一種水利堤頂、堤壩土質固化劑及其製備方法
2023-10-22 21:26:57 2
專利名稱：一種水利堤頂、堤壩土質固化劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及膠結材料，尤其涉及一種水利堤頂、堤壩土質固化劑及其製備方法。
背景技術：
水利工程是涉及民生的一項大工程，是我國經濟社會發展的有力支撐，水利工程的質量關係到國家和人民的生命、財產、安全。水利工程中的堤頂、堤壩、護坡等建設質量也是防汛減災的一個重要環節，因此在堤頂、堤壩、護坡的建設中防滲、防水、抗凍融等方面的技術要求至關重要。在水利工程的堤頂、堤壩、護坡建設中，工程需要大量的固化劑，常用的固化劑多 為石灰、水泥等，這類傳統的固化劑的缺點是固化土壤的早期強度不高，固化劑加入量較大，固化土容易幹縮，形成裂縫，破壞結構，影響水穩定性，很難得到高質量的路基。而且這些傳統施工材料在生產加工、運輸、儲存、使用中粉塵嚴重，汙染周圍環境，石灰石的煅燒要釋放大量的CO2氣體，加重溫室效應。而且使用這類傳統的固化劑也很難得到高質量的路基。近代雖然也出現了電離子溶液、生物酶固化劑，但該類固化劑對土壤成分選擇性較強，限制了產品的推廣應用。面對天然固化劑資源的日趨短缺，無法滿足水利交通建設的資源供給，對水利交通的建設造成制約，並且採用傳統的固化劑會對生態環境造成汙染的現狀，如何解決固化劑的供給短缺、減少水利交通建設對生態環境的負面影響，已成為亟待研究的問題。因此，現有技術有待於完善和發展。
發明內容
本發明的目的在於提供一種對土壤的成份要求低、施工用量少、抗壓強度高且環保的水利堤頂、堤壩土質固化劑及其製備方法。本發明的技術方案如下
一種水利堤頂、堤壩土質固化劑，其中，各組分的重量百分比為氨基磺酸15%-20%，水溶性有機矽5%-25%，三乙醇胺5%-8%，聚羧酸化合物2%-6%，Na2SO4 4%_6%，脂肪族磺酸鹽10%-30%，壬基酚聚氧乙烯醚2-6%，山梨醇單月桂酸酯1-3%以及水20- 40%。所述的水利堤頂、堤壩土質固化劑，其中，各組分的重量百分比為氨基磺酸15%，水溶性有機矽5%，三乙醇胺5%，聚羧酸化合物2%，Na2SO4 6%，脂肪族磺酸鹽30%，壬基酚聚氧乙烯醚4%，山梨醇單月桂酸酯2%以及水31%。所述的水利堤頂、堤壩土質固化劑，其中，各組分的重量百分比為氨基磺酸20%，水溶性有機矽25%，三乙醇胺8%，聚羧酸化合物6%，Na2SO4 4%，脂肪族磺酸鹽10%，壬基酚聚氧乙烯醚4%，山梨醇單月桂酸酯2%以及水21%。所述的水利堤頂、堤壩土質固化劑，其中，各組分的重量百分比為氨基磺酸18%，水溶性有機矽5%，三乙醇胺5%，聚羧酸化合物4%，Na2SO4 4%，脂肪族磺酸鹽20%，壬基酚聚氧乙烯醚4%，山梨醇單月桂酸酯2%以及水38%。
所述水利堤頂、堤壩土質固化劑的製備方法，包括以下步驟
A，在釜中依次加入甲醛和引發劑，同時攪拌，混勻至澄清後，加入丙酮，攪拌均勻後獲得中間溶液；
B，在另一反應器中依次加入水和無水亞硫酸鈉，同時攪拌；
C，通過加入氫氧化鈉調節PH值為10 12，再加入甲醛；
D，將步驟C所得產物加熱至50-70°C，然後依次滴加所述中間溶液和甲醛；
E，滴加完後，將步驟D所得產物升溫至85-90°C，並恆溫至少I小時；
F，降溫至50°C以下，冷凝得到脂肪族磺酸鹽；
G，將所述脂肪族磺酸鹽與聚羧酸化合物混合，並攪拌均勻；
H，依次加入氨基磺酸、三乙醇胺、水溶性有機矽、壬基酚聚氧乙烯醚、Na2SO4和山梨醇單月桂酸酯，並攪拌均勻；
