一种复合型土壤固化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合型土壤固化剂，包括粉料组分和液体组分，粉料组分是由赤泥20～40份和电石渣5～40份配制而成；液体组分是由水、聚丙烯酰胺、纤维素醚和二乙烯三胺五乙酸钠盐按100:(0.12～1.6):(0～0.8):(0.4～1.5)的重量份配比配制而成。本发明专利技术利用固废粉料组分和高分子液体组分的协同作用，提高了固化后土壤具有较高的无侧限抗压强度和抗压回弹模量，为固化土体的长期稳定性提供了有力保障。另外，本发明专利技术的粉料组分仅有赤泥和电石渣两种工业废料配制而成，实现了赤泥和电石渣的大规模再利用，且由于原料种类较少，使得固化剂产品性能更加稳定，进一步降低公路工程的施工成本，与市售水泥相比，每一米长度即可节约28%，经济效益显著。效益显著。

【技术实现步骤摘要】
一种复合型土壤固化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及建筑工程材料领域，尤其是涉及一种复合型土壤固化剂，还涉及一种复合型土壤固化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]在公路工程建设领域，对土体进行改良处治的一般做法就是在土体中掺入水泥、石灰、粉煤灰等无机固化材料，以提高土体的工程性能。但水泥、石灰行业的飞速发展不仅带来了无法忽视的环境问题，也未达到预期的效果。具体如下：当使用水泥固化土壤时，由于受土壤条件限制，产生强度有限，且干缩系数和温缩系数较大，易产生开裂，致使水泥稳定土的抗压、抗渗、抗冻和抗冲刷性降低；并且由于水泥的初凝时间短，对施工速率要求较高，而在实际施工过程中，因受实际施工条件等因素的影响，在短时间内完成各项工序工作难度较大。因此，在公路施工规范中，水泥稳定土被禁止用作高级公路基层。
[0003]当使用石灰固化土壤时，由于对石灰掺入量要求严格，且石灰稳定土浸水易软化，水稳定性较差，收缩率比水泥更大，一般无法满足工程要求。因此，石灰稳定土被公路施工规范禁止用作高速公路、一级公路基层。
[0004]土壤固化剂是一种由无机和/或有机材料混合而成的一种节能环保型工程材料，其在常温条件下能将土体胶结在一起或将能够将与土体发生反应生成胶凝物质，以达到改变土体工程性质，提高土体强度目的。与传统的水泥、石灰等固化材料相比，土壤固化剂不仅具有好的固化和经济、环境效益，还能解决水泥、石灰、粉煤灰等胶凝材料在土壤加固时难以解决的一些特殊问题，具有独特的土壤固化效果和广泛的实用性，已经被广泛应用于公路的基层及底基层、水利护坡、机场跑道等工程建设当中。
[0005]目前，随着各国对土壤固化剂的研究越来越深入，各种各样的土壤固化剂应运而生。现有的土壤固化剂主要液体土壤固化剂和固体土壤固化剂两种，液体土壤固化剂主要是由高分子材料配制而成（如中国专利技术专利CN111575010A、CN110563388B、CN108707460B等），这类固化剂虽然能在不同程度上优化固化土的无侧限抗压强度、水稳定性、抗干燥收缩和抗冻性等，但它们普遍存在掺量大，成本高，制备条件苛刻等缺陷。另外，这类固化剂主要是通过物理作用改善土体工程性质，如调节土壤混合物内部水分状态或分布、改性土壤颗粒表面带电情况等。因而其长期耐久性仍需进一步考究。
[0006]现有固体土壤固化剂大多是以工业固废为原料，产品易于运输和存储、价格低廉、节能环保，可实现固废资源的循环利用。但这类固化剂的原材料比较复杂，如专利技术专利CN111960797A公开了一种固废粉体土壤固化剂，以矿渣、煤矸石、脱硫石膏、钢渣等工业固废为主，掺加无机盐和乳胶粉等辅助材料，这些原材料的产地及性能指标存在较大差异，进而导致最终产品的性能不稳定；另外，固化剂用量偏高，可能会造成运输和施工不便。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种包含粉料组分和液体组分的复合型土壤固化剂，粉料组分仅采用赤泥和电石渣两种工业固废，原材料种类简单，有效保证粉料产品的性能；粉料组分和液体组分配合使用，显著降低用量。
[0008]为实现上述目的，本专利技术可采取下述技术方案：本专利技术所述的复合型土壤固化剂，包括粉料组分和液体组分，所述粉料组分是由赤泥20～40份和电石渣5～40份配制而成；所述液体组分是由水、聚丙烯酰胺、纤维素醚和二乙烯三胺五乙酸钠盐按100:(0.12～1.6): (0～0.8): (0.4～1.5)的重量份配比配制而成。
[0009]在上述方案中：本专利技术利用固废粉料组分和高分子液体组分的协同作用，提高了固化后土壤具有较高的无侧限抗压强度和抗压回弹模量，为固化土体的长期稳定性提供了有力保障。具体原理如下：本专利技术中电石渣的掺入，一方面激发赤泥的反应活性，另一方面为固化土体系补充Ca
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，两种工业固废与土壤中的活性硅铝组分协同作用，生成C
