專利名稱：一種粘土礦物鈍化劑及制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粘土及巖土工程領(lǐng)域尤其是粘土礦物的鈍化劑及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
粘土礦物一般指具有無序過渡結(jié)構(gòu)的微粒含水層狀硅酸鹽礦物，它廣泛存在于各類地質(zhì)體中，是土壤的主要組成部分。特殊的晶體結(jié)構(gòu)賦于粘土礦物許多特性，天然粘土礦物大都具有某種活性，粘土礦物的科學(xué)奧秘和經(jīng)濟(jì)價(jià)值就在于它們具有活性，例如可表現(xiàn)為一定的吸附性能、脫色性能、催化性能、增稠性能和觸變性能等，這些特征使粘土礦物在化工、冶金、醫(yī)學(xué)、電子、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但天然產(chǎn)出的粘土礦物活性比較低，要針對(duì)不同用途進(jìn)行改性處理，即通過人工改性，提高其表面活性，以此擴(kuò)展粘土礦物的工業(yè)與民用范圍。
粘土礦物的特征使它們成為寶貴的非金屬礦物材料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮巨大的作用，但另一方面，某些條件下也可成為危害工程和造成某些地質(zhì)災(zāi)害的原因，因此往往要求抑制和降低粘土礦物的活性，特別是降低其與水的結(jié)合能力。在工程界，涉及巖土及巖土工程的領(lǐng)域都有一個(gè)災(zāi)害防治和軟基處理問題，重點(diǎn)處理和防治對(duì)象是粘土礦物，對(duì)粘土礦物的改性目的是保持粘土穩(wěn)定性，核心問題是去掉或減少其中的水，這種改性稱為鈍化，即用鈍化劑與粘土礦物表面發(fā)生反應(yīng)，改變粘土礦物的表面結(jié)構(gòu)，提高憎水性，增加粘土整體力學(xué)性質(zhì)，達(dá)到穩(wěn)定粘土的目的。粘土礦物鈍性劑，可以廣泛用于工程建筑的基礎(chǔ)處理、公路、鐵路路基處理、江河堤壩的治理和加固，邊坡穩(wěn)定與加固和災(zāi)害防治工程等軟基處理任務(wù)，特別在華南多雨地區(qū)實(shí)際應(yīng)用意義更為重要。但目前通過人工改性，有意識(shí)的減少或去掉粘土礦物的活性，設(shè)法鈍化粘土礦物的研究都較少見到報(bào)道，土壤穩(wěn)定，作為一門學(xué)科在本世紀(jì)50年代才發(fā)展起來，60年代起，采油工業(yè)中使用了表面活性劑技術(shù)，穩(wěn)定水敏地層和粘土層，并取得部分成功，從此開始了一系列尋找有效表面活性劑的研究，70年代以后，國(guó)外工程界開始研究表面活性劑處理軟弱地基的工程，發(fā)達(dá)國(guó)家在道路和機(jī)場(chǎng)建設(shè)中普遍采用這項(xiàng)新技術(shù)，國(guó)內(nèi)90年代也開始引進(jìn)這種土壤穩(wěn)定劑，進(jìn)行筑路的試驗(yàn)，并取得成功，但缺乏理論指導(dǎo)，配制鈍化劑所用精料大部分由國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴。根據(jù)國(guó)內(nèi)外已發(fā)表的文獻(xiàn)資料看，土壤穩(wěn)定劑按所用原料分為水泥系列、石灰系列、無機(jī)原料系列和有機(jī)系列四大類，無機(jī)原料系列如美國(guó)專利(3959975，1997.09.18)，有機(jī)系列如美國(guó)專利“Method forstabilization of soil Aggregates”(4303438，1981.12.01)。和美國(guó)專利“Deep mix soilstabilization method”(6076997，2000.06.20)。
本發(fā)明所提供的粘土礦物鈍化劑由表面活性劑、強(qiáng)氧化劑、分散劑、輔助劑和水配制而成，其具體配方包括(重量百分含量)十二烷基苯磺酸 10-20％ 85％磷酸 3-8％98％硫酸5-10％酸度≥35.0鹽酸 0.01-0.05％硫酸鎳 0.08-0.4 水50-80％鈍化劑的配制方法為先將硫酸鎳溶于水中，依次按配方比例加入十二烷基苯磺酸、工業(yè)磷酸(85％)、工業(yè)硫酸(98％)和工業(yè)鹽酸(酸度≥35.0)，充分?jǐn)嚢璩蔀榫鶆蛉芤海o放十二小時(shí)后即可應(yīng)用，實(shí)際應(yīng)用中各組分的配比隨著土壤類型及各種影響因素的變化而必須加以調(diào)整，以獲得理想的鈍化效果。
本發(fā)明所提供的粘土礦物鈍化劑主要用于修筑公路和鐵路的基墊層或路面，打破傳統(tǒng)的修路技術(shù)，在原地處理土壤工序簡(jiǎn)單，節(jié)省工時(shí)，極大的節(jié)省了公路建設(shè)成本和維修成本，與現(xiàn)行的三級(jí)公路路面造價(jià)相比，使用本發(fā)明鈍化劑技術(shù)改性土做基墊層的路面費(fèi)用僅為原造價(jià)50％左右，因比，可以說，利用改性土做路面基墊層，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
