專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)機(jī)類(lèi)土壤固化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑用土壤固化劑及其制備方法，特別是涉及一種無(wú)機(jī)類(lèi)土壤固化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
道路基礎(chǔ)所用的傳統(tǒng)工藝是使用水泥穩(wěn)定砂礫的方法。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交通量的日益增多，道路建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的階段。適應(yīng)工程需求的筑路材料也隨之緊俏。 近年來(lái)，砂石這一筑路和建筑大量需要的重要的自然資源日漸減少，有些地區(qū)已接近枯竭。 特別是在舊路改造工程中，原路的舊土外運(yùn)，新路的砂石從遠(yuǎn)處長(zhǎng)距離運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，工程造價(jià)由此大為提高。同時(shí)，砂石的開(kāi)采也帶來(lái)植被減少、水土流失、環(huán)境惡化等一系列問(wèn)題。因此，迫切需要有新材料和新技術(shù)取代原有的材料和工藝。土壤固化劑是在土壤中加入的外加劑，使之與土壤發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到改善土的物理力學(xué)性質(zhì)，提高土的工程性質(zhì)，減小土壤的水敏感性和提高土的水穩(wěn)性，使土壤成為穩(wěn)固持久的固化土的目的。近年來(lái)國(guó)內(nèi)各類(lèi)固化劑的研究和有關(guān)土壤固化劑的專(zhuān)利逐漸 增多，其中無(wú)機(jī)類(lèi)土壤固化劑已有數(shù)種，但因其原材料來(lái)源及組成的區(qū)別，大多數(shù)土壤固化劑成本較高，而且兼容性有一定的限制，特別是對(duì)于松散的粉砂質(zhì)土，固化效果不理想，影響了推廣和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)機(jī)類(lèi)土壤固化劑及其制備方法，通過(guò)調(diào)整固化劑成分比例和摻量等手段，控制固化土的性能，可以與泥土、垃圾、工業(yè)廢棄物攪拌后的材料混合，進(jìn)行固化處理，適合多種土質(zhì)的無(wú)機(jī)類(lèi)土壤固化劑，以滿(mǎn)足道路及基礎(chǔ)工程的需要。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種無(wú)機(jī)類(lèi)土壤固化劑，該固化劑的組分及重量比為
水泥熟料28% 45% ；
二級(jí)或二級(jí)以上粉煤灰30% 45% ；
礦渣10% 15% ；
生石灰12% 15%;
憐石骨1% 3% ；
堿性激發(fā)劑2 ；
上述原料總和為100%。一種無(wú)機(jī)類(lèi)土壤固化劑的制備方法，其所述方法包括以下過(guò)程
原材料輸送到球磨機(jī)中，研磨12-15min，并混合攪拌至均勻，形成灰色粉末狀材料，比表面積為280-300 m2/kg,過(guò)80 μ m方孔篩后篩余量不超過(guò)4 % ；
施工時(shí)，清理路床，平整路基后，將6%-15%的上述土壤固化劑和松土混合，反復(fù)攪拌直至均勻一致，在土壤最佳含水量下輾壓成形，達(dá)到密實(shí)度>93的要求，經(jīng)養(yǎng)護(hù)期后即可。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是
I、本發(fā)明適用于多種土質(zhì)。應(yīng)用本發(fā)明固化劑，粉性土、粘性土 (低液限粘土、中液限粘土)、砂性土(河砂、砂礫、風(fēng)化砂)等都可以成功地固化(腐植質(zhì)含量超過(guò)10%的土和酸性土不宜使用)。通過(guò)調(diào)整固化劑各成分比例和摻量等手段，能夠方便地控制固化土的性能， 使之用于不同等級(jí)的道路基礎(chǔ)中。本發(fā)明還可以與泥土、垃圾、工業(yè)廢棄物攪拌后的材料混合，進(jìn)行固化處理，或利用其固化原理對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行有效的封閉。2、本發(fā)明成本低廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。