專利名稱：土建材料固化劑及制配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固化劑，特別涉及一種土建材料固化劑及制配方法。
背景技術(shù)：
目前，土木建筑工程應(yīng)用的膠凝材料主要是硅酸鹽水泥，這種膠凝材料是以砂石料作骨料，對泥土固化效果不好，對水質(zhì)要求也高。當(dāng)用沙石作骨料，用硅酸鹽水泥作膠凝材料拌合混凝土料時，為不了不影響混凝土的性能，除對砂石料和水質(zhì)的特殊要求外，則要把砂石中的泥土盡量清洗干凈。這不僅費(fèi)時費(fèi)力，而且在無砂石料或水質(zhì)不好的地區(qū)，混凝土工程造價將成倍提高。
我國幅員遼闊，經(jīng)、緯度跨度大，北方嚴(yán)寒、南方炎熱多雨，各地的土質(zhì)、氣候條件也千差萬別，因此尋求一種高強(qiáng)、耐水、適應(yīng)性強(qiáng)，既可和水泥一樣以砂、石碎屑為骨料，又對拌合水質(zhì)無特殊要求，且能充分利用當(dāng)?shù)氐乃临Y源，特別是能夠固化泥土的水硬性膠凝材料—土壤固化劑。雖然也有土壤固化劑的相關(guān)報(bào)道，但現(xiàn)有的固化劑在使用過程中出現(xiàn)強(qiáng)度低、抗凍性能差、成本高等問題。因此研制一種使工期最短、施工費(fèi)用最低，工程質(zhì)量最優(yōu)的土壤固化劑是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在于提供一種價格低廉能在各種地區(qū)與各類土壤發(fā)生反應(yīng)、可利用各種固體廢渣廢料、筑成穩(wěn)固持久的建筑構(gòu)件的新型土壤固化劑。通過按一定比例與土壤拌合碾壓，擠壓密實(shí)后具有抗壓、防滲、抗凍等性能，不但是具有利用天然土壤、就地取材，減少砂石運(yùn)量，無環(huán)境污染，節(jié)省工程造價等優(yōu)點(diǎn)。而且還可以利用或處理一些常見的工業(yè)廢料如煤巖石，礦渣、粉煤灰、拆毀建筑料的回用等，所以它還具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的特點(diǎn)。
本發(fā)明的土建材料固化劑是由下列物質(zhì)按重量份數(shù)混配而成減水劑0.5～15份、抗凍劑0.3～7份、抗?jié)B劑0.3～7份、硅酸鈉0.5～6份、氫氧化鈉0.5～5份、氯化鈉0.8～12份、馬來酸0.5～8份、硫酸亞鐵1～15份、磷酸鈉0.5～8份、碳酸鈉0.5～7份、無水硫酸鈉3～20份、三乙醇胺1～15份、硅酸鈣0.2～8份、石英砂0.3～8份、水泥20～75份和生石灰粉3～75份。
其具體制備方法是a、將減水劑0.5～15份、抗凍劑0.3～7份、抗?jié)B劑0.3～7份、硅酸鈉0.5～6份、氫氧化鈉0.5～5份、氯化鈉1～12份、馬來酸0.5～8份、硫酸亞鐵1～15份、磷酸鈉0.5～8份、碳酸鈉0.5～7份、無水硫酸鈉3～20份、三乙醇胺1～15份、硅酸鈣0.2～8份和石英砂0.3～8份加入球磨機(jī)內(nèi)研磨，溫度控制在60～120℃，研磨細(xì)度達(dá)到280～350目，顏色微黃，裝袋備用；b、再將水泥20～75份、生石灰粉3～75份和a步驟得到的混合物的2～10％同時加入球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行研磨，溫度控制在60～120℃，研磨細(xì)度大于200目，顏色灰白，即制得土建材料固化劑成品。
