行脫水，脫水后檢測(cè)氫氧化鈉的含量，使其符合設(shè)計(jì)量；并按設(shè)計(jì)量加入磷酸 二氫鉀和尿素，在375°C左右的溫度下焙燒活化4h，制成第二制劑；
[0040] 6)按照設(shè)計(jì)配比將赤泥和50%設(shè)計(jì)量的粉煤灰與步驟2)中處理的凹凸棒石、海 泡石和煤矸石混合均勻，制成第三制劑，將所述第三制劑加入步驟5)所述第二制劑中混合 均勻，制成第四制劑；
[0041] 7)將步驟6)中所得的第四制劑研磨至粒徑小于200目，即得到符合要求的土壤巖 凝劑。
[0042] 8)然后將土壤巖凝劑按照1 :11的比例加入到施工用的土壤中，根據(jù)不同的工程 技術(shù)要求，具體施工按照J(rèn)TJ034-2000《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》實(shí)施。
[0043]〈第七實(shí)施例〉
[0044] 在第六實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟3)中將研磨后的鋁土礦、高嶺土顆粒分別焙燒活化 的溫度控制在250°C左右；步驟4)中向所述第一制劑中加入為所述第一制劑總質(zhì)量2倍的 10%氫氧化鈉溶液；步驟5)中在250°C的溫度下焙燒活化3. 5h，制成第二制劑；步驟8)中 將土壤巖凝劑按照1 :4的比例加入到施工用的土壤中。
[0045]〈第八實(shí)施例〉
[0046] 在第六實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟3)中將研磨后的鋁土礦、高嶺土顆粒分別焙燒活化 的溫度控制在900°C左右；步驟4)中向所述第一制劑中加入為所述第一制劑總質(zhì)量2. 5倍 的10%氫氧化鈉溶液；步驟5)中在500°C左右的溫度下焙燒活化4. 5h，制成第二制劑；步 驟8)中將土壤巖凝劑按照1 :18的比例加入到施工用的土壤中。
[0047] 在具體的施工過程中，巖凝劑成分的具體比例主要根據(jù)土壤中成巖要素保障原則 進(jìn)行設(shè)計(jì)的，即基于對(duì)施工的土壤對(duì)象進(jìn)行化學(xué)成分分析和礦物成分分析設(shè)計(jì)土壤巖凝劑 配方，保障施工原料中黏土礦物>25%，無機(jī)聚合物>2%，活動(dòng)金屬元素>2%，重金屬元素 >6%〇
[0048]與常規(guī)的土壤固化劑不同，本發(fā)明所涉及的土壤巖凝劑是基于地質(zhì)成巖作用原理 和地球化學(xué)工程學(xué)方法而設(shè)計(jì)的，其固土能力不是單純通過簡(jiǎn)單的"膠結(jié)"作用實(shí)現(xiàn)的，而 是通過使土壤本身發(fā)生"凝聚"與"成巖"作用實(shí)現(xiàn)的，會(huì)經(jīng)歷幾個(gè)不同的演變階段，使施工 后的路面得到逐步加固，工程力學(xué)強(qiáng)度越來越大。
[0049] 此外，現(xiàn)有的公路建設(shè)材料，主要是采用水泥、石灰、碎石，這些傳統(tǒng)材料在工程中 存在的問題是，力學(xué)強(qiáng)度不高，容易產(chǎn)生干縮、溫縮裂縫，導(dǎo)致工程過早損壞。同時(shí)，這些材 料的生產(chǎn)消耗大量的資源、能源，產(chǎn)生大量的溫室氣體，造成環(huán)境污染。本發(fā)明的應(yīng)用，不僅 使工程質(zhì)量提高，成本降低，而且可實(shí)現(xiàn)大量工業(yè)廢棄物的高效的資源化利用，生產(chǎn)時(shí)采用 清潔化制備工藝，真正意義實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，循環(huán)經(jīng)濟(jì)，為工業(yè)廢棄物的再利用提供一種綠色 產(chǎn)業(yè)鏈。
[0050] 土壤來源于巖石，是巖石經(jīng)歷漫長(zhǎng)的風(fēng)化作用過程所形成的產(chǎn)物。由于巖石中原 有的鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、鋁等水可溶元素的大量流失，以及原有礦物發(fā)生了分解、流失與結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)化，使土壤成為了比較惰性的松散狀態(tài)。本發(fā)明是一種基于地質(zhì)學(xué)原理，通過在土壤中加 入土壤巖凝劑并充分混合，使之形成聚合物并具有合理配伍的成巖元素組成的方法來促進(jìn) 土壤的凝結(jié)與巖化，繼而成為具備合適工程力學(xué)強(qiáng)度的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)材料的技術(shù)方法。
