一种高液限土用复合固化剂及其使用方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种高液限土用复合固化剂及其使用方法和应用，该高液限土用复合固化剂由以下重量百分比的原料组成：硅酸盐水泥35～45％，矿渣粉35～43％，生石灰8～11％，木质素9～13％。采用本发明专利技术高液限土用复合固化剂，使改良后的高液限土的CBR值显著提高，并能满足路基填料要求，解决高液限土不能用于路基填料的问题。而本发明专利技术固化剂通过添加矿渣粉、生石灰、木质素来减少水泥用量，使工业副产品矿渣、木质素实现变废为宝，避免了资源的浪费同时降低施工成本，符合可持续发展理念。

【技术实现步骤摘要】
一种高液限土用复合固化剂及其使用方法和应用
本专利技术属于高液限土
，尤其涉及一种高液限土用复合固化剂及其使用方法和应用。
技术介绍
高液限土的液塑限高、含水率高、孔隙比大、强度较低及压缩性较低。《公路路基施工技术规范》(JTGF10-2006)规定，液限大于50％、塑性指数大于26的高液限土不得直接用作路基填料，应采取一定的措施对其改良，经检查合格后方可使用；在强度方面规定一级公路路基填料最小强度(CBR)要求为8％。广东湛江总体地形平坦，地貌单元有海积平原、冲洪积洼地、冲洪积平原、微丘台地。湛江地区雨水多，雨季时间长，长期以来，用于路堤填料或路堑土多数液限指数较高，塑性指数过大，粘土颗粒成分含量过高，对公路路基的强度和稳定性、路面的耐久性影响较大。目前针对高液限土，施工单位普遍采用弃方换填或改良等方式进行处理以满足规范要求。广东地区高液限土含量大，采用弃方换填方式将增加工程造价，增大施工场地安排难度，且土方运输对环境也有不利影响。程涛等通过试验获得了不同性能高液限土的最佳掺砂比例，李方华研究了不同性质高液限土的最佳掺砂砾石比，赵朝阳进行了石灰改良高液限土试验的研究，提出了路基填筑改良措施，龙韬进行了掺砂对湖区路基粘土工程性质的影响研究，得出掺细砂对承载比提高有明显作用，朱冬梅等研究了高液限土的改良填筑施工工艺，分析了各种方案的改良效果和机理，杨和平等研究了石灰改良高液限土的路用特性，曾静等研究了高液限土与红粘土路用性能。上述对高液限土路基改良的措施一般是选择单掺水泥、砂或者石灰。由于条件限制及考虑环境保护，单一材料往往难以大量获取，且价格变化的幅度大，不利于控制工程成本，因此，本专利技术提出一种新的高液限土用复合固化剂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种高液限土用复合固化剂及其使用方法和应用，性能优越，经济合理，经改良后的高液限土的CBR值显著提高，并能满足路基填料要求，解决高液限土不能用于路基填料的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种高液限土用复合固化剂，由以下重量百分比的原料组成：硅酸盐水泥35～45％，矿渣粉35～43％，生石灰8～11％，木质素9～13％。本专利技术固化剂中，水泥是一种水硬性无机凝胶材料，常用来治理软土路基，其固化机理是水泥与水发生水化反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等凝胶状水化物，这些水化物与土壤中的活性成分反应生成片状、纤维状或针状的晶体，增大了土颗粒间的连接，在土壤中形成稳定的网状结构，使土壤的强度得到提高。矿渣粉是钢铁厂冶炼过程中产生的粒化高炉废渣经干燥、研磨后得到的粉体材料，是一种具有潜在活性的工业废弃物，廉价易得，在使用水泥改良高液限土时掺入矿渣，可节省水泥用量，降低成本；矿渣能够填充土颗粒间的空隙，碾压后土体更加密实，早期强度得到提升。同时在土壤中吸收水分离解出大量离子并与土中矿物反应生成凝胶物，增强了土的黏聚力，其中钙离子还能与空气中二氧化碳反应生成碳酸钙，使土壤强度进一步提高，掺入矿渣粉使后期强度明显提升，使土体具有良好的抗海水侵蚀性、抗侵蚀性，具有较好的工作性能。此外，矿渣用于改善高液限土，可实现废料再利用，有利于环境保护；矿渣价格较水泥便宜，在改良中可节省约大量的水泥用量，又能够保证改良后强度达到要求。本专利技术固化剂中的生石灰是碳酸钙经高温煅烧而成的产物，价格低廉容易获取，在水的作用下离解出钙离子和氢氧根离子，土与这些离子交换使细颗粒土凝聚，增大土体的整体性；土中的粘土矿物和SiO2以及Al2O3与石灰发生化学反应，生成硅酸石灰水化物以及铝酸石灰水化物，使土颗粒产生胶结作用；土和空气中的CO2与石灰在潮湿环境中直接发生反应生成坚硬的碳酸钙，增大土体的强度。木质素是一种三维高分子化合物，由苯基丙烷类结构单元通过碳-碳键和醚键连接而成，含有多种活性官能团。木质素对于高液限土的改良具有以下作用：①木质素在土体孔隙水中水解，木质素的低价阳离子Na+与反离子层中的高价阳离子Ga2+发生离子交换；②木质素中的仲羟基产生断裂与水中H+共用一对电子，发生质子化反应，质子化的木质素释放出水分子并形成带正电的木质素聚合物；③在静电作用下，带正电的木质素聚合物吸附在土体表面，中和土体中的负电荷，使土颗粒间距减小；④木质素聚合物具有凝胶性质能够填充土体颗粒间的空隙，使外界水分无法渗入土体内部，提高土体水稳定性，同时将相邻的土颗粒紧密连接在一起，提高土壤稳固层的抗弯拉强度；⑤在经过大型机械的压实作用后，使土体更加密实，强度得到大度提升。本专利技术固化剂，木质素作为高分子有机物在水中水解出阳离子，并形成带正电的木质素聚合物，中和土体中的负电荷并减小土颗粒间距，木质素聚合物具有凝胶性质，使外界水分无法渗入土体内部，提高了土体水稳定性；水泥、矿渣粉、生石灰作为无机化合物在水的作用下发生化学反应，生成凝胶状水化物对土壤进行固化，进一步提高土体强度。将有机化合物与无机化合物复合使用，克服单一固化剂的缺陷，使高液限土工程性质得到了极大改善。优选的，所述固化剂由以下重量百分比的原料组成：硅酸盐水泥40％，矿渣粉40％，生石灰10％，木质素10％。上述配方中各原料之间配合合理，对于高液限土具有优异的改良效果。优选的，所述硅酸盐水泥为P.C32.5复合硅酸盐水泥；采用P.C32.5复合硅酸盐水泥，其采用粉煤灰和煤矸石作为混合料，具有早期和后期强度稳定、水化热低、耐腐蚀性强、价格经济等特点；所述矿渣粉是S95矿渣粉，其表面积不小于400m2/Kg、28天活性指数不小于95％；所述生石灰中氧化钙的质量含量≥90％，细度≥200目；所述生石灰是由碳酸钙天然岩石在高温下煅烧分解生成的产物；所述木质素的纯度≥70％；所述木质素是来源于造纸厂的副产品，呈粉末状固体且具有一定的芳香味，主要成分为木质素及其衍生物和少量无机盐类。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了一种高液限土用复合固化剂的使用方法，包括以下步骤：1)确定固化剂在高液限土中的掺量；2)使固化剂和高液限土拌合均匀。优选的，所述高液限土为液限为50％～100％的高液限土。对于液限超过100％的高液限土本方法不再经济适用。优选的，所述步骤1)中，所述高液限土的液限为50％～70％时，所述固化剂的掺入量为高液限土质量的3％～5％；所述高液限土的液限为70％～100％时，所述固化剂的掺入量为高液限土质量的5％～7％。高液限土经改良后，液限和塑性指数降低、强度得到大幅提升，满足规范中的填筑要求。优选的，使用方法还包括以下步骤：将固化剂和高液限土拌合均匀得到的物料的压实含水率控制在合理范围内，使压实含水率与最佳含水率之差不超过5％。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了一种应用，具体为将上述高液限土用复合固化剂以及上述使用方法应用于路基填筑领域中。优选的，具体应用时，包括以下步骤：1)上土准备：将高液限土作为路基填料，确定松铺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高液限土用复合固化剂，其特征在于，所述固化剂由以下重量百分比的原料组成：硅酸盐水泥35～45％，矿渣粉35～43％，生石灰8～11％，木质素9～13％。/n