本發(fā)明制備方法所使用的球磨機(jī)為現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備。
其優(yōu)選方案是選用減水劑0.8～12份、抗凍劑0.5～5份、抗?jié)B劑0.5～5份、硅酸鈉1～5份、氫氧化鈉0.8～4份、氯化鈉1～8份、馬來酸0.8～6份、硫酸亞鐵2～10份、磷酸鈉1～5份、碳酸鈉1～5份、無水硫酸鈉5～15份、三乙醇胺2～10份、硅酸鈣0.8～5份、石英砂0.8～5份、水泥30～70份和生石灰粉8～65份組成的混合物。
其最佳方案是由減水劑1～6份、抗凍劑1～3份、抗?jié)B劑1～3份、硅酸鈉1.5～3份、氫氧化鈉1～2份、氯化鈉.2～6份、馬來酸1～4份、硫酸亞鐵3～7份、磷酸鈉1.4～2.2份、碳酸鈉1.5～2.5份、無水硫酸鈉7～12份、三乙醇胺3～7份、硅酸鈣1～3份、石瑛砂1～3份、水泥35～60份和生石灰粉10～50份組成的混合物。
所述的減水劑是木質(zhì)素磺酸鹽類、萘系列減水劑、腐殖酸系減水劑、樹脂系減水劑、氨基磺酸鹽減水劑、羧酸鹽接枝共聚物減水劑或復(fù)合減水劑中的一種。具體闡述如下(一)木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑是從紙漿廢液中提取的。制造人造纖維或造紙時，在高溫高壓下蒸煮木材，加入亞硫酸鹽，用磺化的方法使木材中的纖維素和非纖維素分離，所得的纖維素即為人造絲、人造毛、紙等的原料。溶解在深液中的非纖維素以木質(zhì)素磺酸鹽為主，同半纖維素和少量纖維素被降解形成部分單糖和其它水溶性物質(zhì)。這種混合溶液稱為紙漿廢液。將廢液經(jīng)化學(xué)處理提煉出酒精、酵母并脫糖后轉(zhuǎn)化為其它鹽基，生成金屬離子的復(fù)合物。再經(jīng)熱風(fēng)噴霧干燥后形成棕色粉末，即為木質(zhì)素磺酸鹽(主要有鈣、鈉、鎂鹽類)粉。
(二)萘磺酸甲醛縮合物減水劑簡稱萘系減水劑，它是一種化學(xué)合成產(chǎn)品，其具有減水率較高，不引氣，水泥適應(yīng)性好，與各種外加劑復(fù)合性能好。可用于配制高強(qiáng)、高性能混凝土。
萘磺酸甲醛縮合物減水劑的牌號有UNF-5A高效減水劑，主要成份是萘磺酸鹽甲醛高縮合物、硫酸鈉等，是已知物質(zhì)，可由天津雍陽減水劑廠購得。
(三)腐殖酸系減水劑腐殖酸又稱故敏酸是一種天然的有機(jī)高分子化合物，存在于腐殖質(zhì)中，含有碳、氫、氧、氮等元素，由植物殘?bào)w在空氣和水分存在的條件下經(jīng)部分分解而成。以泥炭、褐煤、草炭為原料經(jīng)過堿化分離、酸化提純、洗滌沉淀、烘干而制得固體腐殖酸，用作為水泥減水劑。
腐殖酸類減水劑牌號有長III-1號復(fù)合劑等。
(四)樹脂系減水劑主要有三聚氰胺甲醛樹脂，它是三聚氰胺(又稱密胺和氰尿酰胺)與甲醛縮聚而成的樹脂。這類減水劑初期水化熱高而能產(chǎn)生某種催化作用，因而能提高混凝土的早期強(qiáng)度，又不引氣，是一種非引氣型的早強(qiáng)高效減水劑。國產(chǎn)牌號有SM(227)等。
(五)氨基磺酸鹽減水劑氨基磺酸鹽是一種非引氣可溶性樹脂減水劑。特點(diǎn)為摻量小、減水率高、坍落度經(jīng)時損失小，尤其適用于水灰比較小的高性能混凝土，在水灰比達(dá)到0.3左右時其減水率可達(dá)30％。
