步的，超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维的制备方法为：
S1、以60Co作为射线辐射源，对超分子量聚乙烯纤维进行预辐照，吸收计量为40-80kGy；然后将辐照后的超分子量聚乙烯纤维加入到含有马来酸酐、苯乙烯的甲苯溶液中，在氮气气氛中进行接枝反应，过滤，丙酮抽提，得到马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维。
S2、将质量比为1:0.8-4的KH550改性玻璃纤维和马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维分散到N,N-二甲基甲酰胺中，超声均匀，反应后过滤，水洗，干燥，得到超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维。
更进一步的，S1中甲苯溶液中马来酸酐、苯乙烯的质量分数分别为6-15%、3-10%。
更进一步的，S1中接枝反应在55-70℃的温度下，进行2-3 h。
更进一步的，S2中反应在120-150 ℃的温度下进行12-36 h。
更进一步的，KH550改性玻璃纤维的制备方法为：将玻璃纤维在马弗炉中，400-450℃下煅烧1-1.5 h，然后将玻璃纤维加入到KH550的水溶液中，在氮气气氛中，60-80 ℃的温度下反应2-4 h，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到KH550改性玻璃纤维。
更进一步的，KH550的水溶液的质量分数为1-4%。
更进一步的，水泥地基材料固化剂的施工方法为：（1）将水泥、水、粉煤灰、铜矿渣微粉、刚玉、超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维混匀，得到水泥地基材料固化剂，通过搅拌设备直插式对原位土进行搅拌；
（2）搅拌设备正向运行逐渐深入搅拌并喷射固化剂，直至达到固化设计底部；搅拌设备反向运行缓慢提升搅拌并喷固化剂；
（3）每个小区块搅拌时间控制在7-10 min，每个小区块上下搅拌各3次，前2次边喷浆边搅拌，第3次不喷浆只搅拌，每个小区块搅拌完成后再整体搅拌一次，保证区块内搅拌均匀；
（4）在搅拌头上作一固定标志，当搅拌头往下搅拌至标志线时表明搅拌深度达到设计的固化深度。
更进一步的，（2）中搅拌提升或下降的速率控制在15-22 s/m。
更进一步的，（2）中固化剂的喷料速率控制在100-300Kg/min。
本发明的有益的技术效果是：
（1）本发明利用马来酸酐和苯乙烯作为接枝单体，对超分子量聚乙烯纤维进行辐照接枝，得到马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维，然后利用其马来酸酐具体与KH550改性玻璃纤维的氨基进行反应，得到超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维，在玻璃纤维表面引入超分子量聚乙烯纤维，有利于改善玻璃纤维质地脆，耐磨性差的问题。
（2）本发明将超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维作为添加剂，与水泥、粉煤灰、铜矿渣微粉、刚玉作为水泥固化剂的主要成分，提高了水泥固化剂的抗压强度和抗折强度，使水泥固化剂在公路路床、底基层、地基加固等方面有更好的发展和应用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
超分子量聚乙烯纤维：牌号UHMWPE HL5010；东莞市越泰新材料有限公司。
实施例1
（1）超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维的制备方法如下：
将玻璃纤维在马弗炉中，400℃下煅烧1 h，然后将玻璃纤维加入到质量分数为1%的KH550的水溶液中，在氮气气氛中，70 ℃的温度下反应4 h，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到KH550改性玻璃纤维。
以60Co作为射线辐射源，对超分子量聚乙烯纤维进行预辐照，吸收计量为80kGy；然后将辐照后的超分子量聚乙烯纤维加入到质量分数为6%马来酸酐和3%苯乙烯的甲苯溶液中，在氮气气氛中，在70℃的温度下，进行接枝反应3 h，过滤，丙酮抽提，得到马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维。
将质量比为1:0.8的KH550改性玻璃纤维和马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维分散到N,N-二甲基甲酰胺中，超声均匀，150 ℃的温度下反应24 h，反应后过滤，水洗，干燥，得到超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维。
