CN107973571B - 土壤固化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种土壤固化剂,属于建筑材料技术领域,所述的土壤固化剂,包括以下原料:普通硅酸盐水泥、固硫灰、激发剂、早强剂、硅灰、生石灰、聚丙烯酰胺、水、聚乙烯醇缩丁醛、木质素磺酸钙、3‑氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮。所述土壤固化剂是经过改性材料、混合、真空制备等步骤制得的。本发明的土壤固化剂制备工艺简单,采用本发明的土壤固化剂可显著缩短路基的凝固时间,提高路基的抗压强度,缩短工期,可应用于不同土质的土壤固化。

Description

土壤固化剂
【技术领域】
本发明属于建筑材料技术领域,具体涉及一种土壤固化剂。
【背景技术】
目前我国正在进行大规模的工程建设,在工程建设中,因自然资源有限,现有的砂石材料已经远远不能满足日益增长的工程建设需要,同时,砂石的开采也会造成严重的自然环境破坏,使社会生存环境质量下降。在工程建设中,如果能充分有效利用价格低廉、来源广泛的土壤作为工程材料,则可以在保证工程建设的同时,有效节约砂石的用量,降低工程成本,同时减少对自然资源的破坏,保护生态环境,提高社会生存质量。土壤固化剂是一种可以快速并显著改变土壤物理化学性能、使土壤具有工程特性的一种工程材料。土壤固化剂加固土采用就地取材的土壤作为主要建筑材料,可以利用废弃的土壤、渣土、建筑垃圾等作为主要骨料,加入一定的土壤固化剂,改变废弃土壤、渣土、建筑垃圾的理化性质,使其能够作为建筑材料重新被利用。其开采加工起来较为容易,无需长途运输,节省了运输费用,而且,节约资源,保护环境。因此,采用土壤固化剂加固土壤技术在技术和经济上都有重要意义,但是现有的土壤固化剂存在固化的抗压强度高,固化时间长的局限性。
例如,中国专利申请文献“复合型土壤固化剂(公开号:CN201710441973)”公开了一种复合型土壤固化剂,按重量份由以下成分组成:普通硅酸盐水泥5-15份、固硫灰60-90份、激发剂3-8份、早强剂1-5份、硅灰1-3份、生石灰2-6份、聚丙烯酰胺0.02-0.1份。该复合型土壤固化剂虽然能改善路基结构、提高路基强度,但是固化时间长,固化过程容易给后期带来裂开、坍塌等情况,综合固化效果不好。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种土壤固化剂,以解决在中国专利申请文献“复合型土壤固化剂(公开号:CN201710441973)”的添加剂基础上,如何优化工艺,缩短固化土壤的凝固时间,使得土壤固化剂固化效果更好的技术问题。
为了解决以上技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种土壤固化剂,包括以下原料:普通硅酸盐水泥、固硫灰、激发剂、早强剂、硅灰、生石灰、聚丙烯酰胺、水、聚乙烯醇缩丁醛、木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮;
所述激发剂为改性水玻璃、铝酸钠、铝酸钾、聚合硅酸铝铁中的一种或多种;
所述早强剂为氧化钙、二乙醇胺、碳酸氢钾中的一种或多种;
所述聚乙烯醇缩丁醛:木质素磺酸钙:3-氨基丙基三烷氧基硅烷:聚乙烯吡咯烷酮的重量比为(35-50):(25-40):(30-40):(25-30)。
本发明还提供一种土壤固化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、改性材料:在温度为30-50℃、密封的条件下将聚乙烯醇缩丁醛、木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮、水按重量比混合搅拌3-4h制得改性材料;
S2、混合:将步骤S1制得的改性材料与普通硅酸盐水泥、固硫灰、激发剂、早强剂、硅灰、生石灰、聚丙烯酰胺按重量比混合,在25-40℃的温度条件下搅拌1-2h制得混合材料;
S3、真空制备:将步骤S2制得的混合材料在真空环境、搅拌转速为200-300r/min、温度为40-70℃条件下进行搅拌2.5-4h后制得土壤固化剂。
优选地,步骤S1中制得的改性材料含水量为70-90%。
优选地,步骤S2中所述混合材料需要先将固硫灰、激发剂、早强剂、聚丙烯酰胺与改性材料搅拌20-30min后再加入普通硅酸盐水泥、硅灰、生石灰搅拌制得的。
优选地,步骤S3中所述的土壤固化剂的含水量为40-50%。
