一種用於濱海相軟土的固化劑的製作方法

2023-07-03 09:31:41

專利名稱：一種用於濱海相軟土的固化劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種土木建築材料，具體來說，涉及一種用於濱海相軟土的固化劑。
背景技術：
我國沿海地區軟土分布廣泛，一般具有高含水率、高壓縮性、高孔隙比、低強度、低滲透性、高靈敏度、擾動性大、流變性能顯著等特點。同時濱海相軟土土體中鹽分和有機質的存在，使得土體結構和組成成份相對複雜、物理力學性質相差較大。對濱海相軟土的加固利用，已成為濱海相軟土地基處理的關鍵技術問題之一。目前對於濱海相軟土處置方法很多，常採用的有淺層固化處理和深層的攪拌樁處理。這兩種方法其本質上都是通過添加固化劑(如水泥等)的辦法來提高土體的強度。然而由於濱海相軟土的特殊性，採用傳統的固化劑處理後的土的強度仍然偏低，加固效果不
王困相

發明內容
技術問題本發明所要解決的技術問題是提供一種用於濱海相軟土的固化劑， 該固化劑主要成分源於工業廢料，成本低廉，同時，與水泥系固化劑相比，該固化劑固化濱海相軟土效果更佳，可以達到固化濱海相軟土所需要的工程特性。技術方案為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種用於濱海相軟土的固化劑，按照質量百分比，該固化劑由以下組分組成水泥；35 45%，電石渣；35 45%，石膏15 20%，表面活性劑1 5%。有益效果與現有技術相比，採用本技術方案的濱海相軟土固化劑的有益效果是1.有利於節約資源、環境保護。本發明的固化劑的組分為水泥、電石渣、石膏和表面活性劑，其中，電石渣和石膏來源於工業廢料，且電石渣和石膏佔固化劑的質量分數在 50%以上。因此製備本發明的固化劑，主要成分只需要從工業廢料中提取，實現了工業廢料的有效利用。而現有的固化劑，例如水泥和石灰，都需要工業製備，需要利用工業原料。所以說，本發明的固化劑可以消耗大量的工業廢料，節約資源，有利於環境保護，屬於低碳、綠色、環保型產品。2.本固化劑固化濱海相軟土效果更佳，可以達到固化濱海相軟土所需要的工程特性。在本技術方案中，通過在濱海相軟土中摻加質量份數為4% 12%的本發明的固化劑， 使得固化濱海相軟土的孔隙發育程度降低，土的密實度增加，早期強度高、後期強度發展潛力較大、水穩定性好。而現有技術中，摻加水泥，或者水泥和石灰的混合物的濱海相軟土，強度較小、水穩定性較差，不能滿足工程控制指標。
3.製備成本低廉。本發明的固化劑的組分材料各地極易購取，成本低(比同類的產品低30%-40%)。同時製備時，只需要將各組分研磨呈粉狀，再混合攪拌即可。製備過程簡單。固化時，只需要按照工程要求，取適量的本發明的固化劑與濱海相軟土混合攪拌即可。施工工藝簡單。因此，本發明的固化劑製備成本低廉、施工工藝簡單，具有良好的經濟效益。而現有的固化劑，水泥或者石灰，製備過程比本發明的固化劑的製備過程複雜，且經濟成本高。
具體實施例方式本發明的一種用於濱海相軟土的固化劑，按照質量百分比，該固化劑由以下組分組成水泥；35 45%，電石渣35 45%，石膏15 20%，表面活性劑1 5%。該用於濱海相軟土的固化劑是以工業廢料作為主要組分，也就是說，電石渣和石膏都可以從工業廢料中提取。表面活性劑是輔助材料。該表面活性劑採用強鹼性氫氧化物， 例如可以是氫氧化鈉，或者氫氧化鉀。製備該固化劑時，將水泥、電石渣、石膏和表面活性劑均勻攪拌即可。如果這些組分中有呈塊狀體的，例如石膏，那麼需要首先將呈塊狀體的組分研磨成粉末狀，然後再與呈粉末狀的其他組分混合、攪拌均勻即可。本發明的固化劑用於固化濱海相軟土時，按照工程需求比例，將固化劑的各組分混合後充分攪拌。對於淺層濱海相軟土，將固化劑均勻撒鋪待處理地基中，再充分攪拌均勻。對於深層濱海相軟土，將固化劑按設計確定的配合比拌製成漿，待壓漿前將漿倒入集料鬥，通過深層攪拌機械在地基將漿液壓入待處理地基中強制拌和均勻，使濱海相軟土地基硬結成樁、牆等提高強度。