本發(fā)明所涉及的土壤固化劑采用大量工業(yè)廢渣及國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)常用原材料作為原料，化學(xué)成分簡(jiǎn)單，材料資源豐富，生產(chǎn)工藝及所需機(jī)械簡(jiǎn)便，可利用水泥廠(chǎng)現(xiàn)成的設(shè)備和工藝加工生產(chǎn)，因此價(jià)格比較便宜。在應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行施工時(shí)，不需處理殘土及搬運(yùn)和使用新材料，因地制宜，就地取材，節(jié)約大量資源和運(yùn)輸費(fèi)用，僅此一項(xiàng)，就可以大大降低工程造價(jià)，特別是在無(wú)砂石地區(qū)施工及陳舊道路的再生翻修，具有理想的使用效果。3、本發(fā)明產(chǎn)品固化效果好。用本發(fā)明穩(wěn)定土作為道路基層材料，性能滿(mǎn)足使用要求。土質(zhì)經(jīng)固化后形成板體，強(qiáng)度隨齡期增加有明顯增長(zhǎng)，后期強(qiáng)度很高且不受冷凍及高溫的影響，科學(xué)有效地延長(zhǎng)路面使用周期，減少維護(hù)費(fèi)用。這種特性正適合公路交通建設(shè)發(fā)展及各種土建工程的需要。4.本發(fā)明有利于環(huán)境保護(hù)。本固化劑一概不使用有害添加物，生產(chǎn)過(guò)程和應(yīng)用過(guò)程中不存在污 染。水和反應(yīng)時(shí)不會(huì)急劇發(fā)熱，不出現(xiàn)高熱粉塵，對(duì)環(huán)境無(wú)任何不良影響。運(yùn)輸、保管和處理方法與水泥相同，安全可靠。固化劑原料大量利用電廠(chǎng)廢棄物和鋼鐵廠(chǎng)的水淬礦渣，減少了環(huán)境污染，同時(shí)可節(jié)約大量砂礫資源，避免了資源破壞，具有綠色環(huán)保的意義。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :
本發(fā)明的土壤固化劑，其組分及重量比為
水泥熟料39%，二級(jí)或二級(jí)以上粉煤灰35%，礦渣10%,生石灰12%，二
水石膏2%，堿性激發(fā)劑2%，上述原料總和為100%。 實(shí)施例2 :本發(fā)明的土壤固化劑，其其組分及重量比為
水泥熟料34%，二級(jí)或二級(jí)以上粉煤灰35%，礦渣15%，生石灰12%，二
水石膏2%，堿性激發(fā)劑2%，上述原料總和為100%。實(shí)施例3 :本發(fā)明的土壤固化劑，其組分及重量比為
水泥熟料40%，二級(jí)或二級(jí)以上粉煤灰30%，礦渣15%，生石灰12%，磷
石膏3%，上述原料總和為100%。
實(shí)施例4 :本發(fā)明的土壤固化劑，其組分及重量比為
水泥熟料32. 5%，二級(jí)或二級(jí)以上粉煤灰40%，礦渣10. 5%，生石灰13%，磷石膏2. 5%，堿性激發(fā)劑I. 5%，上述原料總和為100%ο本發(fā)明土壤固化劑的固化原理
本發(fā)明采用水泥熟料和粉煤灰、石灰等無(wú)機(jī)材料組合的復(fù)合土壤固化劑，對(duì)土壤的固化效應(yīng)可歸結(jié)為兩大效應(yīng)，即復(fù)合膠凝效應(yīng)和填充效應(yīng)。固化土的結(jié)構(gòu)為膠結(jié)性水化物包裹膠結(jié)土顆粒和膠結(jié)性或膨脹性水化物填充孔隙所構(gòu)成，且孔隙填充對(duì)固化土強(qiáng)度增長(zhǎng)起重要作用。水泥熟料遇水發(fā)生水化反應(yīng)生成C-S-H和CH，C-S-H提供了早期強(qiáng)度；CH與固化劑中的活性激發(fā)劑共同激發(fā)粉煤灰中玻璃體和土體中的硅氧六面體、硅氧八面體的活性， 生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，具有膠凝能力。固化材料顆粒與土壤顆粒相互填充，形成最緊密堆積結(jié)構(gòu)，使土壤固化體系形成細(xì)觀(guān)層次的自緊密狀態(tài)；土壤和水化產(chǎn)物之間通過(guò)水化產(chǎn)物的搭接，產(chǎn)生了強(qiáng)有力的“微集料填充”和“骨架支撐”作用，增強(qiáng)了固化土體系的強(qiáng)度。由于該反應(yīng)是持續(xù)發(fā)生的，因此，被固化劑固化的體系的強(qiáng)度隨時(shí)間呈遞增趨勢(shì)。主要涉及的化學(xué)反應(yīng)有
Ca ( O H)2+nH20 —Ca (0Η)2·ηΗ20
X Ca ( O H)2+Si02 十 mH 20— xCaO · Si02· (x+m) H20
y Ca ( 0 H)2+A1203+mH20 — yCaO. A1203· (y+m) H20
Ca2++ 2 0 H- — Ca ( 0 H)2
2C3S + 6H20— Ca*2 SiO· 3 H20+3 Ca ( 0 H) 2
