專利名稱：一種用于濱海相軟土的固化劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種土木建筑材料，具體來說，涉及一種用于濱海相軟土的固化劑。
背景技術：
我國沿海地區(qū)軟土分布廣泛，一般具有高含水率、高壓縮性、高孔隙比、低強度、低滲透性、高靈敏度、擾動性大、流變性能顯著等特點。同時濱海相軟土土體中鹽分和有機質的存在，使得土體結構和組成成份相對復雜、物理力學性質相差較大。對濱海相軟土的加固利用，已成為濱海相軟土地基處理的關鍵技術問題之一。目前對于濱海相軟土處置方法很多，常采用的有淺層固化處理和深層的攪拌樁處理。這兩種方法其本質上都是通過添加固化劑(如水泥等)的辦法來提高土體的強度。然而由于濱海相軟土的特殊性，采用傳統(tǒng)的固化劑處理后的土的強度仍然偏低，加固效果不
王困相

發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種用于濱海相軟土的固化劑， 該固化劑主要成分源于工業(yè)廢料，成本低廉，同時，與水泥系固化劑相比，該固化劑固化濱海相軟土效果更佳，可以達到固化濱海相軟土所需要的工程特性。技術方案為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是一種用于濱海相軟土的固化劑，按照質量百分比，該固化劑由以下組分組成水泥；35 45%，電石渣；35 45%，石膏15 20%，表面活性劑1 5%。有益效果與現(xiàn)有技術相比，采用本技術方案的濱海相軟土固化劑的有益效果是1.有利于節(jié)約資源、環(huán)境保護。本發(fā)明的固化劑的組分為水泥、電石渣、石膏和表面活性劑，其中，電石渣和石膏來源于工業(yè)廢料，且電石渣和石膏占固化劑的質量分數(shù)在 50%以上。因此制備本發(fā)明的固化劑，主要成分只需要從工業(yè)廢料中提取，實現(xiàn)了工業(yè)廢料的有效利用。而現(xiàn)有的固化劑，例如水泥和石灰，都需要工業(yè)制備，需要利用工業(yè)原料。所以說，本發(fā)明的固化劑可以消耗大量的工業(yè)廢料，節(jié)約資源，有利于環(huán)境保護，屬于低碳、綠色、環(huán)保型產(chǎn)品。2.本固化劑固化濱海相軟土效果更佳，可以達到固化濱海相軟土所需要的工程特性。在本技術方案中，通過在濱海相軟土中摻加質量份數(shù)為4% 12%的本發(fā)明的固化劑， 使得固化濱海相軟土的孔隙發(fā)育程度降低，土的密實度增加，早期強度高、后期強度發(fā)展?jié)摿^大、水穩(wěn)定性好。而現(xiàn)有技術中，摻加水泥，或者水泥和石灰的混合物的濱海相軟土，強度較小、水穩(wěn)定性較差，不能滿足工程控制指標。
3.制備成本低廉。本發(fā)明的固化劑的組分材料各地極易購取，成本低(比同類的產(chǎn)品低30%-40%)。同時制備時，只需要將各組分研磨呈粉狀，再混合攪拌即可。制備過程簡單。固化時，只需要按照工程要求，取適量的本發(fā)明的固化劑與濱海相軟土混合攪拌即可。施工工藝簡單。因此，本發(fā)明的固化劑制備成本低廉、施工工藝簡單，具有良好的經(jīng)濟效益。而現(xiàn)有的固化劑，水泥或者石灰，制備過程比本發(fā)明的固化劑的制備過程復雜，且經(jīng)濟成本高。
具體實施例方式本發(fā)明的一種用于濱海相軟土的固化劑，按照質量百分比，該固化劑由以下組分組成水泥；35 45%，電石渣35 45%，石膏15 20%，表面活性劑1 5%。該用于濱海相軟土的固化劑是以工業(yè)廢料作為主要組分，也就是說，電石渣和石膏都可以從工業(yè)廢料中提取。表面活性劑是輔助材料。該表面活性劑采用強堿性氫氧化物， 例如可以是氫氧化鈉，或者氫氧化鉀。制備該固化劑時，將水泥、電石渣、石膏和表面活性劑均勻攪拌即可。如果這些組分中有呈塊狀體的，例如石膏，那么需要首先將呈塊狀體的組分研磨成粉末狀，然后再與呈粉末狀的其他組分混合、攪拌均勻即可。本發(fā)明的固化劑用于固化濱海相軟土時，按照工程需求比例，將固化劑的各組分混合后充分攪拌。對于淺層濱海相軟土，將固化劑均勻撒鋪待處理地基中，再充分攪拌均勻。對于深層濱海相軟土，將固化劑按設計確定的配合比拌制成漿，待壓漿前將漿倒入集料斗，通過深層攪拌機械在地基將漿液壓入待處理地基中強制拌和均勻，使濱海相軟土地基硬結成樁、墻等提高強度。