I，反應結束，所得物為水溶性良好的紅褐色液體，即為成品。所述的水利堤頂、堤壩土質固化劑的製備方法，其中，步驟A中所述甲醛為50份，所述引發劑為0. 34摩爾，所述丙酮為58份。所述的水利堤頂、堤壩土質固化劑的製備方法，其中，步驟B中所述水為150份，所述無水亞硫酸鈉為0. 6摩爾。所述的製備方法，其中，步驟C和步驟D中所述甲醛分別為50份和100份。所述的水利堤頂、堤壩土質固化劑的製備方法，其中，步驟D中滴加所述中間溶液和甲醛的時間控制在2 3小時，步驟E中所述恆溫時間為3小時。本發明的一種水利堤頂、堤壩土質固化劑及其製備方法，主要採用水溶性有機矽，配有三乙醇胺，以及如脂肪族磺酸鹽、聚羧酸化合物等表面活性劑組分，形成了固化劑。本發明的土質固化劑抗壓強度高，施工用量少，一般情況下用量只佔固化灰土總量的萬分之一至萬分之三，運輸費用低，對工程造價影響都很小。用其建成的堤頂、堤壩、道路具有抗壓、耐久、防水和高適應性。在無罩面情況下，可減少灰塵60%左右，是一種環保型材料。而且本發明的土質固化劑是人工合成材料，可替代或部分替代天然材料築頂護坡，滿足水利、交通可持續發展的迫切需求。
具體實施例方式本發明提供了一種水利堤頂、堤壩土質固化劑及其製備方法，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下結合實例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。本發明公開了一種水利堤頂、堤壩土質固化劑(簡稱「土質固化劑」)，各組分的重量百分比為氨基磺酸15%-20%，水溶性有機矽5%-25%，三乙醇胺5%-8%，聚羧酸化合物2%-6%，Na2SO4 4%-6%，脂肪族磺酸鹽10%_30%，壬基酚聚氧乙烯醚2_6%，山梨醇單月桂酸酯1-3% 以及水 20- 40%。所述聚羧酸化合物可以是以馬來酸-烯烴為主要成分的高分子化合物，也可以是萘系高分子化合物。聚羧酸化合物是一種高效減水劑，可大大減少土壤顆粒表面的吸水性，提高土壤壓實後的密度。所述壬基酚聚氧乙烯醚、山梨醇單月桂酸酯為現有的公開產品，均可到山東德州華聯助劑廠購買。
針對不同塑性指數的粉土，可適當調整所述土質固化劑的各組分的重量百分比。具體請看下述的三個實施例。實施一(針對塑性指數為11. 0的粉土)
各組分的重量百分比為氨基磺酸15%，水溶性有機矽5%，三乙醇胺5%，聚羧酸化合物2%，Na2SO4 6%，脂肪族磺酸鹽30%，壬基酚聚氧乙烯醚4%，山梨醇單月桂酸酯2%以及水31%。實施二 (針對塑性指數為9. 5的粉土)
各組分的重量百分比為氨基磺酸20%，水溶性有機矽25%，三乙醇胺8%，聚羧酸化合物6%，Na2SO4 4%，脂肪族磺酸鹽10%，壬基酚聚 氧乙烯醚4%，山梨醇單月桂酸酯2%以及水21%。實施三(針對塑性指數為7. 0的粉土)
各組分的重量百分比為氨基磺酸18%，水溶性有機矽5%，三乙醇胺5%，聚羧酸化合物4%，Na2SO4 4%，脂肪族磺酸鹽20%，壬基酚聚氧乙烯醚4%，山梨醇單月桂酸酯2%以及水38%。本發明的土質固化劑與土壤混合後通過一系列物理化學反應改變了土壤的工程性質，在鹼性石灰以及土質固化劑自身引發的作用下，土質固化劑與粘土礦物發生反應，結合成新的化學物質，使土壤粒子間發生「膠結」作用，形成了高強度的化學鍵和網絡結構。土質固化劑通過表面活性劑改變土粒表面親水性質，使土壤顆粒趨於凝聚，縮小土壤顆粒的間隙，孔隙間游離水分子易於排除。在壓實功的作用下，大大提高了路基的固結強度。另夕卜，土質固化劑加入土壤後在水和二氧化碳作用下，能形成高分子防水膜，實現「反毛細管效應」，具有高效防水作用。以針對塑性指數為9. 5的砂性粉土為例，加入本發明實例二中的土質固化劑200PPm，各參數測試結果如下
I.力學性能實驗
體系土質固飽水抗壓強度 ^1I_；_ /1, !(MPa)i/l彎tii強度航壓回彈模裡
聆抻材料十( ^——^ (MPa)(MPa)
膨口材科:土 W 7天28天90天
1石灰土=12:88 - 0.98 1.96 2.4------0.2-0.25 400-700
2石灰土 =8:92 - 0.96 1.86 2.5
3石灰:土=6:94 0.02 1.26 2.4 2.9 0.521360
4石灰:土 =4:96 0.02 0.88 1.86 2.1 0.511228
「 df> _L._n nnn ^0.4~0.6 1300—1T00
5水泥土二6:92 - 2.6 6.9 4.3 (水扼碎石)(水泥碎石)
