CN100445231C - 土建材料固化剂及制配方法 - Google Patents

Abstract

本发明的土建材料固化剂及制配方法是将减水剂、抗冻剂、抗渗剂、硅酸钠、氢氧化钠、氯化钠、马来酸、硫酸亚铁、磷酸钠、碳酸钠、无水硫酸钠、三乙醇胺、硅酸钙和石英砂加入球磨机内研磨，温度控制在60～120℃，研磨细度达到280～350目，颜色微黄，装袋备用；再将水泥、生石灰粉和上一步骤中得到的混合物的2～10%同时加入球磨机内进行研磨，温度控制在60～120℃，研磨细度大于200目，颜色灰白，即制得土建材料固化剂成品。其优点是：固结强度高、水稳性好、抗冻性能好、变形小、耐久高及适宜和范围广等特点，可将最廉价的土、灰渣固结成满足要求的建筑材料，可广泛应用于水利水电工程，道路交通工程等。

Description

土建材料固化剂及制配方法

技术领域

本发明属于固化剂，特别涉及一种土建材料固化剂及制配方法。

背景技术

目前，土木建筑工程应用的胶凝材料主要是硅酸盐水泥，这种胶凝材料是以砂石料作骨料，对泥土固化效果不好，对水质要求也高。当用沙石作骨料，用硅酸盐水泥作胶凝材料拌合混凝土料时，为不了不影响混凝土的性能，除对砂石料和水质的特殊要求外，则要把砂石中的泥土尽量清洗干净。这不仅费时费力，而且在无砂石料或水质不好的地区，混凝土工程造价将成倍提高。

我国幅员辽阔，经、纬度跨度大，北方严寒、南方炎热多雨，各地的土质、气候条件也千差万别，因此寻求一种高强、耐水、适应性强，既可和水泥一样以砂、石碎屑为骨料，又对拌合水质无特殊要求，且能充分利用当地的水土资源，特别是能够固化泥土的水硬性胶凝材料一土壤固化剂。虽然也有土壤固化剂的相关报道，但现有的固化剂在使用过程中出现强度低、抗冻性能差、成本高等问题。因此研制一种使工期最短、施工费用最低，工程质量最优的土壤固化剂是十分必要的。

发明内容

本发明的目的旨在于提供一种价格低廉能在各种地区与各类土壤发生反应、可利用各种固体废渣废料、筑成稳固持久的建筑构件的新型土壤固化剂。通过按一定比例与土壤拌合碾压，挤压密实后具有抗压、防渗、抗冻等性能，不但是具有利用天然土壤、就地取材，减少砂石运量，无环境污染，节省工程造价等优点。而且还可以利用或处理一些常见的工业废料如煤岩石，矿渣、粉煤灰、拆毁建筑料的回用等，所以它还具有经济、环保的特点。

本发明的土建材料固化剂是由下列物质按重量份数混配而成：减水剂0.5～15份、抗冻剂0.3～7份、抗渗剂0.3～7份、硅酸钠0.5～6份、氢氧化钠0.5～5份、氯化钠0.8～12份、马来酸0.5～8份、硫酸亚铁1～15份、磷酸钠0.5～8份、碳酸钠0.5～7份、无水硫酸钠3～20份、三乙醇胺1～15份、硅酸钙0.2～8份、石英砂0.3～8份、水泥20～75份和生石灰粉3～75份。

其具体制备方法是：

a、将减水剂0.5～15份、抗冻剂0.3～7份、抗渗剂0.3～7份、硅酸钠0.5～6份、氢氧化钠0.5～5份、氯化钠0.8～12份、马来酸0.5～8份、硫酸亚铁1～15份、磷酸钠0.5～8份、碳酸钠0.5～7份、无水硫酸钠3～20份、三乙醇胺1～15份、硅酸钙0.2～8份和石英砂0.3～8份加入球磨机内研磨，温度控制在60～120℃，研磨细度达到280～350目，混合均匀；

b、在a步骤制得的混合料中加入水泥20～75份和生石灰粉3～75份，再加入球磨机内进行研磨，温度控制在60～120℃，研磨细度大于200目，颜色灰白，即制得土建材料固化剂成品。

