技术领域
一种复合离子土壤固化剂及制造方法为公路、市政、边坡防护、水利堤坝、建筑地基和 建筑防渗工程提供高效的土工建筑用新材料，属于精细化工技术领域。
背景技术
土壤固化剂是在常温下能够直接胶结土体中土壤颗粒表面或能够与黏土矿物反应生成胶 凝物质的土壤硬化剂。20世纪70年代，土壤固化剂作为一种新型的固化材料，在欧美等发 达国家得到广泛使用。土壤固化剂以其优越的性能，已经在水利、交通、环境、港口、机场 等基础设施的建设中得到了广泛应用，取得了显著的成效。近几年无机类、有机类、生化酶 类和离子类四大类新型土壤固化剂产品不断涌现。国内目前固化剂多为无机类固体粉状土壤 固化剂，主要研究利用水泥固化原理，其部分产品已得到工程上的应用。虽然土壤固化剂配 方不同，但加固机理基本相同。其作用机理为固化剂与含有一定水分的土壤混合后，发生一 系列物理化学反应，使固化土具有不可逆的、良好的耐久性。有机聚合类土壤固化剂种类很 多，但均与土壤颗粒不发生化学反应，不能从根本上改良土壤的使用性能。
虽然国际上离子型土壤固化剂的发展较快，但却有各自的不足，仍然需要不断完善。近 年我国引进了大量的进口离子型土壤固化剂，其使用获得了一定成功，但由于其对土质的要 求高，价格昂贵，实际应用不多。目前国产的固化剂，应用仅适宜部分土壤，不能适应各类 不同性质的土壤，国内自主研发生产复合离子型土壤固化剂还处在起步阶段。为了适应不同 性质土壤的应用，本发明突破了离子固化剂成分单一的不足，选择由强氧化剂、活化剂、分 散剂、固化催化剂等有机组合形成复合离子土壤固化剂；与土壤作用后通过机械碾压使固化 土达到密实，经过一系列的物理化学反应过程，长链分子键桥搭接成立体网状结构，最终形 成稳定持久的整体板块结构。从根本上改变土壤的吸水性并改变土壤颗粒的结构，提高固化 土的最终强度，增强水稳性，是一种高效的土工建筑新材料，实现自然土在建筑及道路工程 上的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合离子土壤固化剂及制造方法，突破以往固化剂成分单一 的不足，实现土壤固化剂与各类土壤的兼容性，适用不同性质土壤的应用，与各类土壤发生 反应成为稳固持久的固化结构，实现将土壤改良成为一种有用的建筑材料。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
本发明主要成分包含有：活化剂、分散剂、固化催化剂和强氧化剂，原料化学式及其质 量的百分比为：
活化剂成分：①②R1＝23-25个 碳的直链或环状饱合烷基。成分①和②的质量百分含量各3％；
分散剂成分：R2＝带有3-6个碳的终端不饱合碳键的烷基 R3＝1-3个碳的直链烷基)7-25 ％；
固化催化剂成分：X可为O或S，R4＝2-5个碳的直链烷基必须达到2000 目以下粉末，质量百分含量为1％；
以上三种原料加上强氧化剂(浓H2SO4)各原料的百分数之和为100％。
根据本发明特点，设置固化催化剂车间、活化剂车间、分散剂车间和复配车间等4个生 产车间，生产工艺包括固化催化剂生产、活化剂生产、分散剂生产和复合离子土壤固化剂的 配制。
活化剂生产：活化剂的生产在还原活化成套装置内进行，主要工序包括原料配制、混合、 化学反应、陈化和还原活化等。活化剂生产的核心装置在于还原活化部分及反应时间6-10 小时，温度控制在-10-25℃。
复合离子土壤固化剂的配制在复配车间内进行，车间内设置一条复配生产线，生产线由 混合槽、计量泵、成品罐、包装分配台等组成。其生产步骤为：在4个车间化验室分别加工 所形成的强氧化剂、活化剂、分散剂、固化催化剂，4种组分按活化剂成分①和②的质量百 分含量各3％的比例在反应釜内反应、陈化，温度控制在30-32℃之间，之后加入分散剂搅拌 均匀，反应60分钟后，最后加入浓H2SO4，反应温度控制在60℃以下，即形成复合离子土壤 固化剂。
本发明中的复合离子土壤固化剂各组份的作用如下：
强氧化剂：打开土粒与水分子之间的电化学键，激发土颗粒之间自身的聚集力，使土粒 吸附的水变为自由水，土粒重新按正负电位结合，为改变土粒结构创造有利条件。
活化剂：活化剂与土粒接触时，能有效激发土粒的活性，使惰性土壤颗粒变成活性较强 的土壤颗粒。
分散剂：将活性极强的活性物质分散到土壤层的各个部位，将土壤固化剂长键上相邻键 节上带电的土壤及矿物质形成新的价键结合。同一分子链又将相邻的粒土颗粒通过分子键桥 搭接，形成不溶于水的大分子，错综结合的长键将相邻的粒土颗粒有机连为一体，并且相互 缠结形成立体空间网状结构。
固化催化剂：与传统水泥、石灰等传统固化材料共同使用时，达到相互兼容并迅速反应， 且实现优势互补，从根本上改变土壤的力学强度，弥补了传统固化材料的各种缺陷和不足。
通过强氧化剂、活化剂、分散剂和固化催化剂形成的复合离子土壤固化剂，其与土壤作 用后，通过机械碾压使固化土达到密实，致使土粒毛细管中的水压无法存在，内压降低，最 终形成整体板块结构。原来土壤毛细管中的结合水逐步被长链大分子所置换，结合水变成了 自由水。其中所形成的部分凝聚物及晶体与分散的活性物质填充了土壤的毛细孔。活化剂不 断促进交换作用的进行，土粒表面和大分子颗粒接触点形成不可逆的凝结，整个长链变成了 不溶于水的大分子。同时表面活化剂被滞于土壤表面及毛细管中，而它的强电荷及氢键与土 粒表面发生吸附作用，使排列极性基团朝向土粒疏水基向外，随着时间的延长而更加牢固， 形成稳定性极强的半刚性整体板块。由此大幅减低土壤的亲水性，提高水稳定性。改变土壤 的使用性能，达到固化土壤的最终目的。