欲提高固化土的強度，須固化劑各個組分之間以及固化劑各個組分與土顆粒之間發生各種物理化學作用效應，生成其獨特的水化物體系，要充分利用各個組分之間良好的協同效應，保證膨脹性水化物與膠結性水化物的生長過程必須協調。反應初期，本固化劑組分中水泥與土中的水分在表面活性劑NaOH(或Κ0Η)的提供的強鹼性環境激發下，水泥發生強烈的水解和水化反應，提高了固化土的早期強度，增加反應的效率。同時從溶液中分解出Ca(OH)2是後續反應的基礎，其形成水化物具有強烈的吸附活性，而使這些較大的土團粒進一步結合起來，形成了水泥土的鏈條狀結構，封閉土團間孔隙，形成穩定的聯結。固化劑組分中電石渣與土中鹽分發生離子交換反應Ca2++土顆粒)Na+(K+) — Ca) 土顆粒+Na+(K+)或a:a(0H)2+NaCl — CaCl2+NaOH，)增強了混合料的鹼性，繼續促進了水泥的水解、水化作用，使水泥能夠更好、更充分地發揮其固化穩定效果。土中礦物S^2和Al2O3 在鹼性環境下生成不溶於水的CaO-Al2O3-H2O系列水化物和CaO-SiO2-H2O系列化物等。並且電石渣中的Ca (OH) 2不斷地吸收水中的CO2,發生碳化反應Ca (OH) 2+C02 — CaC03+H20, CaC03 使土結團、粗粒化，填充擠密土體空隙，提高強度。
固化劑組分中石膏作用是發生CaS04+NaCl — CaCl2+Na2S04反應，生成的CaCl2具有強的吸水性，同時隨著CaCl2濃度增加，土顆粒孔隙水的表面張力增大，從而提高顆粒間的凝聚力，使得固化土後期強度增長。在各種組分發生、發展和固化土強度提高過程中，石膏促進了顆粒間的膨脹擠密，縮短顆粒間距，增加顆粒接觸面積和數量，從而增強顆粒間的結構連接，同時提高反應的速度和程度。固化劑各組分和土體之間持續的強鹼性環境，促進了水泥的水化和水解，以及石膏和土體之間的反應，使固化土早期和後期各反應之間能產生更大的協同效應，提高強度和整體性。下面通過實施例和對比例來進一步說明本發明的技術方案。在以下實施例和對比例中，用無側限抗壓強度(單位kPa)來表示加固濱海相軟土的強度特性，這一數值越高， 說明加固濱海相軟土的強度就越高；用水穩係數表示加固濱海相軟土的水穩性，水穩係數是浸水養護試件的無側限抗壓強度與標準養護試件的無側限抗壓強度的比值，水穩係數越接近1，說明加固濱海相軟土的水穩性越好。本技術方案中使用的固化劑各組分可以通過市場購得。實施例1(1)試驗材料濱海相軟土 所用土樣取自江蘇連雲港地區典型的濱海相軟土，在使用前進行了晾曬，其基本的物理力學性質指標如表1。表1連雲港地區濱海相軟土的基本物理力學性質
土質比重天然含水量 (%)天然孔隙比液限 (%)塑性指數粘聚力 (kPa)內摩擦角(° )壓縮模量 (MPa)濱海相軟土2. 7342. 31. 40638. 618. 67. 44. 82. 89水泥為南京三龍水泥有限公司生產的「天寶山牌」 32. 5#普通矽酸鹽水泥， 按照GB/T1346-2001試驗規程試驗，初凝、終凝時間分別為205min、260min，抗壓強度為 12. 5Mpa，水泥細度、安定性均符合GB175-1999的質量標準要求。電石渣為江蘇省常州市乙炔製造公司生產，其中CaO含量為68. 99%，燒失量為 24. 85%。石膏為南京江南水泥有限公司生產，有效矽含量為56.8%，比表面積為 35000cm2/go表面活性劑NaOH 為南京市宏焱化工貿易有限公司生產，分析純，白色不透明固體。(2)試驗方法第一步製備用於濱海相軟土的固化劑將水泥40%、電石渣40%、石膏15%、表面活性劑5%均勻攪拌混合，形成固化劑。第二步將第一步製備的固化劑與濱海相軟土按照4 96的質量比混合，並均勻攪拌。