本发明制备方法所使用的球磨机为现有技术设备。

其优选方案是：选用减水剂0.8～12份、抗冻剂0.5～5份、抗渗剂0.5～5份、硅酸钠1～5份、氢氧化钠0.8～4份、氯化钠1～8份、马来酸0.8～6份、硫酸亚铁2～10份、磷酸钠1～5份、碳酸钠1～5份、无水硫酸钠5～15份、三乙醇胺2～10份、硅酸钙0.8～5份、石英砂0.8～5份、水泥30～70份和生石灰粉8～65份组成的混合物。

其最佳方案是：由减水剂1～6份、抗冻剂1～3份、抗渗剂1～3份、硅酸钠1.5～3份、氢氧化钠1～2份、氯化钠2～6份、马来酸1～4份、硫酸亚铁3～7份、磷酸钠1.4～2.2份、碳酸钠1.5～2.5份、无水硫酸钠7～12份、三乙醇胺3～7份、硅酸钙1～3份、石瑛砂1～3份、水泥35～60份和生石灰粉10～50份组成的混合物。

所述的减水剂是木质素磺酸盐类、萘系列减水剂、腐殖酸系减水剂、树脂系减水剂、氨基磺酸盐减水剂、羧酸盐接枝共聚物减水剂或复合减水剂中的一种。

具体阐述如下：

(一)木质素磺酸盐类减水剂

木质素磺酸盐类减水剂是从纸浆废液中提取的。制造人造纤维或造纸时，在高温高压下蒸煮木材，加入亚硫酸盐，用磺化的方法使木材中的纤维素和非纤维素分离，所得的纤维素即为人造丝、人造毛、纸等的原料。溶解在深液中的非纤维素以木质素磺酸盐为主，同半纤维素和少量纤维素被降解形成部分单糖和其它水溶性物质。这种混合溶液称为纸浆废液。将废液经化学处理提炼出酒精、酵母并脱糖后转化为其它盐基，生成金属离子的复合物。再经热风喷雾干燥后形成棕色粉末，即为木质素磺酸盐(主要有钙、钠、镁盐类)粉。

(二)萘磺酸甲醛缩合物减水剂

简称萘系减水剂，它是一种化学合成产品，其具有减水率较高，不引气，水泥适应性好，与各种外加剂复合性能好。可用于配制高强、高性能混凝土。

萘磺酸甲醛缩合物减水剂的牌号有：UNF-5A高效减水剂，主要成份是萘磺酸盐甲醛高缩合物、硫酸钠等，是已知物质，可由天津雍阳减水剂厂购得。

(三)腐殖酸系减水剂

腐殖酸又称故敏酸是一种天然的有机高分子化合物，存在于腐殖质中含有碳、氢、氧、氮等元素，由植物残体在空气和水分存在的条件下经部分分解而成。以泥炭、褐煤、草炭为原料经过碱化分离、酸化提纯、洗涤沉淀、烘干而制得固体腐殖酸，用作为水泥减水剂。

腐殖酸类减水剂牌号有长III-1号复合剂等。

(四)树脂系减水剂

主要有三聚氰胺甲醛树脂，它是三聚氰胺(又称密胺和氰尿酰胺)与甲醛缩聚而成的树脂。这类减水剂初期水化热高而能产生某种催化作用，因而能提高混凝土的早期强度，又不引气，是一种非引气型的早强高效减水剂。国产牌号有：SM(227)等。

(五)氨基磺酸盐减水剂

氨基磺酸盐是一种非引气可溶性树脂减水剂。特点为：掺量小、减水率高、坍落度经时损失小，尤其适用于水灰比较小的高性能混凝土，在水灰比达到0.3左右时其减水率可达30％。

氨基磺酸盐减水剂是由对氨基苯磺酸、苯酚，甲醛在一定条件下综合而成。也可用苯胺经磺化后再与苯酚、甲醛综合。这种减水剂由于含有多个羟基、磺基、氨基等活性基团，具有很好的分散作用，缓凝作用。

