CN1257957C - 一种新型土壤固化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型土壤固化剂。它以胶凝材料、碱性催化剂、表面活性剂和矿渣为原料,按合理的重量配合比的组分混合粉磨至勃氏比表面积400-900m2/kg制成固化土壤激发剂。本发明的新型土壤固化剂因其固结强度高、水稳性好、抗冻性能好、变形小、耐久高及适用范围广等特点,其固化原理为:在使土体的基本结构单元无分散、像界面紧密接触的同时,发挥土体硅酸盐、铝酸盐等矿物潜在的活性,使其界面形成牢固的多晶聚集体,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。本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。
Description
技术领域
本发明属土木建筑材料技术领域,特别涉及一种土木建筑工程应用的水硬性胶凝材料MBER(A Materrial Becoming Earth into Rock),即新型土壤固化剂。
背景技术
目前,土木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。当用沙石作骨料,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,则要把砂石中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。
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。虽然也有土壤固化剂的相关报道,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。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种价格便宜,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的新型土壤固化剂。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。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,所以它还具有经济、环保的特点。
实现上述发明目的的技术方案是:一种新型土壤固化剂,其特征在于,该土壤固化剂由下列重量比的组分组成:胶凝材料78%~80%、碱性催化剂10%~15%、表面活性剂1%~1.5%、矿渣3.5%~11%,其原料总和为100%,含水量小于2%,上述组分混合后粉磨至勃氏比表面积400-900m2/kg;
上述胶凝材料选自硅酸钙、铝酸钙、铁铝酸盐其中的一种或多种复合;
碱性催化剂由天然石膏,粉煤灰组成,石膏含量以土壤固化剂中SO3含量在4.0±0.2%范围内控制;
表面活性剂由硅酸钠、硫酸铜、硫酸钠和FDN组成,硅酸钠、硫酸铜、硫酸钠和FDN按(1.5~2.5)∶(0.8~1.5)∶(0.8~1.2)∶(1.2~1.9)复合。
所述的矿渣包括炉渣或钢渣或铁渣或粉煤灰或其它工业矿渣的一种或组合。
本发明的新型土壤固化剂因其固结强度高、水稳性好、抗冻性能好、变形小、耐久高及适用范围广等特点,可将最廉价的土、灰渣固结成满足要求的建筑材料,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
以下结合发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明的新型土壤固化剂,以下列重量配合比的组分混合粉磨至勃氏比表面积400-900m2/kg制成:
胶凝材料: 78%~80%
碱性催化剂: 10%~15%
表面活性剂: 1%~1.5%
矿渣: 3.5%~11%
所述的材料各组分中,其含水量应小于2%;
胶凝材料包括有硅酸钙,铝酸钙,铁铝酸盐一种或多种组合;
碱性催化剂由天然石膏,粉煤灰组成。石膏含量以土壤固化剂中的SO3含量在4.0±0.2%范围内控制;
表面活性剂为硅酸钠,硫酸铜,硫酸钠及FDN原料,按1.5~2.5∶0.8~1.5∶0.8~1.2∶1.2~1.9比例复合而成。
矿渣包括:炉渣、钢渣、铁渣及粉煤灰、其它工业矿渣的一种或组合。
本发明的新型土壤固化剂具有化学加固的突出特点。其固化原理为:在使土体的基本结构单元无分散、像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。本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。
胶凝材料构成反应主体,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;碱性催化剂主要起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;表面活性剂中不同成分的相互作用,分别起到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;矿渣作为辅助填充材料,平衡固化土体的强度。
以下是发明人给出的实施例。
实验1:不同表面活性剂组分比列配制的水硬性胶凝材料
实验2:不同表面活性剂组分组成水硬性胶凝材料与黏土试验
配方类型 | 水硬性胶凝材料 | 巩义黏土 | 7d强度 | 28d强度 |
A1 | 1 | 8 | 2.71 | 8.23 |
A2 | 1 | 8 | 1.94 | 5.37 |
A3 | 1 | 8 | 1.47 | 4.42 |
A4 | 1 | 8 | 1.36 | 4.13 |
A5 | 1 | 8 | 1.06 | 3.25 |
从表2可以看出配方A1强度高于其它配方。
实验3:强度实验方案及其结果
列号 | 1 | 2 | 强度(MPa) | ||||
水硬性胶凝材料 | 水硬性胶凝材料:粘土掺量 | X1 | X2 | X3 | T′=∑Xi | T″=1/3T′ | |
1 | A1 | (1∶6) | 3.756 | 3.374 | 3.246 | 10.376 | 3.458667 |
2 | A1 | (1∶8) | 4.838 | 4.265 | 3.374 | 12.477 | 4.159 |
3 | A1 | (1∶10) | 3.056 | 2.355 | 2.355 | 7.766 | 2.588667 |
4 | 水泥(32.5) | (1∶6) | 2.928 | 2.801 | 3.183 | 8.912 | 2.970667 |
5 | 水泥(32.5) | (1∶8) | 2.165 | 1.91 | 1.655 | 5.73 | 1.91 |
6 | 水泥(32.5) | (1∶10) | 1.53 | 1.53 | 2.101 | 5.161 | 1.720333 |
从表3可以看出,本发明的水硬性胶凝材料的强度与水泥的强度相比,组分A1好于水泥。
实验4:强度实验方案及其结果
土料 | 固化剂 | 冻融前强度(MPa) | 冻融后强度(MPa) | 强度损失率(%) | |
种类 | 含量(%) | ||||
砂土 | MBER | 20 | 5.40 | 4.70 | 14.0 |
14 | 5.71 | 3.70 | 17.7 | ||
10 | 7.14 | 4.62 | 35.3 | ||
HEC | 20 | 4.01 | 3.06 | 23.7 | |
14 | 4.22 | 2.78 | 34.1 | ||
10 | 6.24 | 4.65 | 25.5 | ||
水泥(32.5) | 10 | 1.52 | 2.83 | 46.3 |
备注:HEC为另一种土壤固化剂;强度损失率为冻融循环12次减少的强度与冻融前强度比值。
从表4可以看出,本发明的新型土壤固化剂(MBER)抗冻性能明显优于固化剂HEC和32.5#水泥。
Claims (2)
1.一种土壤固化剂,其特征在于,该土壤固化剂由下列重量比的组分组成:胶凝材料78%~80%、碱性催化剂10%~15%、表面活性剂1%~1.5%、矿渣3.5%~11%,其原料总和为100%,上述组分混合后,粉磨至勃氏比表面积400-900m2/kg,所述各组分中,其含水量小于2%;
上述胶凝材料选自硅酸钙、铝酸钙、铁铝酸盐其中的一种或多种复合;
碱性催化剂由天然石膏,粉煤灰组成,石膏含量以土壤固化剂中SO3含量在4.0±0.2%范围内控制;
表面活性剂由硅酸钠、硫酸铜、硫酸钠和FDN组成,硅酸钠、硫酸铜、硫酸钠和FDN按(1.5~2.5)∶(0.8~1.5)∶(0.8~1.2)∶(1.2~1.9)复合。
2.如权利要求1所述的土壤固化剂,其特征在于,所述的矿渣选自炉渣或钢渣或铁渣或粉煤灰或其它工业矿渣的一种或复合。
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