實(shí)施例1.粵北樂昌樣品粵北樂昌樣品為赤紅壤，其物質(zhì)組成主要是由石英、高嶺土和非晶質(zhì)物質(zhì)組成。他們的相對(duì)含量分別為石英占38～60％，高嶺土為30～47％，非晶質(zhì)為8～10％。另有少量的伊利石(5％左右)。礦物顆粒累積50％粒經(jīng)為2.78微米，累積90％粒經(jīng)為3.36微米。依據(jù)此物質(zhì)組成和粒度分布可確定此土壤為含粉粘土。土壤的PH值為5.71左右。依據(jù)土壤的性質(zhì)，顆粒度分布和PH值，對(duì)此樣品我們采用以下配方十二烷基苯磺酸10.0-15.0％，硫酸6.0-10.0％，磷酸5.0-7.0％，鹽酸0.01-0.04％，硫酸鎳0.1-0.4％，水72.0-80.0％。鈍化劑使用量為0.02％～0.03％。同樣用上述配方有的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中加入20％的砂。經(jīng)鈍化前后樣品土力學(xué)性質(zhì)測(cè)定結(jié)果對(duì)比可以看出，在鈍化劑的作用下，所有測(cè)試的土力學(xué)參數(shù)都表明土壤的穩(wěn)定性明顯提高，如吸水量由85克降至20～30克；膨脹量大幅度降低，由0.235％降到0.08％；最佳含水量由20.3％降至12.1％；最大干密度由1.273g/cm3增至1.938g/cm3；液限由43％降至25％；塑限由25％降至16％，塑性指數(shù)由18％降至9％；而加州承載比(NCBR)則由27.0％提高到51.0％(四次測(cè)試平均值)，提高了將近一倍之多。
實(shí)施例2. 武漢紅土樣品武漢紅土采自武漢市郊某工地路基土，該土的物質(zhì)組成是含石英56％，長(zhǎng)石24.9％，高嶺土13.3％，伊利石5％。它是典型的花崗巖風(fēng)化殼土壤。對(duì)武漢紅土的鈍化效果也很顯著。所用配方基本與上述配方相同，但適當(dāng)?shù)馗淖兞肆蛩岷土姿岬呐浔?，即提高磷酸含量?.0％，降低硫酸含量至5.0％，其它組分所占比例不變。鈍化劑使用量為0.02％～0.03％。由中科院武漢巖土力學(xué)所提供的測(cè)試報(bào)告結(jié)論為通過對(duì)此種土樣對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果分析，經(jīng)過鈍化劑作用后，土樣的承載比(NCBR)由4.95％增至14.0％；回彈模量由50.1增至214.8Mpa；膨脹量由3.34％降到0.98％。對(duì)改良土壤的力學(xué)性質(zhì)起到明顯的效果。
實(shí)施例3. 南海市膨潤(rùn)土樣該樣采自南海市膨潤(rùn)土礦。其主要成分為鈣基蒙脫石，占56.0％～82.0％，次之為長(zhǎng)石，占15.0％～28.0％，以及石英占3.0％～16.0％。該礦為沉積作用而成的具有泥質(zhì)結(jié)構(gòu)的致密塊狀或松散土塊礦石。對(duì)典型含水粘土礦物(蒙脫石)的含量達(dá)56.0％～82.0％膨潤(rùn)土礦來說，其鈍化效果也是肯定的。經(jīng)鈍化劑作用后，土樣的承載比(NCBR)由1.25％增至16.0％；膨脹量由5.8％降到4.3％，液限由69.0％降至52.9％；塑限由36.2％降至21.1％。鈍化劑配方為十二烷基苯磺酸12.0％，硫酸10.0％，磷酸5.0％，鹽酸0.1％，硫酸鎳0.2％，水72.7％。鈍化劑使用量為0.02％～0.03％。(實(shí)際上對(duì)含如此大量蒙脫石的土壤，公路建設(shè)中是不允許使用的，如要用必須視情況加入沙子或砂粒，以調(diào)整力學(xué)性質(zhì))。由于蒙脫石含量很高，粒度也很細(xì)，所以應(yīng)增加鈍化劑的用量，由0.02％～0.03％提高至0.05％～0.06％。土的PH值最好加至＜6。
權(quán)利要求
1.一種粘土礦物鈍化劑，由磺酸為主要成份，其特征在于，它的具體配方的重量百分組成包括十二烷基苯磺酸10-20％硫酸 5-10％磷酸 3-8％鹽酸 0.01-0.05％硫酸鎳0.08-0.4％水50-80％
2.制備權(quán)利要求1中所述粘土礦物鈍化劑的方法，其特征在于先將硫酸鎳溶于水中，依次按配方比例加入十二烷基苯磺酸、磷酸、硫酸和鹽酸，充分?jǐn)嚢铻榫鶆蛉芤?，靜放十二小時(shí)，制得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的粘土礦物鈍化劑其特征在于，所述的配方組成中為工業(yè)98％硫酸，工業(yè)85％磷酸，工業(yè)總酸度≥35.0鹽酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的粘土礦物鈍化劑，其特征在于配方中各組分含量可根據(jù)土壤成分和工程要求而調(diào)正。
5.權(quán)利要求1中所述粘土礦物鈍化劑的用途，其特征在于用作修筑公路、或鐵路的基墊層或路面的處理工程。
全文摘要
本發(fā)明涉及粘土及巖土工程領(lǐng)域,尤其是粘土礦物的鈍化劑及應(yīng)用。土壤穩(wěn)定劑或固化劑的研究是50年代才興起的,我國(guó)從90年代開始引進(jìn)這種土壤穩(wěn)定劑進(jìn)行筑路,但配制缺乏理論基礎(chǔ),配料中的精料又多進(jìn)口,本發(fā)明提供一種新的粘土礦物鈍化劑,以磺酸為主要成分,主要用于公路或鐵路的基墊層或路面,可大大節(jié)約現(xiàn)有技術(shù)修筑公路的費(fèi)用,具有可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C04B40/00GK1364741SQ02114829
公開日2002年8月21日 申請(qǐng)日期2002年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月6日
發(fā)明者王輔亞, 馮璜, 王德強(qiáng), 張惠芬, 郭九皋 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所