【技术特征摘要】
1.一种高液限土用复合固化剂，其特征在于，所述固化剂由以下重量百分比的原料组成：硅酸盐水泥35～45％，矿渣粉35～43％，生石灰8～11％，木质素9～13％。


2.根据权利要求1所述的高液限土用复合固化剂，其特征在于，所述固化剂由以下重量百分比的原料组成：硅酸盐水泥40％，矿渣粉40％，生石灰10％，木质素10％。


3.根据权利要求1或2所述的高液限土用复合固化剂，其特征在于，所述硅酸盐水泥为P.C32.5复合硅酸盐水泥；
所述矿渣粉为S95矿渣粉；
所述生石灰中氧化钙的质量含量≥90％，细度≥200目；
所述木质素的纯度≥70％。


4.一种如权利要求1～3中任一项所述的高液限土用复合固化剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定固化剂在高液限土中的掺量；
2)使固化剂和高液限土拌合均匀。


5.根据权利要求4所述的使用方法，其特征在于，所述高液限土为液限为50％～100％的高液限土。


6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述高液限土的液限为50％～70％时，所述固化剂的掺入量为高液限土质量的3％～5％；所述高液限土的液限为70％～100％时，所述固化剂的掺入量为高液限土质量的5％～7％。


7.根据权利要求4～6中任一项所述的使用方法，其特征在于，还包括以下步骤：将固化剂和高液限土拌合均匀得到的物料的压实含水率控制在合理范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴范，徐海宁，谢振翔，黄希望，陈家闯，娄平，王强，
申请(专利权)人：中建湛江大道投资建设有限公司，中南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44