[0051] 土壤巖凝劑是基于土壤的物質(zhì)來源基礎(chǔ)及其理化性質(zhì)，以使土壤重新凝聚并達(dá)到 一定的工程力學(xué)強(qiáng)度為目的，根據(jù)巖石力學(xué)理論和巖石學(xué)地質(zhì)原理，以成巖元素構(gòu)成需求 和地質(zhì)礦化成巖的條件與規(guī)律為依據(jù)，基于建筑工程力學(xué)規(guī)范的原則，運(yùn)用地球化學(xué)工程 學(xué)的凝聚與礦化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)的化學(xué)劑。
[0052] 由于土壤種類與土質(zhì)不同，其物理化學(xué)性質(zhì)有著很大的差異，本發(fā)明的土壤巖凝 劑針對(duì)不同化學(xué)與礦物組成的土壤采用不同的配方，構(gòu)成了一個(gè)能適應(yīng)各種土壤土質(zhì)的完 整產(chǎn)品系列。但是，所有的土壤巖凝劑產(chǎn)品在作用機(jī)理上都是相近的，它們對(duì)于土壤的凝聚 與巖化作用包括三個(gè)層次，并且可以大致劃分為三個(gè)階段：
[0053] 第一階段，成型凝聚階段。這是一個(gè)最低層次的初始階段。巖凝劑與土壤混勻后， 在水的化學(xué)激發(fā)作用和外力物理作用的輔助下，交聯(lián)劑使土壤中Al、Fe、Si等金屬元素和 非金屬元素之間通過〇元素以離子鍵、配位鍵為主要結(jié)合方式進(jìn)行鏈接，形成具有類沸石 的籠狀結(jié)構(gòu)的似土壤聚合物，搭接成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并形成致密的、對(duì)水穩(wěn)定的板體，從而 使土壤凝聚與硬化，并具有較高的早期工程力學(xué)強(qiáng)度。這一階段一般持續(xù)數(shù)日至十?dāng)?shù)日。
[0054] 第二階段，化學(xué)結(jié)構(gòu)調(diào)整階段。在這一階段，成巖元素在水的溶劑作用下，通過土 壤凝聚體內(nèi)的微孔通道運(yùn)移，進(jìn)行復(fù)雜的精細(xì)化學(xué)配伍并最終以共價(jià)鍵和離子鍵等穩(wěn)定化 學(xué)鍵為主要連接方式結(jié)合于土壤凝聚體中。這是較高層次的決定性階段，在這一階段，土壤 凝聚體的化學(xué)穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，為下一階段的巖化作用奠定基礎(chǔ)；同時(shí)，土壤凝聚體中的粒 間空隙也在這一階段得到一定程度的改善，抗水浸、抗干縮、抗溫縮龜裂的能力得到提高。 該過程的主體一般在數(shù)月內(nèi)完成。
[0055] 第三階段，巖化階段。這是最高層次的最后階段。隨著土壤凝聚體化學(xué)結(jié)構(gòu)的不 斷穩(wěn)固，在外部壓力的持續(xù)物理作用下，土壤凝聚體不斷縮聚與礦化，排出多余的水等可運(yùn) 移的化學(xué)成分，穩(wěn)定礦物不斷形成，土壤逐步巖化。在這一階段進(jìn)行的是土壤在形成板塊后 的造巖作用，土壤的石化產(chǎn)生很強(qiáng)的后期工程力學(xué)強(qiáng)度和耐水性，最終成為優(yōu)良的工程結(jié) 構(gòu)材料。這一過程持續(xù)的時(shí)間比較漫長(zhǎng)，且與外力的物理作用情況和所處的溫度、濕度、水 文條件等環(huán)境因素有關(guān)，但一般情況下，巖化作用主要發(fā)生在前2~3年內(nèi)。
[0056] 本發(fā)明通過向土壤中添加巖凝劑使土壤固結(jié)成為土凝巖，快速而顯著地改變土壤 的物理結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，通過該方法制成的土凝巖七天內(nèi)的力學(xué)強(qiáng)度可達(dá)到5MPa，形成能 夠滿足工程技術(shù)要求的建筑材料，從而把豐富的土壤資源轉(zhuǎn)化為優(yōu)良的工程結(jié)構(gòu)材料。它 包括以下優(yōu)點(diǎn)：一是適應(yīng)性強(qiáng)，可以適合各種類型的土壤，方便施工，可以就地取材，大大地 降低了建筑材料的運(yùn)輸成本；二是創(chuàng)建了一套基于不同土壤的化學(xué)與礦物組成進(jìn)行土壤與 巖凝劑配伍的制作方法，可以嚴(yán)格地保障土凝巖的制備質(zhì)量，方便推廣和普及，技術(shù)指標(biāo)趨 于標(biāo)準(zhǔn)化，容易實(shí)現(xiàn)，能夠提尚施工效率。
[0057] 實(shí)驗(yàn)：取1000米實(shí)驗(yàn)路段進(jìn)行施工，跟蹤觀測(cè)，具體情況如下：
