CN103553375A - 一种复合型土壤固化剂及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合型土壤固化剂及其制备方法，将矿渣、镍渣、水泥、化学外加剂按一定比例混合，得到一种土壤固化剂。该固化剂适量掺加于软弱土壤之中可以获得显著的增强效果，尤其可以改善土的耐水性、抗腐蚀性，固化效果明显优于硅酸盐水泥。固化剂以工业废渣作为主体原料，不仅降低了成本，还有利于保护环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种路基或地基土壤加固处理所用的复合型土壤固化剂及其制备和应用，特别涉及一种沿海区域盐碱性土壤处理用的固化剂及其制备和应用。本发明属于土木工程材料领域。
背景技术
在房屋建筑、道路修筑等土木建筑工程中，经常会遇到一些地耐力达不到工程技术要求的软弱土壤。这些软弱土壤必须经过增强处理之后才能作为路基或地基，并在此基础上修筑道路或建造房屋。掺加固化剂是众多土壤增强处理方法中简单高效的方法之一。固化剂有固化速度快、相对强度高、收缩量小的优点。
我国一直使用水泥、石灰或石灰和水泥处理软弱土壤，但在技术和经济上未能取得满意的结果。在长期工程实践中，采用石灰、水泥等固化材料暴露出诸多问题：石灰与土壤形成的固化土强度发挥缓慢，影响施工进度，且干缩大，易软化、水稳性差；水泥土在空气中风干所达到的最大干缩应变为2780～3950。因此，暴露的水泥土易产生裂缝，导致固化土体的抗压、抗渗、抗冲刷性能降低。其次，传统的石灰或水泥固化土性能受土质影响大，对塑性指数高的黏土、有机土和盐渍土固化效果较差，甚至有时无固化作用；然而，新型复合固化剂固化土高强度，有较好的防水防潮性，凝结时间快，可以缩短工期，降低成本；施工时只需要在土壤中加入少量固化剂拌合，压实即可，原料普通，施工方便，且具有无毒、无害、节能的优点。
专利CN102093898A公开了一种复合固化剂，由粉料和液料以一定比例混合组成，其中液料使用了改性丙烯酸乳液，VAE乳液和消泡剂。但是，这几种高分子类外加剂价格高昂，如果大量用于工程，成本过高将是一个难以避免的问题。
专利CN100371418C公开了一种土壤固化剂，该固化剂以矿粉、粉煤灰和水泥为主料，配以碱性激发组分、膨胀组分和表面活性剂混合粉磨制成。该固化剂5%掺到粉土中，7天无侧限抗压强度为1.43MPa，抗压强度达不到行业标准。我国公路分五个等级二个标准，高速公路和一级公路要求固化土7天饱水抗压强度在5MPa以上，二、三、四级公路要求固化土的7天饱水抗压强度大于3MPa。
专利CN102676176A公开了一种复合离子固化剂，其制造方法是：将养护剂、活化剂、分散剂、固化催化剂按一定比例在反应釜内反应，陈化，温度控制在30-32℃之间；60分钟后又加入浓H2SO4，温度控制在60℃以下。该固化剂制备方法较复杂，施工不便，且使用了浓硫酸，对人体有危害，对水体和土壤会造成污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本高性能，原料易取，施工简便的复合型土壤固化剂及其制备和应用，该固化剂特别适合于固化具有弱盐碱性的沙质土。
本发明的技术方案为：本发明的配比设计立足于复合型并强调融入碱激发胶凝材料的制备原理，以期各组分材料之间的作用互补，得到早强、高强和长期耐久性好的固化剂。该固化剂主要是靠其自身各组分之间的化学反应产生的胶凝作用和固化剂组分与土壤颗粒之间的化学反应来联合达到增强效果。
本发明的具体技术方案为：一种复合型土壤固化剂，其特征在于其原料组分及各组分占原料总量的质量百分比分别为：
矿渣： 45%～60%
水泥： 8%～13%
镍渣： 15%～20%
化学外加剂： 17%～27%
优选所述水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥或PII52.5硅酸盐水泥。优选上述的化学外加剂为水玻璃、石膏、CaO中的一种或几种复合。其中水玻璃为液体，优选水玻璃的模数为2.4～2.6；优选石膏为二水石膏，0.08mm筛余量小于5%；CaO为市售分析纯。
本发明还提出了上述的复合型土壤固化剂的方法，其具体步骤为：将矿渣、镍渣分别粉磨至比表面积300-400m2/kg；按各组分占原料总量的质量百分比水泥、矿渣、镍渣和化学外加剂混合均匀。
