渠系土壤固化剂及其生产方法 【技术领域】
本发明涉及一种渠系土壤固化剂,尤其是针对渠系工程高强度、高抗渗、高抗冻、高耐久性等要求而发明的一种有机、无机材料复合的新型建筑用土壤固化剂以及该固化剂的生产方法。
背景技术
自20世纪初一些经济发达国家在兴建道路、港口、机场等工程中,采用石灰、水泥对土壤进行改良以来,取得了良好的效果。20世纪70年代,美、日、德等国家对土壤改良技术进行了深层次的开发,技术水平获得长足进步,由原来单一的石灰、水泥、粉煤灰等,发展到专门用来固结土壤的新材料——土壤固化剂,目前国外已广泛使用于道路、土木建筑、环境保护、农田水利工程等各个领域。我国目前土壤固化技术基本处于国外二十世纪六七十年代的水平,主要沿用单一的石灰、水泥、粉煤灰等作为拌和物。
土壤固化剂是一种可以用来固化各种类型土壤的特种工程材料,根据需要加固的土的物理化学性质,掺入一定量的固化剂,经机械或人工拌和、压实处理,即可达到需要的性能指标,从而把丰富的土壤资源改良成性能优良的工程材料。土壤固化剂是一种区别于石灰、水泥的特种建筑材料,它与石灰相比,是一种水硬性胶凝材料,在高水状态下也能够使土壤固化;与水泥相比,它不仅能固化一般泥土,还能固化高酸、高碱、高盐类土壤,能够解决水泥、石灰等胶凝材料在土壤加固时无法解决的一些特殊问题,比水泥固化土的性能更为优良,具有独特的固化效果和广泛的实用性。可以用于江河湖泊堤堰护坡、护堤、蓄水库池工程、输水工程、软基处理、淤泥固化、围海造田等水利工程以及环境保护工程。固化土壤成型后具有良好的抗压、抗渗、抗冻性能,工程造价低、施工方便、美观大方等优点。
【发明内容】
目前国内外的土壤固化剂强度较低(7天无侧限抗压强度一般在2-3MPa左右,我国高等级公路基层强度要求4MPa左右),一般多用于公路基层施工和河道淤泥固化。由于土壤固化体防渗能力很差,几乎不具备抗冻性,达不到渠道对材料耐久性的要求,因此,很少用于渠系施工中。我们借助高性能分散剂、多元复合材料等新材料、新技术,开发出具有高强度、高抗渗性、高抗冻性的渠系土壤固化剂(针对不同种类的土壤有专门优化的固化剂品种,从而形成一个系列化地产品),采用该系列固化剂成型的固化体的无侧限抗压强度可达15MPa以上,渗透系数小于10-8cm/s,冻融循环次数达50次以上,使土壤固化剂的性能指标跨上了一个新的台阶。
本渠系土壤固化剂主要由44%~60%的硅酸钙、8%~19%的铝酸钙、3%~14%的无水硫铝酸钙、1%~16%的硫酸盐、2%~14%的氢氧化钙、0%~3%的氢氧化钠,以及0.01%~0.09%的萘甲醛缩合物、0.01%~0.06%的木质素璜酸盐、0%~0.0008%的改型松香树脂组成。针对不同的土壤种类、土质成分、性能要求,各原料用量在上述范围内变动,从而形成一系列的固化剂产品。
例如粘土类固化剂的配制比例为:48~54%的硅酸钙、8~14%的铝酸钙、5~8%的无水硫铝酸钙、10~16%的硫酸钙、1~5%的硫酸铝、2~6%的氢氧化钙、1~3%的氢氧化钠,以及0.06~0.09%的萘甲醛缩合物、0.01~0.04%的木质素璜酸盐、0.0005~0.0008%的改型松香树脂。
例如砂土固化剂的配制比例为:44~48%的硅酸钙、13~16%的铝酸钙、10~14%的无水硫铝酸钙、15~20%的硫酸钙、10~14%的氢氧化钙,以及0.01~0.03%的萘甲醛缩合物、0.03~0.06%的木质素璜酸盐。
