本發(fā)明涉及土壤固化劑，特別是涉及一種抗腐殖酸低鈣高嶺質(zhì)煤矸石基地聚物基土壤固化劑及制備方法。

背景技術(shù)：

1、水泥基固化劑采用的固化劑材料通常為普通硅酸鹽水泥，研究表明，在水泥水化的體系中硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物為氫氧化鈣、水化硅酸鈣結(jié)晶可形成特有的晶格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水泥石。但在腐植酸-水-水泥體系中腐植酸一般呈水溶性形式存在水泥與腐植酸水溶液接觸后一方面水泥的水化開始，另一方面腐植酸與水泥礦物的吸附作用所形成的吸附層又延緩了水泥水化的進(jìn)程而且在已生成的水化產(chǎn)物晶體中腐植酸的分解作用使這些水化產(chǎn)物解體破壞了水泥土結(jié)構(gòu)的形成呈現(xiàn)化學(xué)風(fēng)化的特征。

2、地聚合物可以采用天然礦物或者工業(yè)固體廢棄物為材料，在化學(xué)激發(fā)劑作用條件下制備，是一種具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的膠凝材料。地質(zhì)聚合物具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐高溫特性、及抵抗酸腐蝕性能，在建筑材料領(lǐng)域中可以替代硅酸鹽水泥，在重金屬廢棄物及核廢料的固封處理，多孔質(zhì)吸附材料，高性能復(fù)合材料等領(lǐng)域中也有著良好表現(xiàn)。為了解決高腐植酸地區(qū)，硅酸鹽水泥基的土壤固化劑作用效果不顯著等問題，本發(fā)明采用地聚合物作膠凝材料制備土壤固化劑來解決高腐植酸地區(qū)土壤固化較為困難的問題。土壤固化劑制備領(lǐng)域提供一種新的固化劑制備技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于推廣一種抗腐殖酸低鈣高嶺質(zhì)煤矸石基地聚物基土壤固化劑及制備方法，主固劑采用稻殼灰、礦渣粉、低鈣高嶺質(zhì)煤矸石、堿性激發(fā)劑。助固劑包括a類、b類、c類三個(gè)組分。助固劑a類包括陰離子表面活性劑、緩凝劑、減水劑、憎水劑、穩(wěn)定劑。助固劑b類包括非離子型表面活性劑、分散劑、早強(qiáng)劑、粘結(jié)劑、水。助固劑c類包括離子交換劑、增強(qiáng)劑。

2、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、所述的土壤固化劑由以下材料組成：主固劑：稻殼灰4-8份、礦渣粉8-16份、低鈣高嶺質(zhì)煤矸石16-32份、堿性激發(fā)劑3-6份。助固劑a類：陰離子表面活性劑0.02-0.04份、緩凝劑0.015-0.02份、減水劑0.01-0.02份、憎水劑0.02-0.04份、穩(wěn)定劑0.01-0.015份。助固劑b類：非離子型表面活性劑0.01-0.015份、分散劑0.005-0.01份、早強(qiáng)劑0.01-0.02份、粘結(jié)劑0.01-0.015份、水3.5-6份。助固劑c類：離子交換劑0.1-0.3份、增強(qiáng)劑0.2-0.4份。

4、進(jìn)一步的，所述的主固劑，所述的主固劑為地聚合物膠凝材料，堿激發(fā)劑為電石渣與硅酸鈉/偏鋁酸鈉的混合物，控制主固劑中稻殼灰、礦渣、低鈣高嶺質(zhì)煤矸石、堿激發(fā)劑中硅鋁比為3:1~4:1。

5、進(jìn)一步的，所述的稻殼灰為經(jīng)2.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽酸溶液浸泡1-1.5h后，經(jīng)550-600℃高溫煅燒。其二氧化硅含量高于95%，其粒徑范圍為0.1-50μm。

6、進(jìn)一步的，所述的低鈣高嶺質(zhì)煤矸石成分為二氧化硅55%~60%、氧化鋁20%~25%、氧化鈣5%~10%，礦物組成中高嶺石占比為30%~40%、石英占比為40%~50%，保留初始粒徑范圍為0.1-80μm。

7、進(jìn)一步的，所述的礦渣粉為s95級(jí)礦渣微粉。其成分為：氧化鈣30%~35%、二氧化硅35%~40%、氧化鋁15%~20%、氧化鎂8%~15%，保留初始粒徑范圍為0.1-50μm。

