CN118047588A - 一种耐水土壤固化剂及其制备方法和使用方法 - Google Patents
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Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
本发明提供了一种耐水土壤固化剂及其制备方法和使用方法，耐水土壤固化剂，包括A组份和B组份，A组份包括：磷石膏500～700份；焦炭粉1～5；粉煤灰80～160；铝酸钙10～20份；硅酸盐水泥熟料50～100份；钢渣粉100～200份；矿粉100～200份；生石灰5～10份；硫酸钠5～10份；煅烧明矾石2～8份；速溶固体水玻璃1～5份；B组份包括：羟基硅油乳液10～90份；甲基含氢硅油乳液5～20份；环氧多胺加成物15～30份；醋酸锌5～12份；氢氧化锆1～5份；三乙醇铵1～5份；偶联剂1～4份；润湿剂1～5份；水600～850份。本发明的耐水土壤固化剂能够提高土壤密实度，对土壤中重金属固化效果好，增强土壤抗压强度，使土壤具有良好的水稳定性，耐水性良好。
Description
技术领域
本发明涉及固废资源化利用及土壤固化技术领域，具体涉及一种耐水土壤固化剂及其制备方法和使用方法。
背景技术
土壤固化剂是土壤固化外加剂的简称，是一种由多种无机、有机材料合成的用以固化各类土壤的新型节能环保工程材料。对于需加固的土壤，根据土壤的物理和化学性质，只需掺入一定量的固化剂，经拌匀、压实处理，即可达到需要的性能指标。
土壤固化剂涉及的领域广泛，在建筑基础、堤坝护坡、滩涂淤泥、防尘固沙、工业污泥固化等领域均有应用，不仅能够达到加固强化的效果，而且能有效稳定污染物防止渗透污染环境。
土壤固化剂从形态上可分为粉体和液体，从组成上可分为无机型、有机型和生物酶型等三大类。无机型土壤固化剂以粉体型为主，包括石灰水泥类固化剂、矿渣硅酸盐类固化剂等，稳定性好成本低但容易开裂，早期强度不够理想；有机型土壤固化剂是以大分子为主的高聚物类液体型固化剂，用量少，抗水性较好，但使用范围有限且易老化；生物酶型固化剂属于生物固化剂，对高塑型黏土固化效果明显但制备成本较高且容易降解从而影响寿命。目前已知的固化剂大多都存在耐水性能不够好的问题，已施工的土壤固化剂水稳定性能不够，尤其是液体型固化剂在雨水长时间浸泡后无法固结地基土壤。
基于综合性能的考量，在寻求固化剂高强度性能的前提下，高耐水性是固化剂强度保持和耐久性使用的重要指标，而廉价可再生的原料如生物质在强度、耐水性和包括材料价格、废物利用和施工便利等经济性上达成满意度是当前土壤固化剂开发的紧迫任务。其中对于关联强度和耐久性使用有较高要求的如道路、河岸工程，有机(尤其是生物质有机物)无机复合固化剂在这方面有着优势。
有机硅是一类品种众多、性能优异、应用广阔的新型化工产品，素有“工业味精”之称。各类硅烷、硅氧烷中间体以及由它们制得的硅油、硅橡胶、硅树脂(包括它们的二次加工品)、偶联剂等产品，已在电子电气、建筑、汽车、纺织、轻工、化妆品、医疗、食品等行业获得广泛的应用，并发挥了积极的作用。经过实践证明，有机硅乳液具有良好的耐水效果，掺入少量有机硅乳液就能较大幅度地提升土壤水稳定性。
磷石膏是湿法制磷酸产生的一种工业固体废弃物，含有一定有机磷和无机磷残留成分，使得磷石膏呈酸性。生产1t磷酸约排放4～5t磷石膏，目前我国磷石膏堆存量约6亿吨，堆场已接近饱和，然而磷石膏、磷矿渣等大宗固体废弃物的利用率不足10％，堆存量大消耗量低造成土地资源大量浪费，不仅威胁环境安全，且易引发滑坡、泥石流等安全事故，造成严重人员伤亡和财产损失。如管控不善，磷石膏中的磷、硫、重金属等也会随雨水的渗透、流出堆场，对周围土壤、地下水、河流等造成一定污染。