(六)复合减水剂

为了改进减水剂的某些性能，如早强、防冻或降低成本，而将一种或几种外加剂与减水剂按适当比例掺合使用。例如，用氯化钙与木质素磺酸盐M型减水剂复合使用，不仅可以使2天强度提高50％，7天强度提高25～40％，28天强度提高20～25％，而且可以明显地改善混凝土和易性，减少单位用水量，具有显著的减水早强作用。常用的复合外加剂还有硫酸钠(早强)、三乙醇胺(早强和阻锈)、亚硝酸钠(防锈、早强和防冻)、石膏(早强)。

国产复合减水剂的牌号有：UNF-3(萘系+Na₂SO₄)、FFT(萘系+氧化羧酸碱金属)、建1-S(建1+煅炼明矾石+Na₂SO₄)、NNOF(萘系+Na₂SO₄)、Ms-F(M型+Na₂SO₄)、TRB(本质素+磺化焦油)、FDN-S及NF-S等。

(七)羧酸盐接枝共聚物减水剂

羧酸盐接枝共聚型减水剂是一类全新的高性能减水剂，它具有以下特点：减水率高：一般都在30％以上。坍落度损失小：1-2小时坍落度基本不损失。后期强度高：28天强度增长在20％以上。掺量较小：一般在0.3％以下。

这类减水剂是根据混凝土的性能进行减水剂分子结构设计的产品。一般它的结构是在一个较长的高分子主链上，接上各种活性基团；如磺酸基团(-SO3)、羧酸基团(-COOH)、羟基基团(-OH)、以及聚氧烷基烯类基团[-(CH₂CH₂O)M-R]。它们必须以合适的比例出现在高分子主链上。

合成高分子主链的原料有：丙烯酸、甲基丙烯酸、马耒酸、丙烯酸乙脂、丙烯酸羟乙脂、乙酸乙烯脂、烯丙基磺酸钠等。

接枝共聚反应分两步进行，首先合成有一定侧链长度的聚合物单体。并用这些单体与含羧酸、磺酸等接枝共聚以接上活性基团。第二步为在引发剂作用下将两种或两种以上共聚物进一步聚合成二元或多元共聚物。最终形成一个高分子聚合物减水剂。主链的长度，活性基团品种、数量决定了产品性能。

本发明中所述的抗冻剂是氧化钙、氯化钠单抗冻剂或亚硝酸钠加氯化钠复合抗冻剂。

所述的抗渗剂是氯化钙、硅藻土、粉煤灰、树脂乳液或水溶性树脂中的一种；所述的树脂乳液是醋酸乙烯、氯乙烯、丙烯酸酯；所述的水溶性树脂是聚乙烯醇。

所述的马来酸是顺式丁烯二酸；所述的羟丙基甲基纤维素，即HPMC，是已知物质，可从福州四方化工有限公司或上海美梦佳化工科技公司购得；所述的胺基磺酸盐，是木质磺酸钙的改性，是已知物质，可由山东莱芜减水剂厂购得。

本发明的土建材料固化剂，能改变设计结构、降低工程造价、提高经济效益；经固化剂固化土壤，可获得优异的综合技术指标，达到《CJ/T3073-1998》和《CJ/T80-98》国家行业标准要求，只用15～20厘米厚的固化土结构层，就可以代替40～60厘米厚的传统材料结构层。从而节约了材料、人工、机械、运输等综合成本，工程造价较比下降30～42％。

本发明的土建材料固化剂，改变土壤结构，提高土壤的物理力学性能，彻底改变土壤遇水软化特性，使其成为憎水材料，提高固化土的强度，包括早期强度和后期强度，增加土壤的密实性，减小收缩、徐变，提高板结性、稳定性，提高固化土的抗渗性，抗冻融性，增加固化土的耐久性。