8、進(jìn)一步的，所述的主固劑地聚合物膠凝材料其制備方法為：

9、（1）將所述的低鈣高嶺質(zhì)煤矸石在600-700℃高溫煅燒1h。

10、（2）將（1）煅燒后的低鈣高嶺質(zhì)煤矸石與所述的礦渣粉、稻殼灰混合。

11、（3）將所述的堿性激發(fā)劑與（2）得到的混合粉體均勻混合、攪拌3-5min制備得到主固劑。

12、進(jìn)一步的，所述的助固劑包括助固劑a類、b類、c類，三個(gè)組分。

13、進(jìn)一步的，所述的助固劑a類中：

14、陰離子表面活性劑為十二烷基硫酸鈉；

15、緩凝劑為檸檬酸鈉；

16、減水劑為磺化木質(zhì)素；

17、憎水劑為硬脂酸鈣；

18、穩(wěn)定劑為聚丙烯酰胺。

19、進(jìn)一步的，所述助固劑b類：

20、非離子型表面活性劑為三乙醇胺油酸皂；

21、早強(qiáng)劑為三異丙醇胺；

22、粘結(jié)劑為水性聚氨酯與亞硫酸氫鈉；

23、分散劑為醋酸乙烯酯。

24、進(jìn)一步的，所述的粘結(jié)劑中的水性聚氨酯與亞硫酸氫鈉以10:1的比例混合，水性聚氨酯是以水代替有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)的新型聚氨酯體系。亞硫酸鈉可以封閉游離的—nco基團(tuán)，制備了環(huán)境友好型聚氨酯，有效的提高了聚氨酯的親水性。

25、進(jìn)一步的，所述助固劑c類：

26、離子交換劑為氯化鋁；

27、增強(qiáng)劑為偏鋁酸鉀、硫酸鈉、碳酸鈉按2:1:1混合的混合物。

28、進(jìn)一步的，所述的一種煤矸石地聚物基土壤固化劑及制備方法，其制備工藝如下：

29、（1）按權(quán)利要求6的工藝制備得到所述的主固劑。

30、（2）將陰離子表面活性劑、緩凝劑、減水劑、憎水劑、穩(wěn)定劑，按所述的重量份均勻混合，攪拌3-5min后，得到所述的助固劑a類。

31、（3）將離子交換劑、增強(qiáng)劑，按所述的重量份均勻混合，攪拌3-5min后得到所述的助固劑c類。

32、（4）將所述重量份的粘結(jié)劑中的水性聚氨酯與亞硫酸氫鈉按10:1混合后，加入少量水將其溶解。

33、（5）?。?）溶解于水中的粘結(jié)劑與所述重量份的非離子型表面活性劑、早強(qiáng)劑、分散劑混合，并以1:100的比例溶解于所述重量份的水中，得到所述的助固劑b類。

34、（6）將（1）、（2）、（3）得到的粉體材料均勻混合得到土壤固化劑中的主固劑、助固劑a類、助固劑c類的粉體混合料。

35、（7）將（6）得到的粉體混合料與（5）的液體混合料，共同使用得到所述的土壤固化劑。

36、本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：

37、1.本發(fā)明采用了地聚物膠凝材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)水泥作土壤固化劑的主固劑，可以有效的抵抗土壤中的腐植酸對(duì)水泥水化過程的侵蝕，制備地聚物膠凝材料時(shí)可大量利用固體廢棄物稻殼灰、礦渣、低鈣高嶺質(zhì)煤矸石，促進(jìn)固體廢棄物資源化。并且地聚物膠凝材料本身具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使其擁有優(yōu)異的力學(xué)性能。

38、2.?本發(fā)明提供的土壤固化劑中各個(gè)助固劑組分，助固劑中各種組分通過和土壤的拌合和壓實(shí)，使得土壤的基本單元在外力的作用下彼此靠近，從而減少土體的孔隙率，增加密實(shí)度，降低土壤的含水率，降低土壤對(duì)水的親和力。

39、3.?本發(fā)明公開的土壤固化劑，適合現(xiàn)場施工，且針對(duì)高腐植酸類土壤固化效果優(yōu)于其他種類固化劑。本固化劑固化的土體具有強(qiáng)度高、耐久性好、抗凍性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)解決了常規(guī)方法成本高、能耗高等的問題；同時(shí)大量使用了土體，有效替代傳統(tǒng)路基層，減少資源能源消耗和環(huán)境污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

40、實(shí)施例

41、本實(shí)施例中一種抗腐殖酸低鈣高嶺質(zhì)煤矸石基地聚物基土壤固化劑及制備方法，包括以下重量份的原料：所述的主固劑：稻殼灰4份、礦渣粉8份、低鈣高嶺質(zhì)煤矸石16份、堿性激發(fā)劑3份。助固劑a類：陰離子表面活性劑0.02份、緩凝劑0.015份、減水劑0.01份、憎水劑0.02份、穩(wěn)定劑0.01份。助固劑b類：非離子型表面活性劑0.01份、分散劑0.005份、早強(qiáng)劑0.01份、粘結(jié)劑0.01份、水3.5份。助固劑c類：離子交換劑0.1份、增強(qiáng)劑0.2份。

42、在本實(shí)施例中：

43、所述的地聚物基土壤固化劑中：

44、所述的稻殼灰的成分為二氧化硅98%、活性炭2%。

45、所述的礦渣成分為：氧化鈣32%、二氧化硅37%、氧化鋁20%、氧化鎂10%。

46、所述的低鈣高嶺質(zhì)煤矸石成分為二氧化硅48%、氧化鋁22%、氧化鈣17%。礦物組成中高嶺石37%、石英48%。

47、稻殼灰經(jīng)2.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽酸溶液浸泡1h后，經(jīng)600℃高溫煅燒。其二氧化硅含量高于95%，其粒徑范圍0.1-50μm顆粒。。

