一種土壤固化劑及其製備方法和應用與流程
2023-09-14 19:50:20 2
本發明涉及土壤固化劑及其製備方法和應用，屬於土木工程材料技術領域。
背景技術：
土壤固化劑在我國還是個新事物，從研究、生產到應用施工，可以說是一項複雜的系統工程，涉及到化工、機械、建築工程、道路工程、水利工程等很多學科領域。
在國內的土壤固化工程中，大都採用傳統的石灰、水泥、粉煤灰等土壤固化材料，但是這些土壤固化劑往往存在著一定的不足。例如，石灰土形成的固化體強度形成緩慢，往往影響施工進度，特別是石灰土幹縮大、易開裂、易軟化、水穩性差。水泥土也存在幹縮較大、易開裂等問題，並且暴露的水泥土易因水泥水化反應、環境溫度、溼度的變化造成體積的不均勻變化而產生裂縫，這種裂縫的出現，會導致固化體(水泥土)的抗壓強度、抗滲、抗凍和抗衝刷性能降低，水泥土中大量採用水泥作為固化劑，也增加了工程成本。近年來，石灰-粉煤灰被廣泛用於土體的穩定處理，但在使用中發現石灰-粉煤灰土的早期強度低，直接影響施工進度，另外二灰土也存在水穩性差的缺點，影響了工程質量。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是顯著提高固化土的無側限抗壓強度和水穩性，從而解決土壤的固化問題。
本發明的目的之一是提供一種顯著提高固化土的無側限抗壓強度和水穩性的土壤固化劑。所述的土壤固化劑由以下重量百分比的組分組成：1％-3％的氯化鈉，5％-10％的輕燒氧化鎂，5％-15％的建築石膏，5％-10％的建築石灰、70％-80％的粒化高爐礦渣粉。
優選地，所述的土壤固化劑由以下重量百分比的組分組成：2％的氯化鈉，8％的輕燒氧化鎂，10％的建築石膏，5％的建築石灰、75％的粒化高爐礦渣粉。
本發明中各百分數，在無特別說明的情況下，都是指質量百分比或重量百分比。
優選地，所述氯化鈉是用於海水、湖鹽中採掘的鹽或以鹽湖滷水、巖鹽或地下滷水為原料製成的工業用鹽，氯化鈉含量≥92％，水分≤2％，水不溶物≤0.4％。
優選地，所述輕燒氧化鎂，是用於菱鎂製品所用的由菱鎂礦經煅燒、粉磨而成的輕燒氧化鎂，氧化鎂含量大於80％，其中，活性氧化鎂含量＞60％，游離氧化鎂含量不大於2.0％，80μm方孔篩篩餘不大於10％。
優選地，所述建築石膏是天然石膏或工業副產石膏經脫水處理製得的，以β型半水硫酸鈣為主要成分，不預加任何外加劑或添加物的粉狀膠凝材料，β型半水硫酸鈣的含量不小於60％，0.2mm的方孔篩篩餘不大於10％。
優選地，所述建築石灰為是建築工程用的鈣質生石灰，有效鈣加氧化鎂含量不小於80％，未消化殘遺含量不大於11％。
優選地，所述的粒化高爐礦渣粉是以粒化高爐礦渣為主要原料，可摻少量石膏磨製成一定細度的粉體，表觀密度不小於2.8g/cm3，比表面積不小於400m2/kg，7天活性指數不小於75％，28天活性指數不小於95％。
本發明的另一發明目的是提供一種上述土壤固化劑的製備方法，所述的土壤固化劑的製備方法為：將氯化鈉、輕燒氧化鎂、建築石膏、建築石灰、粒化高爐礦渣粉按比例放入攪拌設備中，攪拌均勻，得土壤固化劑產品。
本發明的再一發明目的是提供一種上述土壤固化劑的應用，按照土壤固化劑的摻量為被固化土溼土質量的10％～30％。摻量應根據固化要求和溼土含水量經試驗確定。
本發明的有益效果在於：