原状磷石膏活性低、水化慢的特性限制其资源化利用途径的拓展，通过活性激发可以改善这种情况，目前主要的活性激发方法有物理激发、热力激发与化学激发。物理激发是采用机械的方法提高磷石膏的细度，从而提高磷石膏活性；热力激发是指向磷石膏中提供热量来提高磷石膏的活性；化学激发是引入少量激发剂，在碱性条件下参与并加速磷石膏材料的水化反应。磷石膏当前的应用场景有：作为水泥、硫酸、建筑石膏的原料；作为缓凝剂；与其他工业废料一同制备胶凝材料等，但对于磷石膏的消耗量低，且存在成本高、耐水性差等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种耐水土壤固化剂及其制备方法和使用方法。
为实现上述发明目的，第一方面，本发明提供了一种耐水土壤固化剂，包括A组份和B组份，所述A组份和所述B组份分别包括以下重量份的各原料：
所述A组份包括以下重量份的原料：磷石膏500～700份；焦炭粉1～5；粉煤灰80～160；铝酸钙10～20份；硅酸盐水泥熟料50～100份；钢渣粉100～200份；矿粉100～200份；生石灰5～10份；硫酸钠5～10份；煅烧明矾石2～8份；速溶固体水玻璃1～5份；
所述B组份包括以下重量份的原料：羟基硅油乳液10～90份；甲基含氢硅油乳液5～20份；环氧多胺加成物15～30份；醋酸锌5～12份；氢氧化锆1～5份；三乙醇铵1～5份；偶联剂1～4份；润湿剂1～5份；水600～850份。
在一个实施例中，所述磷石膏的成分包括CaS04·2H20、P2O5、MgO、Fe2O3、Al2O3和CaO；
所述焦炭粉为冶金用含碳量＞90％的精炼焦煤磨细粉，细度280目～400目；
所述钢渣粉比表面积为400～800m2/kg，目数为380～600目，其成分包括Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3、SO3、C4A3、C2S和C4AF；
所述矿渣粉中氧化铁的含量为50％～60％，氧化硅的含量为30％～40％；
所述速溶固体水玻璃的成分包括2.5％～3.8％的速溶固体硅酸钠。
在一个实施例中，所述羟基硅油乳液摩尔质量30～60g/mol，pH值5.5～7；
所述甲基含氢硅油乳液粘度<50mm2/s，pH值3～4，氢质量分数1～1.5％；
所述醋酸锌为二水合醋酸锌，含2个分子结晶水；
所述氢氧化锆为工业级，含8个分子结晶水；
所述润湿剂为有机硅；
所述水为去离子水。
第二方面，本发明提供了一种耐水土壤固化剂的制备方法，包括：
步骤一：对原状磷石膏进行浮选除杂、固液分离和干燥处理，得到除杂处理之后的磷石膏；
步骤二：将所述除杂处理之后的磷石膏与焦炭粉、硫酸钠和煅烧明矾石充分混合，得到第一混合料；
步骤三：采用微波发生器对所述第一混合料进行辐照，得到微波辐照后的第一混合料；
步骤四：将所述微波辐照后的第一混合料与硅酸盐水泥熟料、钢渣粉、矿粉、粉煤灰按照比例进行混合并送至超细超微粉碎机进行粉碎，得到第二混合料；
步骤五：将所述第二混合料与铝酸钙、生石灰、速溶固体水玻璃进行混合过磨，得到所述A组分；
步骤六：向水中依次加入羟基硅油乳液、甲基含氢硅油乳液、环氧多胺加成物、醋酸锌、氢氧化锆、三乙醇铵、偶联剂、润湿剂，室温下持续搅拌使其溶解，得到所述B组分。
在一个实施例中，所述步骤三中，采用300MHz～945GHz的微波发生器对所述第一混合料145℃下辐照20～40min，得到微波辐照后的第一混合料。
在一个实施例中，所述步骤四中将所述微波辐照后的第一混合料与硅酸盐水泥熟料、钢渣粉、矿粉、粉煤灰按照比例进行混合并送至超细超微粉碎机粉碎至380～480目，得到第二混合料；
所述步骤六中，向水中依次加入羟基硅油乳液、甲基含氢硅油乳液、环氧多胺加成物、醋酸锌、氢氧化锆、三乙醇铵、偶联剂、润湿剂，室温下以100-200r/min持续搅拌使其溶解，持续搅拌30分钟得到所述B组分。