（2）水泥地基材料固化剂的施工方法如下：
将重量份数为100份的水泥、65份水、25份粉煤灰、5份铜矿渣微粉、1份刚玉、2份超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维混匀，得到水泥地基材料固化剂，通过搅拌设备直插式对原位土进行搅拌；
搅拌设备正向运行逐渐深入搅拌并喷射固化剂，直至达到固化设计底部；搅拌提升或下降的速率控制在22 s/m，固化剂的喷料速率控制在100Kg/min；搅拌设备反向运行缓慢提升搅拌并喷固化剂；
每个小区块搅拌时间控制在8 min，每个小区块上下搅拌各3次，前2次边喷浆边搅拌，第3次不喷浆只搅拌，每个小区块搅拌完成后再整体搅拌一次，保证区块内搅拌均匀；
在搅拌头上作一固定标志，当搅拌头往下搅拌至标志线时表明搅拌深度达到设计的固化深度。
实施例2
（1）超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维的制备方法如下：
将玻璃纤维在马弗炉中，400℃下煅烧1h，然后将玻璃纤维加入到质量分数为1%的KH550的水溶液中，在氮气气氛中，80 ℃的温度下反应3 h，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到KH550改性玻璃纤维。
以60Co作为射线辐射源，对超分子量聚乙烯纤维进行预辐照，吸收计量为80kGy；然后将辐照后的超分子量聚乙烯纤维加入到质量分数为15%马来酸酐和10%苯乙烯的甲苯溶液中，在氮气气氛中，在60℃的温度下，进行接枝反应2 h，过滤，丙酮抽提，得到马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维。
将质量比为1:0.8的KH550改性玻璃纤维和马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维分散到N,N-二甲基甲酰胺中，超声均匀，140 ℃的温度下反应24 h，反应后过滤，水洗，干燥，得到超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维。
（2）水泥地基材料固化剂的施工方法如下：
将重量份数为100份的水泥、65份水、40份粉煤灰、8份铜矿渣微粉、4份刚玉、5份超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维混匀，得到水泥地基材料固化剂，通过搅拌设备直插式对原位土进行搅拌；
搅拌设备正向运行逐渐深入搅拌并喷射固化剂，直至达到固化设计底部；搅拌提升或下降的速率控制在15 s/m，固化剂的喷料速率控制在200Kg/min；搅拌设备反向运行缓慢提升搅拌并喷固化剂；
每个小区块搅拌时间控制在10 min，每个小区块上下搅拌各3次，前2次边喷浆边搅拌，第3次不喷浆只搅拌，每个小区块搅拌完成后再整体搅拌一次，保证区块内搅拌均匀；
在搅拌头上作一固定标志，当搅拌头往下搅拌至标志线时表明搅拌深度达到设计的固化深度。
实施例3
（1）超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维的制备方法如下：
将玻璃纤维在马弗炉中，450℃下煅烧1 h，然后将玻璃纤维加入到质量分数为4%的KH550的水溶液中，在氮气气氛中，70 ℃的温度下反应2 h，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到KH550改性玻璃纤维。
以60Co作为射线辐射源，对超分子量聚乙烯纤维进行预辐照，吸收计量为40kGy；然后将辐照后的超分子量聚乙烯纤维加入到质量分数为10%马来酸酐和5%苯乙烯的甲苯溶液中，在氮气气氛中，在70℃的温度下，进行接枝反应3 h，过滤，丙酮抽提，得到马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维。
将质量比为1:3的KH550改性玻璃纤维和马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维分散到N,N-二甲基甲酰胺中，超声均匀，120 ℃的温度下反应36 h，反应后过滤，水洗，干燥，得到超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维。
（2）水泥地基材料固化剂的施工方法如下：
将重量份数为100份的水泥、70份水、70份粉煤灰、3份铜矿渣微粉、4份刚玉、8份超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维混匀，得到水泥地基材料固化剂，通过搅拌设备直插式对原位土进行搅拌；
搅拌设备正向运行逐渐深入搅拌并喷射固化剂，直至达到固化设计底部；搅拌提升或下降的速率控制在15 s/m，固化剂的喷料速率控制在100Kg/min；搅拌设备反向运行缓慢提升搅拌并喷固化剂；