本发明的土建材料固化剂因其固结强度高、水稳性好、抗冻性能好、变形小、耐久高及适宜和范围广等特点，可将最廉价的土、灰渣固结成满足要求的建筑材料，可广泛应用于水利水电工程，道路交通工程等。

实施方式

实施例1

本发明的土建材料固化剂，是由含有下列组份的物质配制而成：

减水剂0.5～15份、抗冻剂0.3～7份、抗渗剂0.3～7份、硅酸钠0.5～6份、氢氧化钠0.5～5份、氯化钠1～12份、马来酸0.5～8份、硫酸亚铁1～15份、磷酸钠0.5～8份、碳酸钠0.5～7份、无水硫酸钠3～20份、三乙醇胺1～15份、硅酸钙0.2～8份、石英砂0.3～8份、水泥20～75份和生石灰粉3～75份；

其具体的制备方法是：a、将减水剂0.5～15份、抗冻剂0.3～7份、抗渗剂0.3～7份、硅酸钠0.5～6份、氢氧化钠0.5～5份、氯化钠1～12份、马来酸0.5～8份、硫酸亚铁1～15份、磷酸钠0.5～8份、碳酸钠0.5～7份、无水硫酸钠3～20份、三乙醇胺1～15份、硅酸钙0.2～8份和石英砂0.3～8份加入球磨机内研磨，温度控制在60～120℃，研磨细度达到250～500目，颜色微黄，装袋备用；

b、再将水泥20～75份、生石灰粉3～75份和a步骤得到的混合物的2～10％同时加入球磨机内进行研磨，温度控制在60～120℃，研磨细度大于200目，颜色灰白，即制得土建材料固化剂成品。

实施例2

本发明的土建材料固化剂，是通过下列制备方法实现的：

a、将减水剂0.8～12份、抗冻剂0.5～5份、抗渗剂0.5～5份、硅酸钠1～5份、氢氧化钠0.8～4份、氯化钠1～8份、马来酸0.8～6份、硫酸亚铁2～10份、磷酸钠1～5份、碳酸钠1～5份、无水硫酸钠5～15份、三乙醇胺2～10份、硅酸钙0.8～5份和石英砂0.8～5份加入球磨机内研磨，温度控制在70～110℃，研磨细度达到290～400目，颜色微黄，装袋备用；

b、再将水泥30～70份、生石灰粉8～65份和a步骤得到的混合物的3～8％同时加入球磨机内进行研磨，温度控制在70～110℃，研磨细度为300目，颜色灰白，即制得土建材料固化剂成品。

实施例3

本发明的土建材料固化剂，是由下列组份：减水剂1～6份、抗冻剂1～3份、抗渗剂1～3份、硅酸钠1.5～3份、氢氧化钠1～2份、氯化钠2～6份、马来酸1～4份、胺基磺酸盐1～12份、硫酸亚铁3～7份、磷酸钠1.4～2.2份、碳酸钠1.5～2.5份、无水硫酸钠7～12份、三乙醇胺3～7份、硅酸钙1～3份、羟丙基甲基纤维素1～3份、石瑛砂1～3份、水泥35～60份、生石灰粉10～50份和熟石膏粉8～20份配制而成，具体的制备方法是：

a、将上述份数的减水剂、抗冻剂、抗渗剂、硅酸钠、氢氧化钠、氯化钠、马来酸、胺基磺酸盐、硫酸亚铁、磷酸钠、碳酸钠、无水硫酸钠、三乙醇胺、硅酸钙、羟丙基甲基纤维素和石英砂加入球磨机内研磨，温度控制在80～100℃，研磨细度达到300～350目，颜色微黄，装袋备用；

b、再将水泥、生石灰粉、熟石膏粉和a步骤得到的混合物的4～6％同时加入球磨机内进行研磨，温度控制在80～100℃，研磨细度为400目，颜色灰白，即制得土建材料固化剂成品。

本发明的土建材料固化剂，可在a步骤中加入胺基磺酸盐或/和羟丙基甲基纤维素、在b步骤中加入熟石膏粉，其组份的具体份数(见下表二)，再按实施例1的操作方法和表一中的a、b步骤的反应温度和b步骤中加入a步骤得到的混合物的百分含量，即制得本发明的土建材料固化剂成品。