第三方面，本发明提供了一种耐水土壤固化剂在水利护坡、滩涂固化、道路基层与底基层、注浆材料和建筑环境中的应用。
第四方面，本发明提供了一种耐水土壤固化剂的使用方法，包括：
将所述A组分与被固化物进行第一混合，混合后添加所述B组分与水进行第二混合，得到混合料，将所述混合料进行填充或压实，后进行养护，得到固化土壤。
在一个实施例中，所述耐水土壤固化剂的A组分与所述被固化物的重量比为1:9～3:7，所述耐水土壤固化剂的B组分的用量为所述被固化物重量的2～10％；混合后添加所述B组分与水进行第二混合的步骤中，水的用量为所述被固化物重量的7～55％。
在一个实施例中，所述第一混合的时间为2～3min，所述第二混合的时间为3～5min。
本发明相对于现有技术的优点以及有益效果为：
(1)本发明中，磷石膏是多组分的复杂的结晶体，本发明提供的制备方法采用的是微波-物理-化学复合激发方式，将磷石膏中的可溶性P2O5和Fe2+进行稳定，将其中的有害成分还原成晶体变成无害的稳定材料，并被胶凝剂所包裹。
(2)用微波辐照时，由于组成磷石膏的各种化学组分具有不同的性质，它们在微波场中的升温速率各不相同，在吸收微波、部分吸收微波和不吸收微波的矿物之间会形成明显的局部温差，一方面使矿物之间产生热应力，会促进在矿物之间的界面上裂缝产生同时又有效地促进吸收微波矿物的单体解离和增加吸收微波矿物的有效反应面积。另一方面，在加热过程中会使磷石膏脱水发生晶型转变、相变或化学反应。
(3)本发明中，有机硅类B组分，与A组分一同参与反应，同时在固化土表面形成一层有机硅膜，不仅有效提高土壤固化剂的固化性能，且有效提高了土壤固化后的耐水性，延长了使用寿命，能够降低社会成本，节省资源，提高土壤固化效率，适用于道路、机场和农地斜坡处于自然雨水侵蚀的土壤固化处理。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
第一方面，本发明提供了一种耐水土壤固化剂，包括A组份和B组份，所述A组份和所述B组份分别包括以下重量份的各原料：
所述A组份包括以下重量份的原料：磷石膏500～700份；焦炭粉1～5；粉煤灰80～160；铝酸钙10～20份；硅酸盐水泥熟料50～100份；钢渣粉100～200份；矿粉100～200份；生石灰5～10份；硫酸钠5～10份；煅烧明矾石2～8份；速溶固体水玻璃1～5份；
所述B组份包括以下重量份的原料：羟基硅油乳液10～90份；甲基含氢硅油乳液5～20份；环氧多胺加成物15～30份；醋酸锌5～12份；氢氧化锆1～5份；三乙醇铵1～5份；偶联剂1～4份；润湿剂1～5份；水600～850份。
进一步的，所述磷石膏的成分包括CaS04·2H20、P2O5、MgO、Fe2O3、Al2O3和CaO；所述磷石膏为磷化工生产的一种超细酸性废料，其主要成分为CaS04·2H20、P2O5、MgO、Fe2O3、Al2O3和CaO等，能够为土壤固化剂提供钙离子和硫酸根离子；
所述焦炭粉为冶金用含碳量＞90％的精炼焦煤磨细粉，细度280目～400目，为吸波加热材料；
所述粉煤灰是发电厂从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，具有火山灰效应，是形成水化硅酸钙的主要组成部份；
所述铝酸钙具体为市售的高铝水泥，主要化学成分Al2O3、CaO，它具有较强活性，为胶凝材料提供铝源；
所述硅酸盐水泥熟料熟料为水泥厂生产的未加工磨细的成品，为胶凝材料提供活性激活物质；
所述钢渣粉为钢厂炼钢时的废渣经热闷后磨细的钢渣，所述钢渣粉比表面积为400～800m2/kg，目数为380～600目，其成分包括Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3、SO3、C4A3、C2S和C4AF等；