本发明具有以下有益效果:
(1)由实施例1-3的数据可见,实施例2为最优实施例,土壤固化剂的路基的凝固时间、路基的抗压强度综合效果最好。
(2)由实施例2和对比例1-5的数据可见,聚乙烯醇缩丁醛、木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮同时添加在制备土壤固化剂中起到了协同作用,使得土壤固化剂的固化路基的凝固时间短、路基的抗压强度高,这可能是:聚乙烯醇缩丁醛分子具有较好的耐寒、耐冲击性能,同时拥有较好的结合力,易黏于各种不同的表面,可以使得木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮分子形成稳定、拥有粘结力的结构,以提高路基的抗压强度;木质素磺酸钙拥有憎水基团和亲水基团,憎水基团定向吸附于颗粒的表面,亲水基团指向水溶液,组成单分子或者多分子吸附膜,使得颗粒因表面相同电荷相互排斥而被分散,从颗粒间释放出多余的水分,以达到减少凝固时间的目的,从而缩短固化路基的凝固时间;3-氨基丙基三烷氧基硅烷拥有较好的活化作用,结构的另一端能与复杂的底物分子形成高活性分子基团,可以提高反应选择性,提高物质的机械强度以及对潮湿环境的抵抗能力,提高路基的抗压强度;聚乙烯吡咯烷酮拥有较好的成膜性、粘结性、凝聚作用,而且由于反应分子粘度大,生成的聚合物不容易扩散,增加物质的强度,从而提高路基的抗压强度。当聚乙烯醇缩丁醛、木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮配伍使用时,聚乙烯醇缩丁醛与木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮分子形成稳定、拥有粘结力的结构,并提高了结构分子的耐寒、耐冲击性能,然后在3-氨基丙基三烷氧基硅烷的活化作用下,提高木质素磺酸钙、聚乙烯吡咯烷酮的偶联效率,生成具有高强度、固化时间短的高分子基团,从而缩短固化路基的凝固时间,提高路基的抗压强度。
(3)由实施例1-3对比例6的数据可见,实施例1-3土壤固化剂的路基的抗压强度显著高于对比例6土壤固化剂的路基的抗压强度;同时实施例1-3土壤固化剂固化路基的凝固时间显著低于对比例6土壤固化剂固化路基的凝固时间。
【具体实施方式】
为便于更好地理解本发明,通过以下实例加以说明,这些实例属于本发明的保护范围,但不限制本发明的保护范围。
在实施例中,所述的土壤固化剂,以重量份为单位,包括以下原料:普通硅酸盐水泥25-35份、固硫灰60-90份、激发剂13-20份、早强剂11-20份、硅灰11-17份、生石灰22-30份、聚丙烯酰胺10-25份、水100-150份、聚乙烯醇缩丁醛35-50份、木质素磺酸钙25-40份、3-氨基丙基三烷氧基硅烷30-40份、聚乙烯吡咯烷酮25-30份;
所述激发剂为改性水玻璃、铝酸钠、铝酸钾、聚合硅酸铝铁中的一种或多种;
所述早强剂为氧化钙、二乙醇胺、碳酸氢钾中的一种或多种;
所述的土壤固化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、改性材料:在温度为30-50℃、密封的条件下将聚乙烯醇缩丁醛、木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮、水按重量比混合搅拌3-4h制得改性材料,改性材料含水量为70-90%;
S2、混合:将步骤S1制得的改性材料与普通硅酸盐水泥、固硫灰、激发剂、早强剂、硅灰、生石灰、聚丙烯酰胺按重量比混合,先将固硫灰、激发剂、早强剂、聚丙烯酰胺与改性材料搅拌20-30min后再加入普通硅酸盐水泥、硅灰、生石灰搅拌,在25-40℃的温度条件下搅拌1-2h制得混合材料;
S3、真空制备:将步骤S2制得的混合材料在真空环境、搅拌转速为200-300r/min、温度为40-70℃条件下进行搅拌2.5-4h后制得土壤固化剂,土壤固化剂的含水量为40-50%。
下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
一种土壤固化剂,以重量份为单位,包括以下原料:普通硅酸盐水泥27份、固硫灰607份、激发剂15份、早强剂11份、硅灰12份、生石灰22份、聚丙烯酰胺13份、水112份、聚乙烯醇缩丁醛35份、木质素磺酸钙27份、3-氨基丙基三烷氧基硅烷30份、聚乙烯吡咯烷酮6份;
所述激发剂为改性水玻璃;
所述早强剂为二乙醇胺;