6水泥:±=6:94 0.02 2.8 4 7 7.8 0.691662
7水泥土 =4:96 0.02 2.1 2.3 5.6 0.561484
(表I)水泥、石灰、土質固化劑穩定土實驗結果。由表I的數據可以看出，石灰體系加入本發明的土質固化劑後，在石灰量為4%的情況下(序列4)抗壓強度為0. 88，而現行規範中石灰土、二灰土的指標0. 8 MPa,即使用本發明的土質固化劑，即使只用4%的石灰量也能滿足工程需求，與序列2的現有體系相比，節省了 50%的石灰量。在石灰體系中，序列I與添加本發明的土質固化劑後的序列3中，7天、28天的飽水抗壓強度比原石灰類體系提高了 29%。序列5與序列7中，水泥體系在減少50%的水泥量的情況下，隨著齡期的增長，強度增長也較快，4%水泥量90天抗壓強度比原體系提高了30%。石灰類體系加入本發明的土質固化劑後的回彈模量達到了 1200-1300 MPa，是原體系的I. 5-2. 5倍；水泥類加入本發明的土質固化劑後的回彈模量達到了 1400-1600MPa，是目前常用的細粒土半剛性材料中抗壓回彈模量較高的一種新材料，接近半剛性基層材料二灰碎石、水泥砂礫的抗壓回彈模量值。表I中抗彎拉強度數據顯示，在石灰類、水泥類體系中加入本發明的土質固化劑後，抗彎拉強度都高於原體系，高達155%。並且水泥體系中添加本發明的土質固化劑後的抗彎拉強度比水泥砂礫高，接近二灰碎石。可見體系中加入本發明的土質固化劑後，固結土半 剛性基層的抗彎拉性能很好。2.凍穩定性實驗
按照現行規範進行了凍融循環實驗，結果如下
石灰類90dl0次凍融抗壓強度最小值0. 70 Mpa 水泥類90dl0次凍融抗壓強度最小值2. 05 Mpa
經過多次凍融後，剩餘抗壓強度高，與二灰土持平，水泥類體系比二灰碎石高，因此完全滿足工程的性能要求。3.水穩性
常溫下浸水180d無散解現象，水穩定係數在90%-95%之間。石灰類體系水穩定係數為80%;水泥類體系水穩定係數為90%，由此可見，加入本發明的土質固化劑後大大提高了體系水穩定性。同時，隨著齡期的增長，水穩定性係數逐漸增大，水穩定性就越好。通過以上實驗及數據分析可以看出，經過土質固化劑處理過的土壤，其抗壓強度、壓實密度、回彈模量等性能都得到了很大的提高。使用本發明的土質固化劑建成的堤頂、堤壩、護坡、道路具有抗壓、耐久、防水和高適應性。稀釋的固化劑不會傷害皮膚、衣物、機械和金屬製品，不會影響植物生長，不會汙染地下水，是一種無毒、無害、無汙染的環保型固結材料。在工程使用中土質固化劑固結土壤不需要深挖土層，填充大量石料，僅需就地取土，與築路材料(石灰或水泥)拌和後，將土質固化劑稀釋液均勻噴灑充分拌和壓實即可。施工時也不需要特別的施工設備，僅需幾種常備的築路機械，工程造價低、施工方便。用土質固化劑替代或部分替代石灰、水泥、碎石、礫石等傳統膠結材料，節省資源，節約土地，保護植被，有利於生態環境保護，經濟環境效益顯著。本發明還公開了一種製備所述土質固化劑的製備方法，包括以下步驟
步驟A，在釜中依次加入50份甲醛和0. 34摩爾引發劑，所述引發劑可採用氧化還原體系，在加入甲醛和引發劑的過程中同時攪拌，混勻至澄清後，加入58份丙酮，控溫35°C，攪拌30分鐘，攪拌均勻後獲得中間溶液。步驟B，在另一反應器中依次加入水和無水亞硫酸鈉，同時攪拌；所述水為150份，所述無水亞硫酸鈉為0. 6摩爾。步驟C，通過加入氫氧化鈉調節PH值為10 12，再加入50份甲醛。步驟D，將步驟C所得產物加熱至50_70°C，經試驗得出，當溫度低於50°C時，不容易發生聚合反應，當高於70°C時會容易出現老化現象，因此在50 70°C的範圍是最優選的方案。然後依次滴加所述中間溶液和100份甲醛；滴加所述中間溶液和甲醛的時間控制在2 3小時，目的是為了保證聚合時間，徹底反應，不致於老化。步驟E，滴加完後，將步驟D所得產物升溫至85_90°C，並恆溫至少I小時；優選恆溫時間為3小時，經試驗得出，這個時間可以實現最高的單體轉化效率。步驟F，降溫至50°C以下，冷凝得到脂肪族磺酸鹽。