氨基磺酸鹽減水劑是由對氨基苯磺酸、苯酚、甲醛在一定條件下綜合而成。也可用苯胺經(jīng)磺化后再與苯酚、甲醛綜合。這種減水劑由于含有多個羥基、磺基、氨基等活性基團(tuán)，具有很好的分散作用，緩凝作用。
(六)復(fù)合減水劑為了改進(jìn)減水劑的某些性能，如早強(qiáng)、防凍或降低成本，而將一種或幾種外加劑與減水劑按適當(dāng)比例摻合使用。例如，用氯化鈣與木質(zhì)素磺酸鹽M型減水劑復(fù)合使用，不僅可以使2天強(qiáng)度提高50％，7天強(qiáng)度提高25～40％，28天強(qiáng)度提高20～25％，而且可以明顯地改善混凝土和易性，減少單位用水量，具有顯著的減水早強(qiáng)作用。常用的復(fù)合外加劑還有硫酸鈉(早強(qiáng))、三乙醇胺(早強(qiáng)和阻銹)、亞硝酸鈉(防銹、早強(qiáng)和防凍)、石膏(早強(qiáng))。
國產(chǎn)復(fù)合減水劑的牌號有UNF-3(萘系+Na2SO4)、FFT(萘系+氧化羧酸堿金屬)、建1-S(建1+煅煉明礬石+Na2SO4)、NNOF(萘系+Na2SO4)、Ms-F(M型+Na2SO4)、TRB(本質(zhì)素+磺化焦油)、FDN-S及NF-S等。
(七)羧酸鹽接枝共聚物減水劑羧酸鹽接枝共聚型減水劑是一類全新的高性能減水劑，它具有以下特點(diǎn)減水率高一般都在30％以上。坍落度損失小1-2小時坍落度基本不損失。后期強(qiáng)度高28天強(qiáng)度增長在20％以上。摻量較小一般在0.3％以下。
這類減水劑是根據(jù)混凝土的性能進(jìn)行減水劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。一般它的結(jié)構(gòu)是在一個較長的高分子主鏈上，接上各種活性基團(tuán)；如磺酸基團(tuán)(-SO3)、羧酸基團(tuán)(-COOH)、羥基基團(tuán)(-OH)、以及聚氧烷基烯類基團(tuán)[-(CH2CH2O)M-R]。它們必須以合適的比例出現(xiàn)在高分子主鏈上。
合成高分子主鏈的原料有丙烯酸、甲基丙烯酸、馬耒酸、丙烯酸乙脂、丙烯酸羥乙脂、乙酸乙烯脂、烯丙基磺酸鈉等。
接枝共聚反應(yīng)分兩步進(jìn)行，首先合成有一定側(cè)鏈長度的聚合物單體。并用這些單體與含羧酸、磺酸等接枝共聚以接上活性基團(tuán)。第二步為在引發(fā)劑作用下將兩種或兩種以上共聚物進(jìn)一步聚合成二元或多元共聚物。最終形成一個高分子聚合物減水劑。主鏈的長度，活性基團(tuán)品種、數(shù)量決定了產(chǎn)品性能。
本發(fā)明中所述的抗凍劑是氧化鈣、氯化鈉單抗凍劑或亞硝酸鈉加氯化鈉復(fù)合抗凍劑。
所述的抗?jié)B劑是氯化鈣、硅藻土、粉煤灰、樹脂乳液或水溶性樹脂中的一種；所述的樹脂乳液是醋酸乙烯、氯乙烯、丙烯酸酯；所述的水溶性樹脂是聚乙烯醇。
所述的馬來酸是順式丁烯二酸；所述的羥丙基甲基纖維素，即HPMC，是已知物質(zhì)，可從福州四方化工有限公司或上海美夢佳化工科技公司購得；所述的胺基磺酸鹽，是木質(zhì)磺酸鈣的改性，是已知物質(zhì)，可由山東萊蕪減水劑廠購得。