所述的土壤固化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、改性材料:在温度为33℃、密封的条件下将聚乙烯醇缩丁醛、木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮、水按重量比混合搅拌3h制得改性材料,改性材料含水量为73%;
S2、混合:将步骤S1制得的改性材料与普通硅酸盐水泥、固硫灰、激发剂、早强剂、硅灰、生石灰、聚丙烯酰胺按重量比混合,先将固硫灰、激发剂、早强剂、聚丙烯酰胺与改性材料搅拌22min后再加入普通硅酸盐水泥、硅灰、生石灰搅拌,在25℃的温度条件下搅拌1h制得混合材料;
S3、真空制备:将步骤S2制得的混合材料在真空环境、搅拌转速为223r/min、温度为47℃条件下进行搅拌2.5h后制得土壤固化剂,土壤固化剂的含水量为43%。
实施例2
一种土壤固化剂,以重量份为单位,包括以下原料:普通硅酸盐水泥31份、固硫灰85份、激发剂17份、早强剂18份、硅灰16份、生石灰27份、聚丙烯酰胺19份、水134份、聚乙烯醇缩丁醛44份、木质素磺酸钙35份、3-氨基丙基三烷氧基硅烷36份、聚乙烯吡咯烷酮28份;
所述激发剂为铝酸钠7份、聚合硅酸铝铁10份;
所述早强剂为二乙醇胺12份、碳酸氢钾6份;
所述的土壤固化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、改性材料:在温度为46℃、密封的条件下将聚乙烯醇缩丁醛、木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮、水按重量比混合搅拌3.6h制得改性材料,改性材料含水量为82%;
S2、混合:将步骤S1制得的改性材料与普通硅酸盐水泥、固硫灰、激发剂、早强剂、硅灰、生石灰、聚丙烯酰胺按重量比混合,先将固硫灰、激发剂、早强剂、聚丙烯酰胺与改性材料搅拌26min后再加入普通硅酸盐水泥、硅灰、生石灰搅拌,在37℃的温度条件下搅拌1.6h制得混合材料;
S3、真空制备:将步骤S2制得的混合材料在真空环境、搅拌转速为285r/min、温度为65℃条件下进行搅拌3.7h后制得土壤固化剂,土壤固化剂的含水量为48%。
实施例3
一种土壤固化剂,以重量份为单位,包括以下原料:普通硅酸盐水泥35份、固硫灰89份、激发剂20份、早强剂19份、硅灰17份、生石灰29份、聚丙烯酰胺25份、水147份、聚乙烯醇缩丁醛48份、木质素磺酸钙39份、3-氨基丙基三烷氧基硅烷40份、聚乙烯吡咯烷酮30份;
所述激发剂为铝酸钾;
所述早强剂为碳酸氢钾;
所述的土壤固化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、改性材料:在温度为48℃、密封的条件下将聚乙烯醇缩丁醛、木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮、水按重量比混合搅拌4h制得改性材料,改性材料含水量为89%;
S2、混合:将步骤S1制得的改性材料与普通硅酸盐水泥、固硫灰、激发剂、早强剂、硅灰、生石灰、聚丙烯酰胺按重量比混合,先将固硫灰、激发剂、早强剂、聚丙烯酰胺与改性材料搅拌29min后再加入普通硅酸盐水泥、硅灰、生石灰搅拌,在40℃的温度条件下搅拌2h制得混合材料;
S3、真空制备:将步骤S2制得的混合材料在真空环境、搅拌转速为300r/min、温度为68℃条件下进行搅拌4h后制得土壤固化剂,土壤固化剂的含水量为50%。
对比例1
与实施例2的制备工艺基本相同,唯有不同的是制备土壤固化剂的原料中缺少聚乙烯醇缩丁醛、木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮。
对比例2
与实施例2的制备工艺基本相同,唯有不同的是制备土壤固化剂的原料中缺少聚乙烯醇缩丁醛。
对比例3
与实施例2的制备工艺基本相同,唯有不同的是制备土壤固化剂的原料中缺少木质素磺酸钙。
对比例4
与实施例2的制备工艺基本相同,唯有不同的是制备土壤固化剂的原料中缺少3-氨基丙基三烷氧基硅烷。
对比例5
与实施例2的制备工艺基本相同,唯有不同的是制备土壤固化剂的原料中缺少聚乙烯吡咯烷酮。
对比例6
采用中国专利申请文献“复合型土壤固化剂(公开号:CN201710441973)”实施例2-4的制备方法制备土壤固化剂。
测量实施例1-3和对比例1-6的土壤固化剂固化路基的凝固时间,路基的抗压强度,结果见下表:
Figure BDA0001484315510000061
Figure BDA0001484315510000071
(1)由实施例1-3的数据可见,实施例2为最优实施例,土壤固化剂的路基的凝固时间、路基的抗压强度综合效果最好。
(2)由实施例2和对比例1-5的数据可见,聚乙烯醇缩丁醛、木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮同时添加在制备土壤固化剂中起到了协同作用,使得土壤固化剂的固化路基的凝固时间短、路基的抗压强度高,这可能是:聚乙烯醇缩丁醛分子具有较好的耐寒、耐冲击性能,同时拥有较好的结合力,易黏于各种不同的表面,可以使得木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮分子形成稳定、拥有粘结力的结构,以提高路基的抗压强度;木质素磺酸钙拥有憎水基团和亲水基团,憎水基团定向吸附于颗粒的表面,亲水基团指向水溶液,组成单分子或者多分子吸附膜,使得颗粒因表面相同电荷相互排斥而被分散,从颗粒间释放出多余的水分,以达到减少凝固时间的目的,从而缩短固化路基的凝固时间;3-氨基丙基三烷氧基硅烷拥有较好的活化作用,结构的另一端能与复杂的底物分子形成高活性分子基团,可以提高反应选择性,提高物质的机械强度以及对潮湿环境的抵抗能力,提高路基的抗压强度;聚乙烯吡咯烷酮拥有较好的成膜性、粘结性、凝聚作用,而且由于反应分子粘度大,生成的聚合物不容易扩散,增加物质的强度,从而提高路基的抗压强度。当聚乙烯醇缩丁醛、木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮配伍使用时,聚乙烯醇缩丁醛与木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮分子形成稳定、拥有粘结力的结构,并提高了结构分子的耐寒、耐冲击性能,然后在3-氨基丙基三烷氧基硅烷的活化作用下,提高木质素磺酸钙、聚乙烯吡咯烷酮的偶联效率,生成具有高强度、固化时间短的高分子基团,从而缩短固化路基的凝固时间,提高路基的抗压强度。
(3)由实施例1-3对比例6的数据可见,实施例1-3土壤固化剂的路基的抗压强度显著高于对比例6土壤固化剂的路基的抗压强度;同时实施例1-3土壤固化剂固化路基的凝固时间显著低于对比例6土壤固化剂固化路基的凝固时间。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种土壤固化剂,其特征在于,包括以下原料:普通硅酸盐水泥、固硫灰、激发剂、早强剂、硅灰、生石灰、聚丙烯酰胺、水、聚乙烯醇缩丁醛、木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮;
所述激发剂为改性水玻璃、铝酸钠、铝酸钾、聚合硅酸铝铁中的一种或多种;
所述早强剂为氧化钙、二乙醇胺、碳酸氢钾中的一种或多种;
所述聚乙烯醇缩丁醛:木质素磺酸钙:3-氨基丙基三烷氧基硅烷:聚乙烯吡咯烷酮的重量比为(35-50):(25-40):(30-40):(25-30);
其中,土壤固化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、改性材料:在温度为30-50℃、密封的条件下将聚乙烯醇缩丁醛、木质素磺酸钙、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮、水按重量比混合搅拌3-4h制得改性材料;
S2、混合:将步骤S1制得的改性材料与普通硅酸盐水泥、固硫灰、激发剂、早强剂、硅灰、生石灰、聚丙烯酰胺按重量比混合,在25-40℃的温度条件下搅拌1-2h制得混合材料;
S3、真空制备:将步骤S2制得的混合材料在真空环境、搅拌转速为200-300r/min、温度为40-70℃条件下进行搅拌2.5-4h后制得土壤固化剂。
2.根据权利要求1所述的土壤固化剂,其特征在于,步骤S1中制得的改性材料含水量为70-90%。
3.根据权利要求1所述的土壤固化剂,其特征在于,步骤S2中所述混合材料需要先将固硫灰、激发剂、早强剂、聚丙烯酰胺与改性材料搅拌20-30min后再加入普通硅酸盐水泥、硅灰、生石灰搅拌制得的。
4.根据权利要求1所述的土壤固化剂,其特征在于,步骤S3中所述的土壤固化剂的含水量为40-50%。
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