R-H+软土强效固化剂 技术领域
本发明涉及土木建筑材料领域，是一种固化软土的新材料
背景技术
1、前言
我国幅员辽阔地质情况复杂多变，其中软土在我国分布广泛，给公路，铁路，水利，工民建等建设工程带来较大的影响和隐患，成为工程建设关键的问题之一。在工程建设中对软土处理问题已经成为影响工程造价和工程使用质量的突出矛盾，解决这一问题的关键，是在正确认识软土性质与危害性的基础上，结合工程实际，合理选择处理方法以及固化材料，使其满足工程建设各项要求。
2、软土的定义
软土是软弱粘性土的简称。它是第四纪后期形成的海相、泻湖相、三角洲相、溺谷相和湖沼相的粘性土沉积物和河流中沉积物，有的属于新近淤积物。其中最为软弱的是淤泥和淤泥质土。软土的鉴别在国内各部门之间的没有统一的标准。第9界亚洲地区土力学工程会议上，M.Kaman在地基总报告中将高速公路路基软土定义为：标准贯击数小于4，无侧线抗压强度小于50KPa，含水量大于50％的粘性土和标准贯击数小于10，含水量大于30％的砂性土统称为软土。
3、软土性质与危害工程的主要原因
软土一般在静水或缓慢流水环境中沉积而成的。土壤在水的长期作用下，颗粒逐渐变小，表面积随之增大，这一变化过程取决于土壤中所含的矿物成分如蒙脱石、伊利石、高岭石的吸水特性。矿物的作用使粘土颗粒表面形成一层吸附水。这层吸附水在静电引力的作用下与矿物颗粒结合的非常牢固，形成紧密结合体，重力、较小的机械力(＜420kg/cm2)不能将其排除。软土中还存在大量的自由水，这种水可以存在土颗粒之间的接点上，可以自由流动。软土的形成过程决定了软土地天然含水量高、天然孔隙大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小、流变大等特性。不难看出软土这些对工程不利的特性都与软土颗粒表面上的吸附水有着密切的关系。砂、碎石是众所周知的混凝土掺合材料，因为它有足够的强度，还有一个重要的因素就是不吸水，颗粒表面上没有吸附水。因此，我们认为软土颗粒中的吸附水是导致危害工程的主要原因。解决了软土的吸附水问题，就改变了软土的工程性质，是研究软土基础处理的关键问题。
4、传统固化材料的利与弊
软土的处理方法很多，归结起来可分为化学处理、物理处理和化学、物理相结合的处理方法。用固化材料对软土进行固化处理是一种化学处理方法。用来改变软土的组成和土体工程性质，从而达到提高土体强度，改善土体的压实性的目的。在工程中通常所使用的固化材料有石灰、水泥等无机结合料。这些传统的固化材料通过水化反应与土颗粒进行化合物作用，能起到较好的胶凝作用，也能产生微量的离子与土颗粒离子进行当量交换，对于蒙脱石含量和含水量较低的一般性软土能起到一定的作用。但是它不能从根本上解决软土颗粒中吸附水的问题，当蒙脱石含量和含水量较高时，就会出现吸附水阻止固化胶结的进行，使固化速度减慢，固液分离，甚至出现无法实现固化现象。这样，势必会增大固化材料用量，提高工程造价。
发明内容
1、R-H+软土强效固化剂的原料组成
R-H+软土强效固化剂分液体和干粉两种。
(1)、R-H+软土强效固化剂(干粉)组成如下：
复方强酸树脂剂：1％～5％，硅酸盐水泥熟料：50％～70％，生石膏：5～15％，生石灰：3％～8％，粉煤灰：10％～25％。上述材料分别粉磨成粉末状，再混合搅拌均匀。
(2)、R-H+软土强效固化剂(液态)组成如下：
复方强酸树脂剂：1％～5％，活性石灰：4％～6％，水：89％～95％
2、R-H+软土强效固化剂的固化原理