欲提高固化土的強度，須固化劑各個組分之間以及固化劑各個組分與土顆粒之間發(fā)生各種物理化學作用效應，生成其獨特的水化物體系，要充分利用各個組分之間良好的協(xié)同效應，保證膨脹性水化物與膠結性水化物的生長過程必須協(xié)調。反應初期，本固化劑組分中水泥與土中的水分在表面活性劑NaOH(或Κ0Η)的提供的強堿性環(huán)境激發(fā)下，水泥發(fā)生強烈的水解和水化反應，提高了固化土的早期強度，增加反應的效率。同時從溶液中分解出Ca(OH)2是后續(xù)反應的基礎，其形成水化物具有強烈的吸附活性，而使這些較大的土團粒進一步結合起來，形成了水泥土的鏈條狀結構，封閉土團間孔隙，形成穩(wěn)定的聯(lián)結。固化劑組分中電石渣與土中鹽分發(fā)生離子交換反應Ca2++土顆粒)Na+(K+) — Ca) 土顆粒+Na+(K+)或a:a(0H)2+NaCl — CaCl2+NaOH，)增強了混合料的堿性，繼續(xù)促進了水泥的水解、水化作用，使水泥能夠更好、更充分地發(fā)揮其固化穩(wěn)定效果。土中礦物S^2和Al2O3 在堿性環(huán)境下生成不溶于水的CaO-Al2O3-H2O系列水化物和CaO-SiO2-H2O系列化物等。并且電石渣中的Ca (OH) 2不斷地吸收水中的CO2,發(fā)生碳化反應Ca (OH) 2+C02 — CaC03+H20, CaC03 使土結團、粗?；?，填充擠密土體空隙，提高強度。
固化劑組分中石膏作用是發(fā)生CaS04+NaCl — CaCl2+Na2S04反應，生成的CaCl2具有強的吸水性，同時隨著CaCl2濃度增加，土顆粒孔隙水的表面張力增大，從而提高顆粒間的凝聚力，使得固化土后期強度增長。在各種組分發(fā)生、發(fā)展和固化土強度提高過程中，石膏促進了顆粒間的膨脹擠密，縮短顆粒間距，增加顆粒接觸面積和數(shù)量，從而增強顆粒間的結構連接，同時提高反應的速度和程度。固化劑各組分和土體之間持續(xù)的強堿性環(huán)境，促進了水泥的水化和水解，以及石膏和土體之間的反應，使固化土早期和后期各反應之間能產(chǎn)生更大的協(xié)同效應，提高強度和整體性。下面通過實施例和對比例來進一步說明本發(fā)明的技術方案。在以下實施例和對比例中，用無側限抗壓強度(單位kPa)來表示加固濱海相軟土的強度特性，這一數(shù)值越高， 說明加固濱海相軟土的強度就越高；用水穩(wěn)系數(shù)表示加固濱海相軟土的水穩(wěn)性，水穩(wěn)系數(shù)是浸水養(yǎng)護試件的無側限抗壓強度與標準養(yǎng)護試件的無側限抗壓強度的比值，水穩(wěn)系數(shù)越接近1，說明加固濱海相軟土的水穩(wěn)性越好。本技術方案中使用的固化劑各組分可以通過市場購得。實施例1(1)試驗材料濱海相軟土 所用土樣取自江蘇連云港地區(qū)典型的濱海相軟土，在使用前進行了晾曬，其基本的物理力學性質指標如表1。表1連云港地區(qū)濱海相軟土的基本物理力學性質
土質比重天然含水量 (%)天然孔隙比液限 (%)塑性指數(shù)粘聚力 (kPa)內摩擦角(° )壓縮模量 (MPa)濱海相軟土2. 7342. 31. 40638. 618. 67. 44. 82. 89水泥為南京三龍水泥有限公司生產(chǎn)的“天寶山牌” 32. 5#普通硅酸鹽水泥， 按照GB/T1346-2001試驗規(guī)程試驗，初凝、終凝時間分別為205min、260min，抗壓強度為 12. 5Mpa，水泥細度、安定性均符合GB175-1999的質量標準要求。電石渣為江蘇省常州市乙炔制造公司生產(chǎn)，其中CaO含量為68. 99%，燒失量為 24. 85%。石膏為南京江南水泥有限公司生產(chǎn)，有效硅含量為56.8%，比表面積為 35000cm2/go表面活性劑NaOH 為南京市宏焱化工貿(mào)易有限公司生產(chǎn)，分析純，白色不透明固體。(2)試驗方法第一步制備用于濱海相軟土的固化劑將水泥40%、電石渣40%、石膏15%、表面活性劑5%均勻攪拌混合，形成固化劑。第二步將第一步制備的固化劑與濱海相軟土按照4 96的質量比混合，并均勻攪拌。