水淬礦渣為煉鐵廠(chǎng)的廢渣，主要礦物成分為硅酸二鈣、鋁酸三鈣，主要化學(xué)成分為Si02 (約37. 28%)，CaO(約39. 2)，A1203(約12. 77)。礦渣被激發(fā)后的水化產(chǎn)物除了與硅酸鹽相同的膠結(jié)性C-S-H凝膠外，還生成高強(qiáng)度、難溶解的沸石類(lèi)礦物。這些化合物的細(xì)微晶體具有很高的強(qiáng)度，不僅在熱力學(xué)上極為穩(wěn)定，而且是極難溶于水的物質(zhì)。摻加到固化劑中，既可以充當(dāng)集料，在水化過(guò)程中礦渣又可以參與固結(jié)土體的強(qiáng)度構(gòu)建。固化土中起到填充作用的膨脹性的水化物主要是水化硫鋁酸鈣(3Ca0*A 1203*3 CaS04. 32H20)即鈣礬石。石膏可生成膨脹性物質(zhì)，起填充孔隙作用。固化劑中添加堿性激發(fā)劑,可有效激發(fā)粉煤灰、礦渣和粘土礦物的潛在活性,加速火山灰反應(yīng)，改善和提高土壤的技術(shù)性能。其具體作用方式可以有三種一是提供有效的氫氧根離子，形成較強(qiáng)的堿性環(huán)境，促使活性Si02、A1203溶蝕，從而提高火山灰反應(yīng)的速度；二是提供較強(qiáng)的堿，直接參與反應(yīng)，加快基本火山灰膠結(jié)產(chǎn)生的生成；其三是提供酸根離子，并能與CA2+. Mg2+離子作用，直接生成其它膠結(jié)物質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果
針對(duì)不同土質(zhì)，本發(fā)明設(shè)計(jì)的土壤固化劑調(diào)整各組分的比例，并采用不同摻量，分別進(jìn)行了多次無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。方法試件為Φ IOX 10cm。試件在最佳含水率和最大干密度的條件下靜壓成型， 脫模后裝入塑料袋中密封，置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)生6天或27天，浸水I天后，用路面材料強(qiáng)度試驗(yàn)儀測(cè)定抗壓強(qiáng)度，取平均值作為測(cè)試結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果如表I所示。其中Al A4為前述實(shí)施例中固化劑的不同組分，B、C、D、 E分別為粉砂土、粘土、砂土、山皮土的土樣，F(xiàn)為粉砂土和粘土的混合土。表I無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種無(wú)機(jī)類(lèi)土壤固化劑，其特征在于，該固化劑的組分及重量比為 水泥熟料28% 45% ； 二級(jí)或二級(jí)以上粉煤灰30% 45% ； 礦渣10% 15% ； 生石灰12% 15%; 憐石骨1% 3% ； 堿性激發(fā)劑2 ； 上述原料總和為100%。
2.一種無(wú)機(jī)類(lèi)土壤固化劑的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下過(guò)程 原材料輸送到球磨機(jī)中，研磨12-15min，并混合攪拌至均勻，形成灰色粉末狀材料，比表面積為280-300 m2/kg,過(guò)80 μ m方孔篩后篩余量不超過(guò)4 % ； 施工時(shí)，清理路床，平整路基后，將6%-15%的上述土壤固化劑和松土混合，反復(fù)攪拌直至均勻一致，在土壤最佳含水量下輾壓成形，達(dá)到密實(shí)度>93的要求，經(jīng)養(yǎng)護(hù)期后即可。
全文摘要
一種無(wú)機(jī)類(lèi)土壤固化劑及其制備方法，涉及一種建筑用土壤固化劑及其制備方法，固化劑的組分水泥熟料28%～45%；二級(jí)或二級(jí)以上粉煤灰30%～45%；礦渣10%～15%；生石灰12%～15%；磷石膏1%～3%；堿性激發(fā)劑2。原材料輸送到球磨機(jī)中，研磨12-15min，并混合攪拌至均勻，形成灰色粉末狀材料，比表面積為280-300m2/kg，過(guò)80μm方孔篩后篩余量不超過(guò)4%；施工時(shí)將6%-15%的上述土壤固化劑和松土混合，在土壤最佳含水量下輾壓成形，經(jīng)養(yǎng)護(hù)期后即可。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整固化劑成分比例和摻量等手段，可以與泥土、垃圾、工業(yè)廢棄物攪拌后的材料混合，適合多種土質(zhì)的無(wú)機(jī)類(lèi)土壤固化劑。
文檔編號(hào)C09K17/12GK102703086SQ201210157819
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者丁毅 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)大學(xué)