步驟G，將所述脂肪族磺酸鹽與聚羧酸化合物混合，並攪拌均勻。 步驟H，依次加入氨基磺酸、三乙醇胺、水溶性有機矽、壬基酚聚氧乙烯醚、Na2SO4和山梨醇單月桂酸酯，並攪拌均勻。步驟I，反應結束，所得物為水溶性良好的紅褐色液體，即為成品。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種水利堤頂、堤壩土質固化劑，其特徵在於，各組分的重量百分比為氨基磺酸.15%-20%，水溶性有機矽5%-25%，三乙醇胺5%-8%，聚羧酸化合物2%_6%，Na2SO4 4%_6%，脂肪族磺酸鹽10%-30%，壬基酚聚氧乙烯醚2-6%，山梨醇單月桂酸酯1-3%以及水20- 40%。
2.如權利要求I所述的水利堤頂、堤壩土質固化劑，其特徵在於，各組分的重量百分比為氨基磺酸15%，水溶性有機矽5%，三乙醇胺5%，聚羧酸化合物2%，Na2SO4 6%，脂肪族磺酸鹽30%，壬基酚聚氧乙烯醚4%，山梨醇單月桂酸酯2%以及水31%。
3.如權利要求I所述的水利堤頂、堤壩土質固化劑，其特徵在於，各組分的重量百分比為氨基磺酸20%，水溶性有機矽25%，三乙醇胺8%，聚羧酸化合物6%，Na2SO4 4%，脂肪族磺酸鹽10%，壬基酚聚氧乙烯醚4%，山梨醇單月桂酸酯2%以及水21%。
4.如權利要求I所述的水利堤頂、堤壩土質固化劑，其特徵在於，各組分的重量百分比為氨基磺酸18%，水溶性有機矽5%，三乙醇胺5%，聚羧酸化合物4%，Na2SO4 4%，脂肪族磺酸鹽20%，壬基酚聚氧乙烯醚4%，山梨醇單月桂酸酯2%以及水38%。
5.一種製備如權利要求I所述水利堤頂、堤壩土質固化劑的製備方法，包括以下步驟 A，在釜中依次加入甲醛和引發劑，同時攪拌，混勻至澄清後，加入丙酮，攪拌均勻後獲得中間溶液； B，在另一反應器中依次加入水和無水亞硫酸鈉，同時攪拌； C，通過加入氫氧化鈉調節PH值為10 12，再加入甲醛； D，將步驟C所得產物加熱至50-70°C，然後依次滴加所述中間溶液和甲醛； E，滴加完後，將步驟D所得產物升溫至85-90°C，並恆溫至少I小時； F，降溫至50°C以下，冷凝得到脂肪族磺酸鹽； G，將所述脂肪族磺酸鹽與聚羧酸化合物混合，並攪拌均勻； H，依次加入氨基磺酸、三乙醇胺、水溶性有機矽、壬基酚聚氧乙烯醚、Na2SO4和山梨醇單月桂酸酯，並攪拌均勻； I，反應結束，所得物為水溶性良好的紅褐色液體，即為成品。
6.如權利要求5所述的水利堤頂、堤壩土質固化劑的製備方法，其特徵在於，步驟A中所述甲醛為50份，所述引發劑為0. 34摩爾，所述丙酮為58份。
7.如權利要求6所述的水利堤頂、堤壩土質固化劑的製備方法，其特徵在於，步驟B中所述水為150份,所述無水亞硫酸鈉為0. 6摩爾。
8.如權利要求7所述的製備方法，其特徵在於，步驟C和步驟D中所述甲醛分別為50份和100份。
9.如權利要求8所述的水利堤頂、堤壩土質固化劑的製備方法，其特徵在於，步驟D中滴加所述中間溶液和甲醛的時間控制在2 3小時，步驟E中所述恆溫時間為3小時。
全文摘要
本發明公開了一種水利堤頂、堤壩土質固化劑及其製備方法，包括一種土質固化劑，其中，各組分的重量百分比為氨基磺酸15%-20%，水溶性有機矽5%-25%，三乙醇胺5%-8%，聚羧酸化合物2%-6%，Na2SO44%-6%，脂肪族磺酸鹽10%-30%，壬基酚聚氧乙烯醚2-6%，山梨醇單月桂酸酯1-3%以及水20-40%，本發明的土質固化劑抗壓強度高，施工用量少，一般情況下用量只佔固化灰土總量的萬分之一至萬分之三，運輸費用低，對工程造價影響都很小。用其建成的堤頂、堤壩、道路具有抗壓、耐久、防水和高適應性。在無罩面情況下，可減少灰塵60％左右，是一種環保型材料。
文檔編號C04B24/40GK102701636SQ201210196190
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月14日 優先權日2012年6月14日
發明者軒景泉, 軒詣雄 申請人:吉林中路新材料有限責任公司