本发明还提供了所述的复合型土壤固化剂在土壤固化中的应用，优选固化剂掺加质量为土方质量的10～15%。使用时以土壤质量的10%～15%将土壤固化剂直接均匀喷洒在土壤中，然后用工程机械或人工将固化剂与待固化土壤拌合均匀，再压实即可。
有益效果：
本发明具有以下优点：固化土7天抗压强度大于4MPa，28天强度大于7MPa。该固化剂在强度、耐水性能上优于相同条件下的普通硅酸盐水泥；以10%～15%的掺加于盐碱性土壤之中可获得良好固化效果；所述固化剂中所用的主要原料是工业废渣及其他廉价原料如石膏等，用量达到70%左右，降低了成本。且原料来源广泛，制造简单，施工方便。
具体实施方式
控制目标固化土含水量为18.32%，模拟土壤固化处理施工过程，进行固化试验和固化效果测试。首先按照上文所述固化剂的配合比准备好固化剂，再称取适量待固化土壤和固化剂，加水混合搅拌均匀。再采用机械液压压实成型，一个小时内脱模后的固化土试样用塑料薄膜包裹后放置于温度20±2℃，相对湿度大于90%的湿空气养护室中，养护至不同的预定龄期之后取出，测定抗压强度。养护制度为：养护龄期7d为标准养护6d、浸水养护1d；养护龄期28d为标准养护27d、浸水养护1d。
实施例1：
固化剂制备：PO42.5普通硅酸盐水泥8.9g，矿渣（粉磨至比表面积300m2/kg）46g，镍渣（粉磨至比表面积300m2/kg）19g，CaO26.1g，将原料混合均匀制备得到土壤固化剂；
按照上文的试验步骤及强度测定方法，制备固化土试样并测得试样的无侧限抗压强度为：掺量10%时，7天强度2.6MPa，28天强度3.9MPa；
掺量15%时，7天强度3.1MPa，28天强度5.0MPa。
实施例2：
固化剂制备：PO42.5普通硅酸盐水泥8.3g：矿渣（粉磨至比表面积400m2/kg）59g：镍渣（粉磨至比表面积300m2/kg）15g：水玻璃（模数：2.6）11.7g：石膏6g的比例将原料混合均匀制备得到土壤固化剂；
按照上文的试验步骤及强度测定方法，制备固化土试样并测得试样的无侧限抗压强度为：掺量10%时，7天强度3.2MPa，28天强度4.8MPa；
掺量15时，7天强度3.8MPa，28天强度6.4MPa
实施例3：
固化剂制备：PII52.5硅酸盐水泥12.1g，矿渣（粉磨至比表面积300m2/kg）51.4g，镍渣（粉磨至比表面积400m2/kg）17g，水玻璃（模数：2.5）13.5g，CaO6g，将原料混合均匀制备得到土壤固化剂；
按照上文的试验步骤及强度测定方法，制备固化土试样并测得试样的无侧限抗压强度为：掺量10%时，7天强度4.0MPa，28天强度6.1MPa；
掺量15%时，7天强度5.6MPa，28天强度8MPa
实施例4：
固化剂制备：PII52.5硅酸盐水泥9.7g，矿渣（粉磨至比表面积400m2/kg）50g，镍渣（粉磨至比表面积400m2/kg）17.5g，水玻璃（模数：2.4）12.8g，石膏10g，将各原料混合均匀制备得到土壤固化剂；
按照上文的试验步骤及强度测定方法，制备固化土试样并测得试样的无侧限抗压强度为：掺量10%时，7天强度4.1MPa，28天强度7.6MPa；
掺量15%时，7天强度5.8MPa，28天强度8.4MPa。
Claims (5)
1.一种复合型土壤固化剂，其特征在于其原料组分及各组分占原料总量的质量百分比分别为：
矿渣： 45%～60%
水泥： 8%～13%
镍渣： 15%～20%
化学外加剂： 17%～27%
2.根据权利要求1所述的复合型土壤固化剂，其特征在于：所述水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥或PII52.5硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的复合型土壤固化剂，其特征在于：上述的化学外加剂为水玻璃、石膏、CaO中的一种或几种复合。
4.一种制备如权利要求1所述的复合型土壤固化剂的方法，其具体步骤为：将矿渣、镍渣分别粉磨至比表面积300-400m2/kg；按各组分占原料总量的质量百分比水泥、矿渣、镍渣和化学外加剂混合均匀。
5.一种利用如权利要求1所述的复合型土壤固化剂在土壤固化中的应用，其特征在于：固化剂掺加质量为土方质量的10～15%。
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