表一：

表二：

上述配比制得的固化剂可固化各类型土壤，适用于道路结构层及水利工程，尤其对寒冷地区的土壤固化优势显著。本固化剂水稳性可靠、吸水率＜0.3％，水稳系数＞98％，冻稳系数＞97％，适应性能强。

下表是本发明固化剂的性能试验：

Claims (7)

1、土建材料固化剂，是包括减水剂、抗冻剂、抗渗剂、硅酸钠、氢氧化钠、氯化钠、马来酸、硫酸亚铁、磷酸钠、碳酸钠、无水硫酸钠、三乙醇胺、硅酸钙、石英砂、水泥和生石灰粉混合而成，其混配组份的重量份数为：减水剂0.5～15份、抗冻剂0.3～7份、抗渗剂0.3～7份、硅酸钠0.5～6份、氢氧化钠0.5～5份、氯化钠0.8～12份、马来酸0.5～8份、硫酸亚铁1～15份、磷酸钠0.5～8份、碳酸钠0.5～7份、无水硫酸钠3～20份、三乙醇胺1～15份、硅酸钙0.2～8份、石英砂0.3～8份、水泥20～75份和生石灰粉3～75份。

2、如权利要求1所述的土建材料固化剂，其特征是由减水剂0.8～12份、抗冻剂0.5～5份、抗渗剂0.5～5份、硅酸钠1～5份、氢氧化钠0.8～4份、氯化钠1～8份、马来酸0.8～6份、硫酸亚铁2～10份、磷酸钠1～5份、碳酸钠1～5份、无水硫酸钠5～15份、三乙醇胺2～10份、硅酸钙0.8～5份、石英砂0.8～5份、水泥30～70份和生石灰粉8～65份组成的混合物。

3、如权利要求1所述的土建材料固化剂，其特征是由减水剂1～6份、抗冻剂1～3份、抗渗剂1～3份、硅酸钠1.5～3份、氢氧化钠1～2份、氯化钠2～6份、马来酸1～4份、硫酸亚铁3～7份、磷酸钠1.4～2.2份、碳酸钠1.5～2.5份、无水硫酸钠7～12份、三乙醇胺3～7份、硅酸钙1～3份、石英砂1～3份、水泥35～60份和生石灰粉10～50份组成的混合物。

4、如权利要求1或2或3任一项所述的土建材料固化剂，其特征在于所述的减水剂是木质素磺酸盐、萘系列减水剂、腐殖酸系减水剂、树脂系减水剂、氨基磺酸盐减水剂、羧酸盐接枝共聚物减水剂或复合减水剂中的一种。

5、如权利要求1或2或3任一项所述的土建材料固化剂，其特征在于所述的抗冻剂是氧化钙、氯化钠单抗冻剂或亚硝酸钠加氯化钠复合抗冻剂。

6、如权利要求1或2或3任一项所述的土建材料固化剂，其特征在于所述的抗渗剂是氯化钙、硅藻土、粉煤灰、树脂乳液或水溶性树脂中的一种。

7、制备权利要求1所述的土建材料固化剂的方法，其特征是包括下步骤：

a、将减水剂0.5～15份、抗冻剂0.3～7份、抗渗剂0.3～7份、硅酸钠0.5～6份、氢氧化钠0.5～5份、氯化钠0.8～12份、马来酸0.5～8份、硫酸亚铁1～15份、磷酸钠0.5～8份、碳酸钠0.5～7份、无水硫酸钠3～20份、三乙醇胺1～15份、硅酸钙0.2～8份和石英砂0.3～8份加入球磨机内研磨，温度控制在60～120℃，研磨细度达到280～350目，混合均匀；

b、在a步骤制得的混合料中加入水泥20～75份和生石灰粉3～75份，再加入球磨机内进行研磨，温度控制在60～120℃，研磨细度大于200目，颜色灰白，即制得土建材料固化剂成品。