R-H+软土强效固化剂是一种新型的复合固化材料，其中：复方强酸树脂剂[(R-SO-3H+)其中R代表树脂的母体，-SO-3为活性基团的固定离子，H+为活性基团，可以简写成R-H+]，具有电解和离子交换作用，遇水电离出大量带电离子，其中具有憎水性的阳离子与粘土矿物颗粒表面亲水性的阳离子产生交换，使原来作用于土颗粒表面静电引力被打破，吸附水的化学键破坏形成自由水，土颗粒由原来的亲水性变成憎水性，土颗粒之间相互聚集形成较为紧密的团粒结构，表面不再具有亲水特性，而具有砂粒表面特征，为水泥熟料提供胶凝条件。硅酸盐水泥熟料在拌入软土中后很快与软土中的自由水发生水化反应，生成多种含钙水化物，水化物与粘土中的矿物进行化学反应，逐渐生成不溶于水的结晶化合物。这些结晶化合物具有胶凝作用，与土颗粒结合，胶粘在土颗粒周围，并形成大量的纤维状结晶充填土颗粒空隙，形成网状结构。生石灰遇水产生大量的热量，可吸收软土中的水分，同时提供离子交换的碱性环境。生石膏能吸收大量的水分，还能起到促进化合物晶体膨胀的作用，使其迅速的填充土颗粒空隙，能起到固化土密实作用。粉煤灰也可以产生少量的交换离子，在固化后期能起到增强固化土的强度。
3、R-H+软土强效固化剂特点
(1)、R-H+软土强效固化剂中的核心材料树脂剂的快速脱水功能，能迅速的将大量软土颗粒表面的吸附水转化成水化物的结构水，使胶凝材料在毫无阻力的情况下进行粘合，加快了胶结速度，加强了土颗粒之间与晶体的紧密性。在软土含水量和蒙脱石含量高的情况下，可避免凝结之前晶体颗粒沉降，即固液分离。对含水量高的有机质淤泥、泥浆有很好的固化效果。
(2)、R-H+软土强效固化剂中的水泥熟料、生石灰、生石膏，都具有较强的吸水特性。生石膏能促进化合物晶体的膨胀，生石灰有体积增大的特性，有利于改善土结构的密实性和增强土颗粒的联结。使固化土具有快凝、快硬、早强、高强的特点。
(3)、R-H+软土强效固化剂的原料；复方强酸树脂剂(干粉和液体)由武汉中财科贸公司生产，市场有售。其它材料可以从市场直接购得，且可利用价格低廉的生石膏、生石灰、粉煤灰，从而使成本大大降低。生产固化剂设备与工艺简单，容易实施。
4、适用范围
R-H+软土强效固化剂是一种复合土壤固化材料，适用于一般粘性土、过湿粘性土、各种软土包括淤泥、淤泥质土的固结处理。可做为浅层软土、过湿土固结处理的掺合材料；高压旋喷桩、深层搅拌桩以及其它类型的水泥土桩的固结材料。在软土排水固结法中，利用传统的方法向软土中静压注入R-H+软土强效固化剂(液体)，通过离子交换的作用，可加快排水速度，能大大缩短施工工期。
实施方式
1、制作工艺与生产设备
先将上述原材料分别磨成粉末状，再按配方的比例混合搅拌均匀即可。设备选用普通矿粉球磨机。
2、固化试验
试验采用性能对比的方法进行。将R-H+软土强效固化剂、42.5硅酸盐水泥对同一种淤泥进行固化试验。试验原土土样选用武汉东西湖区的有机质淤泥，天然含水量为145％。试样制备方法为：按拟订的试验计划，根据比例分别将R-H+软土强效固化剂、42.5硅酸盐水泥与淤泥土搅拌均匀，按一半的数量分别装入7cm×7cm×7cm试模内，放在振动台振动一分钟，再装另一半振动一分钟，然后将试模表面刮平，盖上塑料布防止水分蒸发。将试模移至养护室养护，并观察凝结状态。两天后脱模，继续养护至规定的时间，检测固化体的无侧限抗压强度，其结果如表：
固化性能对比表 序号 固化材料名称 固化材料掺％ (以淤泥质量计) 试块凝结时间min 无侧限抗压强度MPa 初凝 终凝 7d 28d 1 42.5硅酸盐水泥 15 试验中试块出现固液分离，无法实施固化 2 42.5硅酸盐水泥 20 180 420 1.2 2.1 3 R-H+软土强效固化剂 15 20 90 3.8 4.7