本发明在道路工程施工应用时，需参照国家标准，即《固化类路面基层和底基层技术规 程CJJ/T80-98》、《土壤固化剂3073-1998》和《土壤固化剂应用技术导则RISN-TG003-2007》。
本发明中的复合离子土壤固化剂在室温下为不易燃黑褐色粘稠液体，无沉淀物，比重为 1.7g/cm3，沸点为182℃，使用时，掺以2-6％水泥或3-12％石灰(或电石渣的有效含量) 与土拌合均匀，复合离子土壤固化剂用量比例为压实后固化结构体积的0.01-0.1％，并与水 按1∶100-200的比例稀释，均匀喷洒于作业面的土壤中并拌合均匀，使用18吨及以上的压 路机压实后，洒水养护时间3-7天，经过一系列的物理化学反应过程，而达到土壤固化稳定 持久的效果。
本发明与传统的固化剂相比，具有以下优点：
1、配方科学合理，针对构成土壤力学强度的最根本的结构及水分两个关键因素出发，研 究选择强氧化剂、活化剂、分散剂和固化催化剂等，既有针对性，又对各类土壤有较强兼容 性；性能稳定可靠，使用方便，高浓缩、用量少，易于运输和储存；固化效果好，强度高、 水稳定性好、防渗、防热以及抗冻性能优良。
2、具有广泛的实用性，可应用于公路、市政、边坡防护、水利堤坝、建筑地基和建筑防 渗工程等领域，无需运走现场的土壤，就地取材，不再需要大量砂石料，大大的节约工程成 本，缩短工期，与现有筑路材料相比可节约筑路成本约30-40％，可缩短工期约30％。
3、高效土工建筑新材料，解决了用电石渣与复合离子型土壤固化剂综合处理自然土的问 题，通过改变土壤的吸水性并改变土壤颗粒的结构，来提高固化土的最终强度，增强水稳性； 在道路维修中，还可将原有沥青路面材料回收再利用，既节约了成本又治理了废渣。
具体实施方式
为了使本发明的技术性能、特征和成效更加易于了解，下面将从室内实验和室外实际工 程应用，进一步阐述本发明的性能特点。
实施案例1
在实验室状态下：
按照《土工试验规程》，取过5mm筛的土样，按外掺4％的32.5标号的水泥，按试块体积 0.02％的比例，配置复合离子土壤固化剂，掺适量水稀释拌合，制成50mm×50mm的试件。5 组共45个，按照《固化类路面基层和底基层技术规程CJJ/T80-98》、《土壤固化剂3073-1998》 和《JTGE51-2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程》操作并试验检测，每组取3个进 行，7天(6天标养+1天浸水)无侧限抗压强度，平均达到3.60Mpa以上，符合高速公路道 路设计要求；每组取3个在28天(27天标养+1天浸水)无侧限抗压强度平均达到7.05Mpa； 余下每组3个进行冻融循环试验，经50℃至-18℃的18次循环反复测试泡水后的无侧限抗压 强度无明显变化，由下表可看出本发明抗压指标、防水性能及防热膨胀和冷收缩性能都是极 好的。
一组强度检测试验数据：
实施案例2
选择广西区中部某工业区厂区道路，铺筑面积约2万平方米，施工时间为2010年1月-5 月，该地区土壤液限为44％，塑限为24％，塑性指数为20，属于黏性土。道路底基层混合料 配比为，土壤固化剂∶电石渣∶素土＝0.02％∶3％∶97％；道路基层混合料配比为，土壤固化剂∶ 水泥∶电石渣∶素土＝0.02％∶3％∶3％∶94％，其中，水泥为32.5标号普通水泥，电石渣为PVC 企业的工业废渣，主要成分是含有饱和水的Ca(OH)2，素土为厂区建设中需外运的土壤。施工 完毕，由检测单位对路基进行检测，路面基层和底基层压实度均达到95％以上，弯沉值也仅 在60～100(0.01mm)范围，回弹模量125.5-217MPa之间，均达到了设计压实度和弯沉值 的要求。目前，厂区道路每天有大量装运车运行，道路性能仍完好的保持着。采用本发明铺 筑的道路，极大地降低了工程成本，大大节约了时间，极大地加快了厂区的全面建设，应用 效果十分显著。
实施案例3
选择广西区某市新开发区市政道路，道路面积约1800平方米。该地区的土壤属于弱膨胀 土，当地政府已有明确规定，该土壤未经处理不能作为路床回填土使用。道路底基层混合料 配比为，土壤固化剂∶电石渣∶素土＝0.02％∶6％∶94％；道路基层混合料配比为，土壤固化剂∶ 水泥∶电石渣∶素土＝0.02％∶3％∶6％∶91％。项目竣工后，由检测单位对其检测压实度和回弹 弯沉值。经检测，底基层压实度为97％以上，代表弯沉值为159.8(0.01mm)；基层压实度为 98％以上，代表弯沉值为47.8(0.01mm)，全部达到甚至远超过设计要求。该项目所用的土壤 是该开发区开发堆积弃土，充分体现了本发明在道路工程应用时就地取材，环保节能的特点， 为城市弃土处理提供了有效解决方式。
以上显示描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。