第三步進行無側限抗壓強度試驗(包括水穩(wěn)定實驗)。無側限抗壓強度試驗試樣為(t5CmX5Cm的圓柱體，在最佳含水量時采用靜力壓實成型，壓實度為96 %，養(yǎng)護制度為標準養(yǎng)護養(yǎng)護齡期為7天時，標養(yǎng)6天，浸水1天；養(yǎng)護齡期為觀天時，標養(yǎng)27天，浸水1天。浸水養(yǎng)護養(yǎng)護齡期為7天時，標養(yǎng)3天，浸水4 天；養(yǎng)護齡期為觀天時，標養(yǎng)7天，浸水21天。水穩(wěn)系數(shù)對于同一試樣，水穩(wěn)系數(shù)是浸水養(yǎng)護試件的無側限抗壓強度與標準養(yǎng)護試件的無側限抗壓強度的比值。以上試驗均按照公路土工試驗規(guī)程(JTG E40-2007)和公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程(JTG E51-2009)進行。(3)實驗結果實驗結果如表3所示。實施例2本實施例的試驗材料和固化劑中各組分的質量百分數(shù)都與實施例1相同，所不同的是試驗方法的第二步，固化劑和濱海相軟土的質量比不同。本實施例中固化劑與濱海相軟土的質量比為8 92。實驗結果如表3所示。實施例3本實施例的試驗材料和固化劑中各組分的質量百分數(shù)都與實施例1相同，所不同的是試驗方法的第二步，固化劑和濱海相軟土的質量比不同。本實施例中固化劑與濱海相軟土的質量比為12 88。實驗結果如表3所示。實施例4本實施例的試驗材料與實施例1相同，所不同的是試驗方法第一步，制備的固化劑中的各組份的質量百分數(shù)不同，以及試驗方法第二步中固化劑與濱海相軟土的質量比不同。具體數(shù)值如表2所示。實驗結果如表3所示。實施例5本實施例的試驗材料與實施例1相同，所不同的是試驗方法第一步，制備的固化劑中的各組份的質量百分數(shù)不同，以及試驗方法第二步中固化劑與濱海相軟土的質量比不同。具體數(shù)值如表2所示。實驗結果如表3所示。實施例6本實施例的試驗材料與實施例1相同，所不同的是試驗方法第一步，制備的固化劑中的各組份的質量百分數(shù)不同，以及試驗方法第二步中固化劑與濱海相軟土的質量比不同。具體數(shù)值如表2所示。實驗結果如表3所示。對比例1本對比例中的實驗材料濱海相軟土與實施例1相同；固化劑采用水泥。將固化劑與濱海相軟土按照8 92的質量比均勻攪拌混合后，進行無側限抗壓強度試驗。無側限抗壓強度試驗的試驗條件和試驗方法都與實施例1相同。實驗結果如表3所示。對比例2本對比例中的實驗材料濱海相軟土與實施例1相同；固化劑采用石灰和水泥的混合物，其中，按照質量百分數(shù)石灰66.5%，水泥33.5%。將固化劑與濱海相軟土按照 8 92的質量比均勻攪拌混合后，進行無側限抗壓強度試驗。無側限抗壓強度試驗的試驗條件和試驗方法都與實施例1相同。實驗結果如表3所示。
表2:試驗方案
權利要求
1.ー種用于濱海相軟土的固化劑，其特征在干，按照質量百分比，該固化劑由以下組分 組成水泥；35 45%，電石渣35 45%，石膏15 20%，表面活性劑1 5%。
2.按照權利要求1所述的用于濱海相軟土的固化劑，其特征在干，所述的固化劑中，表 面活性劑是強堿性氫氧化物。
3.按照權利要求2所述的用于濱海相軟土的固化劑，其特征在干，所述的表面活性劑 是氫氧化鈉，或者氫氧化鉀。
4.按照權利要求3所述的用于濱海相軟土的固化劑，其特征在干，所述的固化劑，按照 質量百分比，水泥40%，電石渣40%，石膏18%氫氧化鈉2%。
5.按照權利要求3所述的用于濱海相軟土的固化劑，其特征在干，所述的固化劑，按照 質量百分比，水泥44%，電石渣；35%，石膏20%，氫氧化鈉 1%。
6.按照權利要求3所述的用于濱海相軟土的固化劑，其特征在干，所述的固化劑，按照 質量百分比，水泥45%，電石渣；35%，石膏15%，氫氧化鈉 5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于濱海相軟土的固化劑，按照質量百分比，該固化劑由以下組分組成水泥35～45％，電石渣35～45％，石膏15～20％，表面活性劑1～5％。該固化劑主要成分源于工業(yè)廢料，成本低廉，同時，與水泥系固化劑相比，該固化劑固化濱海相軟土效果更佳，可以達到固化濱海相軟土所需要的工程特性。
文檔編號C04B28/00GK102557536SQ20111040412
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權日2011年12月8日
發(fā)明者朱志鐸, 譚敏, 魏仁杰 申請人:東南大學