48、礦渣粉為s95級(jí)礦渣微粉。

49、堿激發(fā)劑為電石渣與硅酸鈉的混合物，控制主固劑中稻殼灰、礦渣、低鈣高嶺質(zhì)煤矸石、堿激發(fā)劑中硅鋁比為4:1。

50、主固劑地聚合物膠凝材料其制備方法為：

51、（1）將所述的低鈣高嶺質(zhì)煤矸石在600℃高溫煅燒1h。

52、（2）將（1）煅燒后的低鈣高嶺質(zhì)煤矸石與所述的礦渣粉、稻殼灰混合。

53、（3）將所述的堿性激發(fā)劑與（2）得到的混合粉體均勻混合、攪拌3min制備得到主固劑。

54、地聚物基土壤固化劑及制備方法，其制備工藝如下：

55、（1）按權(quán)利要求6的工藝制備得到所述的主固劑。

56、（2）將陰離子表面活性劑、緩凝劑、減水劑、憎水劑、穩(wěn)定劑，按所述的重量份均勻混合，攪拌3min后，得到所述的助固劑a類。

57、（3）將離子交換劑、增強(qiáng)劑，按所述的重量份均勻混合，攪拌3min后得到所述的助固劑c類。

58、（4）將所述重量份的粘結(jié)劑中的水性聚氨酯與亞硫酸氫鈉中加入少量水將其溶解。

59、（5）取（4）溶解于水中的粘結(jié)劑與所述重量份的非離子型表面活性劑、早強(qiáng)劑、分散劑混合，并以1:100的比例溶解于所述重量份的水中，得到所述的助固劑b類。

60、（6）將（1）、（2）、（3）得到的粉體材料均勻混合得到土壤固化劑中的主固劑、助固劑a類、助固劑c類的粉體混合料。

61、（7）將（6）得到的粉體混合料與（5）的液體混合料，共同使用得到所述的土壤固化劑。

62、將上述方法制備的土壤固化劑，與實(shí)驗(yàn)土混合調(diào)節(jié)軟土初始含水率為50%，土壤固化劑以10%的摻量固化土，并測試其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、含水率。

63、 1d 3d 7d 28d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 1.6mpa 1.9mpa 2.3mpa 3.1mpa 含水率 42% 38% 31% 25%

64、實(shí)施例

65、本實(shí)施例中一種煤矸石地聚物基土壤固化劑及制備方法，包括以下重量份的原料：所述的主固劑：稻殼灰4份、礦渣粉8份、低鈣高嶺質(zhì)煤矸石16份、堿性激發(fā)劑3份。助固劑a類：陰離子表面活性劑0.02份、緩凝劑0.015份、減水劑0.01份、憎水劑0.02份、穩(wěn)定劑0.01份。助固劑b類：非離子型表面活性劑0.01份、分散劑0.005份、早強(qiáng)劑0.01份、粘結(jié)劑0.01份、水3.5份。助固劑c類：離子交換劑0.1份、增強(qiáng)劑0.2份。

66、本實(shí)施例與實(shí)施例1區(qū)別在于改變了堿激發(fā)劑的組成。堿激發(fā)劑為電石渣與偏鋁酸鈉的混合物，控制主固劑中稻殼灰、礦渣、低鈣高嶺質(zhì)煤矸石、堿激發(fā)劑中硅鋁比為3:1。其余制備工藝均與實(shí)施例1相同。

67、將上述方法制備的土壤固化劑，與實(shí)驗(yàn)土混合調(diào)節(jié)軟土初始含水率為50%，土壤固化劑以10%的摻量固化土，并測試其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、含水率。

68、 1d 3d 7d 28d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 1.5mpa 1.7mpa 2.6mpa 3.5mpa 含水率 42% 35% 28% 21%

69、實(shí)施例

70、本實(shí)施例中一種地聚物基土壤固化劑及制備方法，包括以下重量份的原料：所述的主固劑：稻殼灰4份、礦渣粉8份、低鈣高嶺質(zhì)煤矸石16份、堿性激發(fā)劑12份。助固劑a類：陰離子表面活性劑0.04份、緩凝劑0.02份、減水劑0.02份、憎水劑0.04份、穩(wěn)定劑0.015份。助固劑b類：非離子型表面活性劑0.015份、分散劑0.01份、早強(qiáng)0.02份、粘結(jié)劑0.015份、水6份。助固劑c類：離子交換劑0.3份、增強(qiáng)劑0.4份。

71、本實(shí)施例與實(shí)施例1區(qū)別在于提高了助固劑的含量。其余制備工藝均與實(shí)施例1相同。

72、將上述方法制備的土壤固化劑，與實(shí)驗(yàn)土混合調(diào)節(jié)軟土初始含水率為50%，土壤固化劑以10%的摻量固化土，并測試其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、含水率。

73、 1d 3d 7d 28d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 1.8mpa 2.0mpa 2.5mpa 3.2mpa 含水率 41% 37% 30% 23%