所述矿渣粉为炼铁高炉水渣，是指在炼铁过程中产生的一种废弃物，其主要成分是氧化铁和氧化硅。其中，氧化铁的含量为50％～60％，氧化硅的含量为30％～40％。此外，水渣中还含有少量的氧化铝、氧化钙、氧化镁等杂质。经磨细至400目以上，其活性钙、硅、铝等无机物大于30％，活性指数大于95％的磨细水渣，炼铁高炉水渣中氧化硅是一种活性无机化合物，为体系提供具有火山灰效应的活性硅；
所述生石灰为市售的CaO，作为碱性激发剂，生石灰的加入可以调整无水石膏浆体的碱度，激发矿渣的活性，加入生石灰后的无水石膏浆体中石灰首先与水反应，迅速水化生成Ca(OH)2，为整个体系营造了一个碱性介质环境，其次才是形成二水石膏。而碱性介质的存在，激发了矿渣的潜在活性，生成强度和稳定性均比二水石膏高且在水中溶解度小的钙矾石晶体和水化硅酸钙凝胶体。这些新增产物不断填充并包裹在二水石膏和无水石膏的结构中，使整体结构趋于密实，因而提高了早期和后期强度；
所述硫酸钠为市售元明粉，硫酸钠(Na2SO4)的加入可加速无水石膏过饱和度的形成并使其析晶活化能降低，析晶加快，水化率显著提高。因此，掺入硫酸钠可显著提高无水石膏硬化体的早期强度；
所述煅烧明矾石为市售，是一种以含硫酸铝钾复盐为主的天然矿石，经煅烧而成，所需要的有效成份是三氧化二铝，三氧化硫含量越高，其活化水性越好.明矾石在碱-硫酸盐的激发下形成钙矾石，使水泥石的强度得到良好的发展，明矾石经锻烧脱水活化后，具有很高的溶解性，并具有与水泥水化物进行反应的能力，能迅速地与石膏相互作用，生成钙矾石，从而进一步加速和深化水泥的水化和硬化；
所述速溶固体水玻璃主要成分为2.5％～3.8％的速溶固体硅酸钠；为体系中的早强碱性激活剂，水玻璃的作用是水玻璃与无水石膏颗粒发生反应，析出Ca(OH)2，使无水石膏浆体呈现碱性，可提高无水石膏的溶解量，生成较多的二水石膏，对加速无水石膏的水化有显著的激发作用。
进一步的，所述羟基硅油乳液(羟乳)摩尔质量30～60g/mol，pH值5.5～7，为乳液聚合，是形成有机硅膜的主要成分；
所述甲基含氢硅油乳液(氢乳)粘度<50mm2/s，pH值3～4，氢质量分数1～1.5％，为机械乳化，可形成有机硅膜交联剂；
所述环氧多胺加成物为工业品，合成方法为在单组分环氧合成体系中，加入过量的胺，可作为乳液稳定剂并增加有机硅膜粘接力；
所述醋酸锌为二水合醋酸锌，含2个分子结晶水，三级，作为水解缩合催化剂和填充剂。
所述氢氧化锆为工业级，含8个分子结晶水，沉积于土壤间隙、促进硅氧键定向排列、增加防水效果；
所述三乙醇铵作用为水解缩合催化剂；
所述偶联剂牌号为KH560，能够增加各组份的相容性；
所述润湿剂为有机硅H140，能够提高材料的润湿分散性，具有减水效果；
所述水为去离子水，作为B组分的稀释剂。
第二方面，本发明提供了一种耐水土壤固化剂的制备方法，包括：
步骤一：对磷石膏进行浮选除杂、固液分离和干燥处理，得到除杂处理之后的磷石膏；
步骤二：将所述除杂处理之后的磷石膏与焦炭粉、硫酸钠和煅烧明矾石充分混合，得到第一混合料；
步骤三：采用微波发生器对所述第一混合料进行辐照，得到微波辐照后的第一混合料；
步骤四：将所述微波辐照后的第一混合料与硅酸盐水泥熟料、钢渣粉、矿粉、粉煤灰按照比例进行混合并送至超细超微粉碎机进行粉碎，得到第二混合料；
步骤五：将所述第二混合料与铝酸钙、生石灰、速溶固体水玻璃进行混合过磨，得到所述A组分；
步骤六：向水中依次加入羟基硅油乳液、甲基含氢硅油乳液、环氧多胺加成物、醋酸锌、氢氧化锆、三乙醇铵、偶联剂、润湿剂，室温下以100-200r/min持续搅拌使其溶解，持续搅拌30分钟得到所述B组分。
进一步的，所述步骤三中，采用300MHz～945GHz的微波发生器对所述第一混合料145℃下辐照20～40min，得到微波辐照后的第一混合料。