第三步進行無側限抗壓強度試驗(包括水穩定實驗)。無側限抗壓強度試驗試樣為(t5CmX5Cm的圓柱體，在最佳含水量時採用靜力壓實成型，壓實度為96 %，養護制度為標準養護養護齡期為7天時，標養6天，浸水1天；養護齡期為觀天時，標養27天，浸水1天。浸水養護養護齡期為7天時，標養3天，浸水4 天；養護齡期為觀天時，標養7天，浸水21天。水穩係數對於同一試樣，水穩係數是浸水養護試件的無側限抗壓強度與標準養護試件的無側限抗壓強度的比值。以上試驗均按照公路土工試驗規程(JTG E40-2007)和公路工程無機結合料穩定材料試驗規程(JTG E51-2009)進行。(3)實驗結果實驗結果如表3所示。實施例2本實施例的試驗材料和固化劑中各組分的質量百分數都與實施例1相同，所不同的是試驗方法的第二步，固化劑和濱海相軟土的質量比不同。本實施例中固化劑與濱海相軟土的質量比為8 92。實驗結果如表3所示。實施例3本實施例的試驗材料和固化劑中各組分的質量百分數都與實施例1相同，所不同的是試驗方法的第二步，固化劑和濱海相軟土的質量比不同。本實施例中固化劑與濱海相軟土的質量比為12 88。實驗結果如表3所示。實施例4本實施例的試驗材料與實施例1相同，所不同的是試驗方法第一步，製備的固化劑中的各組份的質量百分數不同，以及試驗方法第二步中固化劑與濱海相軟土的質量比不同。具體數值如表2所示。實驗結果如表3所示。實施例5本實施例的試驗材料與實施例1相同，所不同的是試驗方法第一步，製備的固化劑中的各組份的質量百分數不同，以及試驗方法第二步中固化劑與濱海相軟土的質量比不同。具體數值如表2所示。實驗結果如表3所示。實施例6本實施例的試驗材料與實施例1相同，所不同的是試驗方法第一步，製備的固化劑中的各組份的質量百分數不同，以及試驗方法第二步中固化劑與濱海相軟土的質量比不同。具體數值如表2所示。實驗結果如表3所示。對比例1本對比例中的實驗材料濱海相軟土與實施例1相同；固化劑採用水泥。將固化劑與濱海相軟土按照8 92的質量比均勻攪拌混合後，進行無側限抗壓強度試驗。無側限抗壓強度試驗的試驗條件和試驗方法都與實施例1相同。實驗結果如表3所示。對比例2本對比例中的實驗材料濱海相軟土與實施例1相同；固化劑採用石灰和水泥的混合物，其中，按照質量百分數石灰66.5%，水泥33.5%。將固化劑與濱海相軟土按照 8 92的質量比均勻攪拌混合後，進行無側限抗壓強度試驗。無側限抗壓強度試驗的試驗條件和試驗方法都與實施例1相同。實驗結果如表3所示。
表2:試驗方案
權利要求
1.ー種用於濱海相軟土的固化劑，其特徵在幹，按照質量百分比，該固化劑由以下組分 組成水泥；35 45%，電石渣35 45%，石膏15 20%，表面活性劑1 5%。
2.按照權利要求1所述的用於濱海相軟土的固化劑，其特徵在幹，所述的固化劑中，表 面活性劑是強鹼性氫氧化物。
3.按照權利要求2所述的用於濱海相軟土的固化劑，其特徵在幹，所述的表面活性劑 是氫氧化鈉，或者氫氧化鉀。
4.按照權利要求3所述的用於濱海相軟土的固化劑，其特徵在幹，所述的固化劑，按照 質量百分比，水泥40%，電石渣40%，石膏18%氫氧化鈉2%。
5.按照權利要求3所述的用於濱海相軟土的固化劑，其特徵在幹，所述的固化劑，按照 質量百分比，水泥44%，電石渣；35%，石膏20%，氫氧化鈉 1%。
6.按照權利要求3所述的用於濱海相軟土的固化劑，其特徵在幹，所述的固化劑，按照 質量百分比，水泥45%，電石渣；35%，石膏15%，氫氧化鈉 5%。
全文摘要
本發明公開了一種用於濱海相軟土的固化劑，按照質量百分比，該固化劑由以下組分組成水泥35～45％，電石渣35～45％，石膏15～20％，表面活性劑1～5％。該固化劑主要成分源於工業廢料，成本低廉，同時，與水泥系固化劑相比，該固化劑固化濱海相軟土效果更佳，可以達到固化濱海相軟土所需要的工程特性。
文檔編號C04B28/00GK102557536SQ20111040412
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者朱志鐸, 譚敏, 魏仁傑 申請人:東南大學