每个小区块搅拌时间控制在10 min，每个小区块上下搅拌各3次，前2次边喷浆边搅拌，第3次不喷浆只搅拌，每个小区块搅拌完成后再整体搅拌一次，保证区块内搅拌均匀；
在搅拌头上作一固定标志，当搅拌头往下搅拌至标志线时表明搅拌深度达到设计的固化深度。
实施例4
（1）超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维的制备方法如下：
将玻璃纤维在马弗炉中，400℃下煅烧1.5 h，然后将玻璃纤维加入到质量分数为1%的KH550的水溶液中，在氮气气氛中，70 ℃的温度下反应3 h，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到KH550改性玻璃纤维。
以60Co作为射线辐射源，对超分子量聚乙烯纤维进行预辐照，吸收计量为60kGy；然后将辐照后的超分子量聚乙烯纤维加入到质量分数为10%马来酸酐和3%苯乙烯的甲苯溶液中，在氮气气氛中，在55℃的温度下，进行接枝反应3 h，过滤，丙酮抽提，得到马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维。
将质量比为1: 4的KH550改性玻璃纤维和马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维分散到N,N-二甲基甲酰胺中，超声均匀，130 ℃的温度下反应24h，反应后过滤，水洗，干燥，得到超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维。
（2）水泥地基材料固化剂的施工方法如下：
将重量份数为100份的水泥、75份水、50份粉煤灰、10份铜矿渣微粉、0.5份刚玉、12份超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维混匀，得到水泥地基材料固化剂，通过搅拌设备直插式对原位土进行搅拌；
搅拌设备正向运行逐渐深入搅拌并喷射固化剂，直至达到固化设计底部；搅拌提升或下降的速率控制在15 s/m，固化剂的喷料速率控制在300Kg/min；搅拌设备反向运行缓慢提升搅拌并喷固化剂；
每个小区块搅拌时间控制在10 min，每个小区块上下搅拌各3次，前2次边喷浆边搅拌，第3次不喷浆只搅拌，每个小区块搅拌完成后再整体搅拌一次，保证区块内搅拌均匀；
在搅拌头上作一固定标志，当搅拌头往下搅拌至标志线时表明搅拌深度达到设计的固化深度。
实施例5
（1）超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维的制备方法如下：
将玻璃纤维在马弗炉中，450℃下煅烧1 h，然后将玻璃纤维加入到质量分数为2%的KH550的水溶液中，在氮气气氛中，70 ℃的温度下反应3 h，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到KH550改性玻璃纤维。
以60Co作为射线辐射源，对超分子量聚乙烯纤维进行预辐照，吸收计量为80kGy；然后将辐照后的超分子量聚乙烯纤维加入到质量分数为15%马来酸酐和3%苯乙烯的甲苯溶液中，在氮气气氛中，在55℃的温度下，进行接枝反应3 h，过滤，丙酮抽提，得到马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维。
将质量比为1:4的KH550改性玻璃纤维和马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维分散到N,N-二甲基甲酰胺中，超声均匀，120 ℃的温度下反应36 h，反应后过滤，水洗，干燥，得到超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维。
（2）水泥地基材料固化剂的施工方法如下：
将重量份数为100份的水泥、70份水、40份粉煤灰、5份铜矿渣微粉、3份刚玉、15份超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维混匀，得到水泥地基材料固化剂，通过搅拌设备直插式对原位土进行搅拌；
搅拌设备正向运行逐渐深入搅拌并喷射固化剂，直至达到固化设计底部；搅拌提升或下降的速率控制在15 s/m，固化剂的喷料速率控制在300Kg/min；搅拌设备反向运行缓慢提升搅拌并喷固化剂；
每个小区块搅拌时间控制在7 min，每个小区块上下搅拌各3次，前2次边喷浆边搅拌，第3次不喷浆只搅拌，每个小区块搅拌完成后再整体搅拌一次，保证区块内搅拌均匀；
在搅拌头上作一固定标志，当搅拌头往下搅拌至标志线时表明搅拌深度达到设计的固化深度。
对比例1
本对比例和实施例1的区别在于，不加入超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维；水泥地基材料固化剂的施工方法如下：