进一步的，所述步骤四中将所述微波辐照后的第一混合料与硅酸盐水泥熟料、钢渣粉、矿粉、粉煤灰按照比例进行混合并送至超细超微粉碎机粉碎至380～480目，得到第二混合料；
所述步骤六中，向水中依次加入羟基硅油乳液、甲基含氢硅油乳液、环氧多胺加成物、醋酸锌、氢氧化锆、三乙醇铵、偶联剂、润湿剂，室温下以100-200r/min持续搅拌使其溶解，持续搅拌30分钟得到所述B组分。
通过微波辐照激发了矿物活性，材料内部振动产热，促进矿物界面产生裂缝，增大矿物比表面积，便于与土壤颗粒之间的吸附、黏结、反应，从而增强对土壤的固化作用。通过微波辐照还能使磷石膏脱水发生晶型转变、相变反应，大量转化为半水石膏与无水石膏，有助于提高对土壤的固化作用。
第三方面，本发明提供了耐水土壤固化剂在水利护坡、滩涂固化、道路基层与底基层、注浆材料和建筑环境中的应用。
上述耐水土壤固化剂能够适用于水利护坡、滩涂固化、道路基层与底基层、注浆材料和建筑环境等领域的应用，具有施工简单，性能优异，成本低廉，环境友好等特点。
第四方面，本发明提供了一种耐水土壤固化剂的使用方法，包括：
步骤一、将所述A组分与被固化物进行第一混合，混合后添加所述B组分与水进行第二混合，得到混合料；
步骤一具体为：首先将所述A组分与被固化物进行第一混合2～3min，然后加入所述B组分与适量的水进行第二混合，混合3～5min得到混合料。
步骤二、将所述混合料进行填充或压实，后进行养护，得到固化土壤。
步骤二具体为：用于沙土固化时，将混合料注入7.07cm*7.07cm*7.07cm的模具中并振实，24h后进行拆模，再标养箱中养护28天，使用抗压试验机进行强度测试；和或用于道路基层与底层，将混合料填入圆柱形钢模具，使用压力机进行压实成型，脱模后使用保鲜膜密封放入标养箱中养护7天，使用抗压试验机进行7天无侧限抗压强度测试。
进一步的，步骤一中，所述耐水土壤固化剂的A组分与所述被固化物的重量比为1:9～3:7，所述耐水土壤固化剂的B组分的用量为所述被固化物重量的2～10％；混合后添加所述B组分与水进行第二混合的步骤中，水的用量为所述被固化物重量的7～55％。
控制A组分、B组分的用量的积极效果：在该范围内可根据施工强度要求进行固化剂比例调整。若该耐水土壤固化剂的含量过高，在一定程度上会造成固化成本升高，严重超过强度指标要求时浪费资源；若该耐水土壤固化剂的含量过低，在一定程度上会无法满足固化强度指标要求。具体地，A组分与固化物的重量比为1:9～3:7，例如可以为1：9、15:85、2:8、25:75、3:7等，B组分的用量为被固化物重量的2～10％，例如可以为2％、4％、6％、8％、10％。
控制水的用量的积极效果：在该范围内根据施工对混合料流动性指标明确水分含量。若该水的含量过高，在一定程度上会使得固化土凝结时间延长，抗压强度降低；若该水的含量过低，在一定程度上会使得土壤固化剂水化不完全，降低固化效果。具体地，水的用量为被固化物重量的7～55％，例如可以为7％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％。
本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。
实施例1
以重量份计，将800份磷石膏和4份焦炭粉、10份硫酸钠、8份煅烧明矾石以75r/min充分搅拌5min，采用5.0kW，945MHz的微波发生器在145℃下辐照20～40min，然后与50份硅酸盐硅酸盐水泥熟料、100份钢渣粉、100份矿粉、150份粉煤灰混合，将混合料粉碎至380～400目，然后与20份铝酸钙、10份生石灰和5份速溶固体水玻璃混合过磨，得到A组分。