本發(fā)明的土建材料固化劑，能改變設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、降低工程造價、提高經(jīng)濟(jì)效益；經(jīng)固化劑固化土壤，可獲得優(yōu)異的綜合技術(shù)指標(biāo)，達(dá)到《CJ/T3073-1998》和《CJ/T80-98》國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，只用15～20厘米厚的固化土結(jié)構(gòu)層，就可以代替40～60厘米厚的傳統(tǒng)材料結(jié)構(gòu)層。從而節(jié)約了材料、人工、機(jī)械、運(yùn)輸?shù)染C合成本，工程造價較比下降30～42％。
本發(fā)明的土建材料固化劑，改變土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的物理力學(xué)性能，徹底改變土壤遇水軟化特性，使其成為憎水材料，提高固化土的強(qiáng)度，包括早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，增加土壤的密實(shí)性，減小收縮、徐變，提高板結(jié)性、穩(wěn)定性，提高固化土的抗?jié)B性，抗凍融性，增加固化土的耐久性。
本發(fā)明的土建材料固化劑因其固結(jié)強(qiáng)度高、水穩(wěn)性好、抗凍性能好、變形小、耐久高及適宜和范圍廣等特點(diǎn)，可將最廉價的土、灰渣固結(jié)成滿足要求的建筑材料，可廣泛應(yīng)用于水利水電工程，道路交通工程等。
實(shí)施方式實(shí)施例1本發(fā)明的土建材料固化劑，是由含有下列組份的物質(zhì)配制而成減水劑0.5～15份、抗凍劑0.3～7份、抗?jié)B劑0.3～7份、硅酸鈉0.5～6份、氫氧化鈉0.5～5份、氯化鈉1～12份、馬來酸0.5～8份、硫酸亞鐵1～15份、磷酸鈉0.5～8份、碳酸鈉0.5～7份、無水硫酸鈉3～20份、三乙醇胺1～15份、硅酸鈣0.2～8份、石英砂0.3～8份、水泥20～75份和生石灰粉3～75份；其具體的制備方法是a、將減水劑0.5～15份、抗凍劑0.3～7份、抗?jié)B劑0.3～7份、硅酸鈉0.5～6份、氫氧化鈉0.5～5份、氯化鈉1～12份、馬來酸0.5～8份、硫酸亞鐵1～15份、磷酸鈉0.5～8份、碳酸鈉0.5～7份、無水硫酸鈉3～20份、三乙醇胺1～15份、硅酸鈣0.2～8份和石英砂0.3～8份加入球磨機(jī)內(nèi)研磨，溫度控制在60～120℃，研磨細(xì)度達(dá)到250～500目，顏色微黃，裝袋備用；b、再將水泥20～75份、生石灰粉3～75份和a步驟得到的混合物的2～10％同時加入球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行研磨，溫度控制在60～120℃，研磨細(xì)度大于200目，顏色灰白，即制得土建材料固化劑成品。
實(shí)施例2本發(fā)明的土建材料固化劑，是通過下列制備方法實(shí)現(xiàn)的a、將減水劑0.8～12份、抗凍劑0.5～5份、抗?jié)B劑0.5～5份、硅酸鈉1～5份、氫氧化鈉0.8～4份、氯化鈉1～8份、馬來酸0.8～6份、硫酸亞鐵2～10份、磷酸鈉1～5份、碳酸鈉1～5份、無水硫酸鈉5～15份、三乙醇胺2～10份、硅酸鈣0.8～5份和石英砂0.8～5份加入球磨機(jī)內(nèi)研磨，溫度控制在70～110℃，研磨細(xì)度達(dá)到290～400目，顏色微黃，裝袋備用；b、再將水泥30～70份、生石灰粉8～65份和a步驟得到的混合物的3～8％同時加入球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行研磨，溫度控制在70～110℃，研磨細(xì)度為300目，顏色灰白，即制得土建材料固化劑成品。