例如砂类固化剂的配制比例为:55~60%的硅酸钙、15~19%的铝酸钙、3~7%的无水硫铝酸钙、10~16%的硫酸钙、3~7%的氢氧化钙,以及0.01~0.03%的萘甲醛缩合物、0.02~0.05%的木质素璜酸盐、0.0001~0.0003%的改型松香树脂。
本渠系土壤固化剂的生产方式主要有:①以含有上述矿物的天然或化工原料按比例混合,以水泥的生产工艺生产,经过煅烧、粉磨成产品;②以含有上述矿物的一定细度的原料直接混合均匀制成。本发明的细度要求一般为250~300m2/kg,产品有效期为半年。
鉴于生产方式的不同,其中:
硅酸钙、铝酸钙、无水硫铝酸钙、氢氧化钙、氢氧化钠可由硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中得来,亦可通过煅烧粘土、石灰石、矾土、石膏、明矾石的混合物得来;
硫酸盐可采用化工产品硫酸钙、硫酸铝、硫酸钠等,亦可通过粉磨或煅烧天然石膏、明矾石等得来;
氢氧化钙还可直接采用磨细生石灰,氢氧化钠还可直接采用化工原料;
萘甲醛缩合物可采用市售的萘甲醛缩合物类混凝土减水剂;
木质素璜酸盐可利用造纸企业废液加工而成;
改性松香树脂可使用市售的工业品;
本发明的渠系土壤固化剂原料易得,并可根据不同用户、不同地段、不同土质、不同气候和地理条件选择不同配料方案,并采用合理的施工方案,从而提高工程质量,降低工程成本。
本渠系土壤固化剂可广泛适用于水库、渠道、水池、大坝等工程基础处理和护坡;池塘、河道、湖泊的淤泥固化处理、填海工程、油田泥浆处理;高速公路、高等级公路、乡村公路的路基和基层、铁路路基、沙漠固沙筑路、机场跑道基础、体育场馆的地面处理等工程;各种建筑地基处理、软弱和超软弱地基处理、下水管道基础处理;港口、码头以及垃圾堆场的地基处理等方面。
【具体实施方式】
实施例1
针对低液限粘土CL:液限29.11%,塑限16.73%,塑性指数12.38%,比重2.391g/cm3。
粘土土壤固化剂,主要由52.6%的硅酸钙、13.8%的铝酸钙、7.4%的无水硫铝酸钙、14.2%的硫酸钙、4.5%的硫酸铝、5.4%的氢氧化钙、1.99%的氢氧化钠,以及0.08%的萘甲醛缩合物、0.03%的木质素璜酸盐、0.0007%的改型松香树脂组成。
实施例2
针对粘土质砂SC:液限23.12%,塑限5.88%,塑性指数17.24%,比重2.534g/cm3。
砂土土壤固化剂,主要由47.5%的硅酸钙、14.7%的铝酸钙、12.3%的无水硫铝酸钙、18.7%的硫酸钙、8.52%的氢氧化钙,以及0.03%的萘甲醛缩合物、0.05%的木质素璜酸盐组成。
实施例3
针对砂SW:最大干密度1.65g/cm3,最小干密度1.36g/cm3,液限20.86%,塑限1.84%,塑性指数:19.02%,比重2.599g/cm3。。
砂类土壤固化剂,主要由56.2%的硅酸钙、17.6%的铝酸钙、5.8%的无水硫铝酸钙、14.8%的硫酸钙、5.57%的氢氧化钙,以及0.02%的萘甲醛缩合物、0.01%的木质素璜酸盐、0.0002%的改型松香树脂组成。
采用该系列固化剂成型的各类土质的固化体的无侧限抗压强度可达15MPa以上,渗透系数小于10-8cm/s,冻融循环次数达50次以上。