以重量份计，向800份水中加入70份羟基硅油乳液(羟乳)、18份甲基含氢硅油乳液(氢乳)、29份环氧多胺加成物、11份醋酸锌、5份氢氧化锆、4份三乙醇铵、3份偶联剂、5份润湿剂，室温下以100r/min持续搅拌使其溶解，持续搅拌30分钟，得到B组分。
实施例2
以重量份计，将600份磷石膏和2份焦炭粉、8份硫酸钠、6份煅烧明矾石以75r/min充分搅拌5min，采用5.0kW，945MHz的微波发生器在145℃下辐照20～40min，然后与60份硅酸盐硅酸盐水泥熟料、150份钢渣粉、150份矿粉、100份粉煤灰混合，将混合料粉碎至380～400目，然后与16份铝酸钙、8份生石灰和4份速溶固体水玻璃混合过磨，得到A组分。
以重量份计，向800份水中加入70份羟基硅油乳液(羟乳)、18份甲基含氢硅油乳液(氢乳)、29份环氧多胺加成物、11份醋酸锌、5份氢氧化锆、4份三乙醇铵、3份偶联剂、5份润湿剂，室温下以100r/min持续搅拌使其溶解，持续搅拌30分钟，得到B组分。
实施例3
以重量份计，将500份磷石膏和2份焦炭粉、6份硫酸钠、4份煅烧明矾石以75r/min充分搅拌5min，采用5.0kW，945MHz的微波发生器在145℃下辐照20～40min，然后与80份硅酸盐硅酸盐水泥熟料、200份钢渣粉、200份矿粉、100份粉煤灰混合，将混合料粉碎至380～400目，然后与12份铝酸钙、6份生石灰和2份速溶固体水玻璃混合过磨，得到A组分。
以重量份计，向800份水中加入70份羟基硅油乳液(羟乳)、18份甲基含氢硅油乳液(氢乳)、29份环氧多胺加成物、11份醋酸锌、5份氢氧化锆、4份三乙醇铵、3份偶联剂、5份润湿剂，室温下以100r/min持续搅拌使其溶解，持续搅拌30分钟，得到B组分。
应用例1-11
按照表1，将实施例1-3所得耐水土壤固化剂，与红黏土按照不同重量比与不同水料比成型试件，并在养护龄期最后一天浸水处理，根据水料比不同分别成型干硬性水稳试件与流态固化土试件，具体步骤为：
将实施例1-3所得耐水土壤固化剂的A组分与红黏土进行第一混合，混合后添加B组分与水进行第二混合，得到混合料，将混合料进行填充或压实，后进行养护，并在养护龄期最后一天浸水处理，该过程作为应用例1-9，根据水料比不同分别成型干硬性水稳试件与流态固化土试件。水料比是指水与固体材料重量总和之比，水料比中的料是指耐水土壤固化剂的A组分与红黏土重量的总和。
将实施例1、实施例2或实施例3中任意一个实施例中的B组分与红黏土、水进行第二混合，得到混合料，将所述混合料进行填充或压实，后进行养护，并在养护龄期最后一天浸水处理，该过程作为应用例10，所述水料比是指水与固体材料重量总和之比，水料比中的料是指耐水土壤固化剂的A组分与红黏土重量的总和。
将水泥与红黏土进行第一混合，混合后将其与水进行第二混合，得到混合料，将所述混合料进行压实，后进行养护，并在养护龄期最后一天浸水处理，该过程作为应用例11。所述第一混合中水泥与红黏土的重量比为3:7。所述水料比是指水与固体材料重量总和之比，水料比中的料是指耐水土壤固化剂的A组分与红黏土重量的总和。
表1耐水土壤固化剂的使用方法及应用
表2耐水土壤固化剂应用于红黏土性能测试结果
耐水土壤固化剂应用于红黏土性能试验结果如表2所示，由此可知，本申请实施例提供的一种耐水土壤固化剂土具有良好的固化效果，应用于红黏土固化28d浸水抗压强度可达到1-4MPa。由应用例1与应用例2、应用例3与应用例4、应用例5与应用例6的结果对比说明，随着耐水土壤固化剂A组分掺量增加，红黏土的固化效果越好。由应用例1-6与应用例7-9的结果对比说明，流态固化红黏土对比干硬性固化红黏土具有更优的抗压强度与耐水性能。
应用例12-15
按照表3，将实施例1-3所得A组分，分别与原状磷石膏按照3:7重量比混合，再掺入4％重量比B组分，成型干硬性水稳试件进行无侧限抗压强度试验，并于养护龄期最后一天浸水处理，具体步骤为：