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H凝胶、铝胶、硅氧四面体和铝氧四面体聚合而成的网络结构产物等。这些反应产物可以有效胶结土壤颗粒并填充固化体孔隙，从而改善固化土体致密性，提高强度。
[0010]本专利技术中的聚丙烯酰胺和纤维素醚这些大分子的团聚、桥架作用，可将粉剂水化产物与土壤颗粒黏结在一起，填充孔隙，改善粉剂固化土的“脆性”，提升整体结构的抗干缩和抗裂能力；而二乙烯三胺五乙酸钠盐的络合能力可以减弱游离重金属离子的迁移性，起到生态固化的效果。
[0011]本专利技术的粉料组分仅有赤泥和电石渣两种工业废料配制而成，实现了赤泥和电石渣的大规模再利用，且由于原料种类较少，使得固化剂产品性能更加稳定，进一步降低公路工程的施工成本。
[0012]优选地，本专利技术中的赤泥拜耳法赤泥或烧结法赤泥，赤泥中的CaO≥25%。
[0013]优选地，本专利技术中的所述粉料组分的≤75μm，含水率≤1.0%。
[0014]优选地，所述电石渣中CaO≥50%。
[0015]优选地，所述聚丙烯酰胺为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为800万～1000万。
[0016]优选地，所述纤维素醚为羟乙基甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚或羧甲基纤维素醚中的任意一种或两种以上的组合，且纤维素醚的布氏粘度为1.5万～3.5万。更优选地，纤维素醚为羟乙基甲基纤维素醚。
[0017]在实际施工时，以重量百分数比计，所述粉料组分的掺量是土壤重量的3%～10%；所述液体组分的掺量不大于土壤和粉料组分总和的5%。
[0018]本专利技术还提供了一种复合型土壤固化剂的制备方法，该制备方法是将粉料组分和液体组分单独封装，具体包括：将赤泥和电石渣分别加入到球磨机中，利用球磨机预混球磨均匀，球磨均匀后过200目筛，得到粒径≤75μm的粉料成品，密封包装保存；向100份水中加入二乙烯三胺五乙酸钠盐，待二乙烯三胺五乙酸钠盐完全溶解后分别加入纤维素醚和聚丙烯酰胺，继续搅拌至完全溶解，得到透明的液体组分，将液体组分装桶密封保存。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术的粉料组分是由赤泥和电石渣配制而成，实现了赤泥和电石渣两种工业固废的循环再利用，成本低廉，具有很好的经济性（粉料产品的成本相对水泥可节约30%以上）和环保性，符合我国节能减排、绿色发展的产业政策，对工业固废的资源化利用具有广泛而深远的意义；粉料组分仅采用赤泥和电石渣两种工业固废，原料简单，便于控制产品质量。
[0020]本专利技术的土壤固化剂由粉料组分和液体组分构成，粉料组分中的电石渣一方面激发赤泥的反应活性，另一方面为固化土体系补充了Ca
2+
，两种工业固废与土壤中的活性硅铝组分协同作用，生成C
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H凝胶、铝胶、硅氧四面体和铝氧四面体聚合而成的网络结构产物等，有效胶结土壤颗粒并填充固化体孔隙，从而改善固化土体致密性，提高固化土的强度；本专利技术利用聚丙烯酰胺和纤维素醚的团聚、桥架作用，进一步将粉料的水化产物与土壤颗粒黏结在一起、填充孔隙，改善粉剂固化土的“脆性”，提升整体结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合型土壤固化剂，其特征在于：包括粉料组分和液体组分，所述粉料组分是由赤泥20～40份和电石渣5～40份构成；所述液体组分是由水、聚丙烯酰胺、纤维素醚和二乙烯三胺五乙酸钠盐按100:(0.12～1.6): (0～0.8): (0.4～1.5)的重量份配比配制而成。2.根据权利要求1所述的复合型土壤固化剂，其特征在于：所述赤泥为拜耳法赤泥或烧结法赤泥，赤泥中CaO≥25%。3.根据权利要求1所述的复合型土壤固化剂，其特征在于：所述粉料组分的≤75μm，含水率≤1.0%。4.根据权利要求1所述的复合型土壤固化剂，其特征在于：所述电石渣中CaO≥50%。5.根据权利要求1所述的复合型土壤固化剂，其特征在于：所述聚丙烯酰胺为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为800万～1000万。6.根据权利要求1所述的复合型土壤固化剂，其特征在于：所述纤维素醚为羟乙基甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：王笑风，杨博，赵亚婷，徐兴博，王振军，万晨光，张晓果，
申请(专利权)人：河南省交通规划设计研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：