本發明的土壤固化劑可使固化土的無側限抗壓強度提高40％，水穩性提高40％，解決了土固化的應用問題；其製備方法簡單，組分為化工材料和建築材料，容易獲取。
下面結合實施例對本發明的具體實施方式做進一步描述。本發明可以根據固化要求和溼土含水量適當調整配方，按照以下實施例所述的方法進行操作，配製出滿足性能要求的土壤固化劑和固化土體。
具體實施方式
實施例：土壤固化劑製備
將氯化鈉、輕燒氧化鎂、建築石膏、建築石灰、粒化高爐礦渣粉按照比例放入攪拌設備中，攪拌均勻。各組分實施的組分含量如表1所示。
其中，實施例中所使用的氯化鈉是用於海水、湖鹽中採掘的鹽或以鹽湖滷水、巖鹽或地下滷水為原料製成的精製工業用鹽，氯化鈉含量≥92％，水分≤2％，水不溶物≤0.4％。
所使用的輕燒氧化鎂是用於菱鎂製品所用的由菱鎂礦經煅燒、粉磨而成的輕燒氧化鎂。本發明的土壤固化劑用輕燒氧化鎂，氧化鎂含量85％，其中，活性氧化鎂含量70％，游離氧化鎂含量1.0％，80μm方孔篩篩餘6％。
所使用的「建築石膏」是天然石膏或工業副產石膏經脫水處理製得的，以β型半水硫酸鈣為主要成分，不預加任何外加劑或添加物的粉狀膠凝材料。本發明的土壤固化劑用建築石膏，β型半水硫酸鈣的含量不小於67％，0.2mm的方孔篩篩餘8％。
所使用的「建築石灰」是建築工程用的鈣質生石灰。本發明的土壤固化劑用建築石灰，有效鈣加氧化鎂含量89％，未消化殘遺含量6％。
所使用的「粒化高爐礦渣粉」是以粒化高爐礦渣為主要原料，可摻少量石膏磨製成一定細度的粉體。本發明的土壤固化劑用粒化高爐礦渣粉，表觀密度2.8g/cm3，比表面積426m2/kg，7天活性指數為82％，28天活性指數為101％。
表1各實施例的組分含量(wt.％)
性能測試及結果
為了驗證本發明土壤固化劑的性能效果，選擇北京地區普通黃土進行測試(試驗用土含水量19.1％)。按照《粉體噴攪法加固軟弱土層技術規範》tb10113-96進行試塊的製作，製備試塊用水為幹土的30％，固化劑摻入量為溼土的15％，測其7d無側限抗壓強度與水穩性。其中水穩性的測試方法是將固化土試件標準養護6d，第7d浸入淡水中24h，然後測其無側限抗壓強度fu1；測試標準養護7d固化土試件的無側限抗壓強度fu2，計算固化土軟化係數k：k＝(fu1/fu2)×100％。其性能測試結果如表2所示。
對比例1採用冀東po42.5水泥；對比例2採用將a3的氯化鈉去除，保持其它組分的配比不變；土壤固化劑原材料為：山東海王子生物科技有限公司工業鹽，遼寧省海城市天盛礦業有限公司輕燒氧化鎂，山東泰安泰山膏業有限公司的建築石膏，河北省井陘縣金陽工貿有限公司的建築石灰，河北鋼鐵建設集團新型建材有限公司的粒化高爐礦渣粉。
表2性能測試結果
由表2可知，通過摻加實施例a1、a2、a3、a4和a5的土壤固化劑，固化土的無側限抗壓強度顯著提高，固化土的水穩性能也顯著增強。與對比例1相比，a3的土壤固化劑，可使固化土的無側限抗壓強度提高40％，水穩性提高40％。與對比例2相比，摻入氯化鈉的土壤固化劑，可使固化土的無側限抗壓強度提高70％，水穩性提高70％。
最後應說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照實例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。