實(shí)施例3本發(fā)明的土建材料固化劑，是由下列組份減水劑1～6份、抗凍劑1～3份、抗?jié)B劑1～3份、硅酸鈉1.5～3份、氫氧化鈉1～2份、氯化鈉2～6份、馬來酸1～4份、胺基磺酸鹽1～12份、硫酸亞鐵3～7份、磷酸鈉1.4～2.2份、碳酸鈉1.5～2.5份、無水硫酸鈉7～12份、三乙醇胺3～7份、硅酸鈣1～3份、羥丙基甲基纖維素1～3份、石瑛砂1～3份、水泥35～60份、生石灰粉10～50份和熟石膏粉8～20份配制而成，具體的制備方法是a、將上述份數(shù)的減水劑、抗凍劑、抗?jié)B劑、硅酸鈉、氫氧化鈉、氯化鈉、馬來酸、胺基磺酸鹽、硫酸亞鐵、磷酸鈉、碳酸鈉、無水硫酸鈉、三乙醇胺、硅酸鈣、羥丙基甲基纖維素和石英砂加入球磨機(jī)內(nèi)研磨，溫度控制在80～100℃，研磨細(xì)度達(dá)到300～350目，顏色微黃，裝袋備用；b、再將水泥、生石灰粉、熟石膏粉和a步驟得到的混合物的4～6％同時加入球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行研磨，溫度控制在80～100℃，研磨細(xì)度為400目，顏色灰白，即制得土建材料固化劑成品。
本發(fā)明的土建材料固化劑，可在a步驟中加入胺基磺酸鹽或/和羥丙基甲基纖維素、在b步驟中加入熟石膏粉，其組份的具體份數(shù)(見下表二)，再按實(shí)施例1的操作方法和表一中的a、b步驟的反應(yīng)溫度和b步驟中加入a步驟得到的混合物的百分含量，即制得本發(fā)明的土建材料固化劑成品。
表一
表二
上述配比制得的固化劑可固化各類型土壤，適用于道路結(jié)構(gòu)層及水利工程，尤其對寒冷地區(qū)的土壤固化優(yōu)勢顯著。本固化劑水穩(wěn)性可靠、吸水率＜0.3％，水穩(wěn)系數(shù)＞98％，凍穩(wěn)系數(shù)＞97％，適應(yīng)性能強(qiáng)。
下表是本發(fā)明固化劑的性能試驗(yàn)

權(quán)利要求
1.土建材料固化劑，是包括減水劑、抗凍劑、抗?jié)B劑、硅酸鈉、氫氧化鈉、氯化鈉、馬來酸、硫酸亞鐵、磷酸鈉、碳酸鈉、無水硫酸鈉、三乙醇胺、硅酸鈣、石英砂、水泥和生石灰粉混合而成，其混配組份的重量份數(shù)為減水劑0.5～15份、抗凍劑0.3～7份、抗?jié)B劑0.3～7份、硅酸鈉0.5～6份、氫氧化鈉0.5～5份、氯化鈉0.8～12份、馬來酸0.5～8份、硫酸亞鐵1～15份、磷酸鈉0.5～8份、碳酸鈉0.5～7份、無水硫酸鈉3～20份、三乙醇胺1～15份、硅酸鈣0.2～8份、石英砂0.3～8份、水泥20～75份和生石灰粉3～75份。