将实施例1-3所得耐水土壤固化剂的A组分与原状磷石膏按照3:7重量比进行第一混合，混合后添加B组分与水进行第二混合，得到混合料，将混合料进行压实，后进行养护，成型干硬性水稳试件进行无侧限抗压强度试验，并在养护龄期最后一天浸水处理，该过程作为应用例12-14，水料比是指水与固体材料重量总和之比，水料比中的料是指耐水土壤固化剂的A组分与原状磷石膏重量的总和。
将水泥与原状磷石膏进行第一混合，混合后将其与水进行第二混合，得到混合料，将所述混合料进行压实，后进行养护，并在养护龄期最后一天浸水处理，该过程作为应用例15。所述第一混合中水泥与原状磷石膏的重量比为3:7。水料比是指水与固体材料重量总和之比，水料比中的料是指耐水土壤固化剂的A组分与原状磷石膏重量的总和。
表3耐水土壤固化剂应用于原状磷石膏使用方法
表4耐水土壤固化剂应用于原状磷石膏性能测试结果
耐水土壤固化剂应用于原状磷石膏性能试验结果如表4所示，由此可知，本申请实施例提供的一种耐水土壤固化剂具有良好的固化效果，应用于原状磷石膏固化28d浸水抗压强度可达到14-16MPa。若将其应用于道路基层与底基层，能够达到二级及二级以下公路重交通等级3.0～5.0MPa的指标要求。通过应用例11与应用例15可以看出，本发明提供的耐水土壤固化剂与水泥的应用效果相近，但是本发明实施例提供的耐水土壤固化剂全部由工业固废制备而成，具有成本低廉的优势，并且实现了工业固废的资源化利用，具有良好的环保效益、社会效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐水土壤固化剂，其特征在于，包括A组份和B组份，所述A组份和所述B组份分别包括以下重量份的各原料：
所述A组份包括以下重量份的原料：磷石膏500～700份；焦炭粉1～5；粉煤灰80～160；铝酸钙10～20份；硅酸盐水泥熟料50～100份；钢渣粉100～200份；矿粉100～200份；生石灰5～10份；硫酸钠5～10份；煅烧明矾石2～8份；速溶固体水玻璃1～5份；
所述B组份包括以下重量份的原料：羟基硅油乳液10～90份；甲基含氢硅油乳液5～20份；环氧多胺加成物15～30份；醋酸锌5～12份；氢氧化锆1～5份；三乙醇铵1～5份；偶联剂1～4份；润湿剂1～5份；水600～850份。
2.根据权利要求1所述的耐水土壤固化剂，其特征在于：
所述原状磷石膏的成分包括CaS04·2H20、P2O5、MgO、Fe2O3、Al2O3和CaO；
所述焦炭粉为冶金用含碳量＞90％的精炼焦煤磨细粉，细度280目～400目；
所述钢渣粉比表面积为400～800m2/kg，目数为380～600目，其成分包括Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3、SO3、C4A3、C2S和C4AF；
所述矿渣粉中氧化铁的含量为50％～60％，氧化硅的含量为30％～40％；
所述速溶固体水玻璃的成分包括2.5％～3.8％的速溶固体硅酸钠。
3.根据权利要求1所述的耐水土壤固化剂，其特征在于：
所述羟基硅油乳液摩尔质量30～60g/mol，pH值5.5～7；
所述甲基含氢硅油乳液粘度<50mm2/s，pH值3～4，氢质量分数1～1.5％；
所述醋酸锌为二水合醋酸锌，含2个分子结晶水；
所述氢氧化锆为工业级，含8个分子结晶水；
所述润湿剂为有机硅；
所述水为去离子水。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的耐水土壤固化剂的制备方法，其特征在于，包括：
步骤一：对磷石膏进行浮选除杂、固液分离和干燥处理，得到除杂处理之后的磷石膏；
步骤二：将所述除杂处理之后的磷石膏与焦炭粉、硫酸钠和煅烧明矾石充分混合，得到第一混合料；