将重量份数为100份的水泥、65份水、25份粉煤灰、5份铜矿渣微粉、1份刚玉混匀，得到水泥地基材料固化剂，通过搅拌设备直插式对原位土进行搅拌；
搅拌设备正向运行逐渐深入搅拌并喷射固化剂，直至达到固化设计底部；搅拌提升或下降的速率控制在22 s/m，固化剂的喷料速率控制在100Kg/min；搅拌设备反向运行缓慢提升搅拌并喷固化剂；
每个小区块搅拌时间控制在8 min，每个小区块上下搅拌各3次，前2次边喷浆边搅拌，第3次不喷浆只搅拌，每个小区块搅拌完成后再整体搅拌一次，保证区块内搅拌均匀；
在搅拌头上作一固定标志，当搅拌头往下搅拌至标志线时表明搅拌深度达到设计的固化深度。
固化施工后，对各掺量试验块均随机选取点进行了重型动力触探，重型动力触探测试方法和实测数据如下：
重型动力触探试验采用横梁平台堆载法,用3根钢梁搭成平台,在平台上放置1m×1 m×3m的配重块,共6块，总配重为300 kN；荷载板尺寸为7m×0.5m；加荷采用2MN手动油压千斤顶；荷载量测采用20MPa液压表；沉降量测采用2块50 mm百分表，对称安装于荷载板两侧。
表1 为重型动力触探结果统计表：
参考GB/T 17671-1999的标准，采用水泥抗压强度试验机和水泥电动抗折试验机对水泥地基材料试样进行抗压强度和抗折强度试验，试样尺寸为50mm×50mm×200 mm，每组5块。水泥地基材料试样脱模后进行养护，到规定龄期后再进行抗压强度和抗折强度试验。
表2为抗压强度测试表：
表3为抗折强度测试表：
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种水泥地基材料固化剂，其特征在于：水泥地基材料固化剂包括如下重量份数计的组分：100份水泥、65-75份水、25-70份粉煤灰、3-10份铜矿渣微粉、0.5-4份刚玉、2-15份超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维；所述超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维的制备方法为：
S1、以60Co作为射线辐射源，对超分子量聚乙烯纤维进行预辐照，吸收计量为40-80kGy；然后将辐照后的超分子量聚乙烯纤维加入到含有马来酸酐、苯乙烯的甲苯溶液中，在氮气气氛中进行接枝反应，过滤，丙酮抽提，得到马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维；
S2、将质量比为1:0.8-4的KH550改性玻璃纤维和马来酸酐接枝超分子量聚乙烯纤维分散到N,N-二甲基甲酰胺中，超声均匀，反应后过滤，水洗，干燥，得到超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的水泥地基材料固化剂，其特征在于：S1中甲苯溶液中的马来酸酐、苯乙烯的质量分数分别为6-15%、3-10%。
3. 根据权利要求1所述的水泥地基材料固化剂，其特征在于：S1中接枝反应在55-70℃的温度下，进行2-3 h。
4. 根据权利要求1所述的水泥地基材料固化剂，其特征在于：S2中反应在120-150 ℃的温度下进行12-36 h。
5. 根据权利要求1所述的水泥地基材料固化剂，其特征在于：KH550改性玻璃纤维的制备方法为：将玻璃纤维在马弗炉中，400-450℃下煅烧1-1.5 h，然后将玻璃纤维加入到KH550的水溶液中，在氮气气氛中，60-80 ℃的温度下反应2-4 h，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到KH550改性玻璃纤维。
6.根据权利要求1所述的水泥地基材料固化剂，其特征在于：KH550的水溶液的质量分数为1-4%。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的水泥地基材料固化剂的施工方法，其特征在于：所述施工方法为：
（1）将水泥、水、粉煤灰、铜矿渣微粉、刚玉、超分子量聚乙烯纤维改性玻璃纤维混匀，得到水泥地基材料固化剂，通过搅拌设备直插式对原位土进行搅拌；
（2）搅拌设备正向运行逐渐深入搅拌并喷射固化剂，直至达到固化设计底部；搅拌设备反向运行缓慢提升搅拌并喷固化剂；
（3）每个小区块搅拌时间控制在7-10 min，每个小区块上下搅拌各3次，前2次边喷浆边搅拌，第3次不喷浆只搅拌，每个小区块搅拌完成后再整体搅拌一次，保证区块内搅拌均匀；
（4）在搅拌头上作一固定标志，当搅拌头往下搅拌至标志线时表明搅拌深度达到设计的固化深度。
8. 根据权利要求7所述的水泥地基材料固化剂的施工方法，其特征在于：（2）中搅拌提升或下降的速率控制在15-22 s/m。
9.根据权利要求7所述的水泥地基材料固化剂的施工方法，其特征在于：（2）中固化剂的喷料速率控制在100-300Kg/min。
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