2.如權(quán)利要求1所述的土建材料固化劑，其特征是由減水劑0.8～12份、抗凍劑0.5～5份、抗?jié)B劑0.5～5份、硅酸鈉1～5份、氫氧化鈉0.8～4份、氯化鈉1～8份、馬來酸0.8～6份、硫酸亞鐵2～10份、磷酸鈉1～5份、碳酸鈉1～5份、無水硫酸鈉5～15份、三乙醇胺2～10份、硅酸鈣0.8～5份、石英砂0.8～5份、水泥30～70份和生石灰粉8～65份組成的混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的土建材料固化劑，其特征是由減水劑1～6份、抗凍劑1～3份、抗?jié)B劑1～3份、硅酸鈉1.5～3份、氫氧化鈉1～2份、氯化鈉2～6份、馬來酸1～4份、硫酸亞鐵3～7份、磷酸鈉1.4～2.2份、碳酸鈉1.5～2.5份、無水硫酸鈉7～12份、三乙醇胺3～7份、硅酸鈣1～3份、石英砂1～3份、水泥35～60份和生石灰粉10～50份組成的混合物。
4.如權(quán)利要求1或2或3任一項(xiàng)所述的土建材料固化劑，其特征在于所述的減水劑是木質(zhì)素磺酸鹽、萘系列減水劑、腐殖酸系減水劑、樹脂系減水劑、氨基磺酸鹽減水劑、羧酸鹽接枝共聚物減水劑或復(fù)合減水劑中的一種。
5.如權(quán)利要求1或2或3任一項(xiàng)所述的土建材料固化劑，其特征在于所述的抗凍劑是氧化鈣、氯化鈉單抗凍劑或亞硝酸鈉加氯化鈉復(fù)合抗凍劑。
6.如權(quán)利要求1或2或3任一項(xiàng)所述的土建材料固化劑，其特征在于所述的抗?jié)B劑是氯化鈣、硅藻土、粉煤灰、樹脂乳液或水溶性樹脂中的一種。
7.制備權(quán)利要求1所述的土建材料固化劑的方法，其特征是包括下步驟a、將減水劑0.5～15份、抗凍劑0.3～7份、抗?jié)B劑0.3～7份、硅酸鈉0.5～6份、氫氧化鈉0.5～5份、氯化鈉1～12份、馬來酸0.5～8份、硫酸亞鐵1～15份、磷酸鈉0.5～8份、碳酸鈉0.5～7份、無水硫酸鈉3～20份、三乙醇胺1～15份、硅酸鈣0.2～8份和石英砂0.3～8份加入球磨機(jī)內(nèi)研磨，溫度控制在60～120℃，研磨細(xì)度達(dá)到280～350目，顏色微黃，裝袋備用；b、再將水泥20～75份、生石灰粉3～75份和a步驟得到的混合物的2～10％同時加入球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行研磨，溫度控制在60～120℃，研磨細(xì)度大于200目，顏色灰白，即制得土建材料固化劑成品。
全文摘要
本發(fā)明的土建材料固化劑及制配方法是將減水劑、抗凍劑、抗?jié)B劑、硅酸鈉、氫氧化鈉、氯化鈉、馬來酸、硫酸亞鐵、磷酸鈉、碳酸鈉、無水硫酸鈉、三乙醇胺、硅酸鈣和石英砂加入球磨機(jī)內(nèi)研磨，溫度控制在60～120℃，研磨細(xì)度達(dá)到280～350目，顏色微黃，裝袋備用；再將水泥、生石灰粉和上一步驟中得到的混合物的2～10％同時加入球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行研磨，溫度控制在60～120℃，研磨細(xì)度大于200目，顏色灰白，即制得土建材料固化劑成品。其優(yōu)點(diǎn)是固結(jié)強(qiáng)度高、水穩(wěn)性好、抗凍性能好、變形小、耐久高及適宜和范圍廣等特點(diǎn)，可將最廉價的土、灰渣固結(jié)成滿足要求的建筑材料，可廣泛應(yīng)用于水利水電工程，道路交通工程等。
文檔編號C04B22/14GK1884182SQ20061001027
公開日2006年12月27日 申請日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者鄧桂云 申請人:鄧桂云