步骤三：采用微波发生器对所述第一混合料进行辐照，得到微波辐照后的第一混合料；
步骤四：将所述微波辐照后的第一混合料与硅酸盐水泥熟料、钢渣粉、矿粉、粉煤灰按照比例进行混合并送至超细超微粉碎机进行粉碎，得到第二混合料；
步骤五：将所述第二混合料与铝酸钙、生石灰、速溶固体水玻璃进行混合过磨，得到所述A组分；
步骤六：向水中依次加入羟基硅油乳液、甲基含氢硅油乳液、环氧多胺加成物、醋酸锌、氢氧化锆、三乙醇铵、偶联剂、润湿剂，室温下持续搅拌使其溶解，得到所述B组分。
5.根据权利要求4所述的耐水土壤固化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，采用300MHz～945GHz的微波发生器对所述第一混合料145℃下辐照20～40min，得到微波辐照后的第一混合料。
6.根据权利要求4所述的耐水土壤固化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤四中将所述微波辐照后的第一混合料与硅酸盐水泥熟料、钢渣粉、矿粉、粉煤灰按照比例进行混合并送至超细超微粉碎机粉碎至380～480目，得到第二混合料；
所述步骤六中，向水中依次加入羟基硅油乳液、甲基含氢硅油乳液、环氧多胺加成物、醋酸锌、氢氧化锆、三乙醇铵、偶联剂、润湿剂，室温下以100-200r/min持续搅拌使其溶解，持续搅拌30分钟得到所述B组分。
7.根据权利要求4所述的耐水土壤固化剂的制备方法制备得到的耐水土壤固化剂的应用，其特征在于，在水利护坡、滩涂固化、道路基层与底基层、注浆材料和建筑环境中的应用。
8.根据权利要求4所述的耐水土壤固化剂的制备方法制备得到的耐水土壤固化剂的使用方法，其特征在于，包括：
将所述A组分与被固化物进行第一混合，混合后添加所述B组分与水进行第二混合，得到混合料，将所述混合料进行填充或压实，后进行养护，得到固化土壤。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述耐水土壤固化剂的A组分与所述被固化物的重量比为1:9～3:7，所述耐水土壤固化剂的B组分的用量为所述被固化物重量的2～10％；混合后添加所述B组分与水进行第二混合的步骤中，水的用量为所述被固化物重量的7～55％。
10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述第一混合的时间为2～3min，所述第二混合的时间为3～5min。
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| CN202410255399.1A CN118047588A (zh) | 2024-03-06 | 2024-03-06 | 一种耐水土壤固化剂及其制备方法和使用方法 |
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| CN (1) | CN118047588A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118185636A (zh) * | 2024-05-20 | 2024-06-14 | 中南大学 | 一种有机无机结合型红黏土流态固化剂及其制备与应用方法 |
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2024
- 2024-03-06 CN CN202410255399.1A patent/CN118047588A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
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