[0058] 1、施工地點(diǎn)土壤的物理性能技術(shù)指標(biāo)如下表：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種土壤巖凝劑，其特征在于，包括的組分和各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下：凹凸棒石5~ 15% ;海泡石5~12% ;粉煤灰3~48% ;赤泥5~37% ;冶金鐵礦渣2~30% ;錯(cuò)土礦 3~12% ;煤矸石0~17% ;高嶺土 0~8% ;水玻璃0~5% ;氫氧化鈉1~3% ;磷酸二 氫鉀〇~4% ;尿素〇? 5~5%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述土壤巖凝劑，其特征在于：其包括的組分和各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 如下：凹凸棒石9% ;海泡石8% ;粉煤灰23% ;赤泥20% ;冶金鐵礦渣14% ;鋁土礦7% ; 煤矸石7% ;高嶺土 4% ;水玻璃2% ;氫氧化鈉2% ;磷酸二氫鉀1 % ;尿素3%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1-2中任意一項(xiàng)所述土壤巖凝劑的制備方法，其特征在于： a、 將凹凸棒石、海泡石、冶金鐵礦渣、鋁土礦、煤矸石、高嶺土分別脫水至水分含量低于 15% ； b、 將步驟a中脫水后的凹凸棒石、海泡石、冶金鐵礦渣、鋁土礦、煤矸石、高嶺土分別研 磨成粒徑小于3mm的顆粒； c、 將步驟b中處理過的鋁土礦、高嶺土分別在250°C _900°C的溫度下焙燒活化3-6h ; d、 將步驟c處理后的鋁土礦、高嶺土按照設(shè)計(jì)量進(jìn)行配比，并加入50%設(shè)計(jì)量的粉煤 灰混合均勻，制成第一制劑，將固定氫氧化鈉溶解制成濃度為10%的氫氧化鈉溶液，然后 向所述第一制劑中加入為所述第一制劑總質(zhì)量2-2. 5倍濃度為10%的氫氧化鈉溶液，浸泡 40-70h，并同時(shí)攪拌使液體和固體充分接觸； e、 將經(jīng)步驟d處理后的鋁土礦、高嶺土、粉煤灰、氫氧化鈉的混合物進(jìn)行脫水，并按設(shè) 計(jì)量加入磷酸二氫鉀和尿素，在250°C~500°C的溫度下焙燒活化3. 5-4. 5h，制成第二制 劑； f、 按照設(shè)計(jì)配比將赤泥及50%設(shè)計(jì)量的粉煤灰與步驟b處理的凹凸棒石、海泡石和煤 矸石混合均勻，制成第三制劑，然后再將所述第三制劑加入步驟e所述的第二制劑中混合 均勻，制成第四制劑； g、 向所述第四制劑中按照設(shè)計(jì)量加入水玻璃和冶金鐵礦渣混合均勻，然后研磨至粒徑 小于200目，即得到符合要求的土壤巖凝劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3中所述土壤巖凝劑的制備方法中，其特征在于：所述步驟c中當(dāng)鋁 土礦、高嶺土在300°C時(shí)的熱失重速率小于0. 8 % /h時(shí)停止焙燒。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4中所述土壤巖凝劑的制備方法中，其特征在于：所述步驟d當(dāng)錯(cuò)土 礦、高嶺土和粉煤灰混合物浸泡溶液中的金屬離子含量大于6%時(shí)，停止浸泡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4-5中任意一項(xiàng)所述土壤巖凝劑的制備方法中，其特征在于：在步驟b 和步驟c之間，進(jìn)一步還包括步驟bl，所述步驟bl對(duì)步驟b中處理過的凹凸棒石、海泡石、 冶金鐵礦渣、鋁土礦、煤矸石、高嶺土分別進(jìn)行物理提純，使每個(gè)單獨(dú)成分的純度在90 %以 上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6中所述土壤巖凝劑的制備方法中，其特征在于：在所述步驟a中進(jìn) 一步還包括步驟al，所述步驟al將步驟a中脫水后的凹凸棒石、海泡石、冶金鐵礦渣、鋁土 礦、煤矸石、高嶺土分別進(jìn)行破碎，使每個(gè)單獨(dú)成分的粒徑在3cm以下，然后對(duì)所述破碎后 的凹凸棒石、海泡石、冶金鐵礦渣、鋁土礦、煤矸石、高嶺土分別進(jìn)行篩選，去除雜質(zhì)，然后進(jìn) 行步驟b的研磨。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種土壤巖凝劑，包括的組分和各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下：凹凸棒石5～15％；海泡石5～12％；粉煤灰3～48％；赤泥5～37％；冶金鐵礦渣2～30％；鋁土礦3～12％；煤矸石0～17％；高嶺土0～8％；水玻璃0～5％；氫氧化鈉1～3％；磷酸二氫鉀0～4％；尿素0.5～5％。本發(fā)明的有益效果為：通過特定的制備方法處理配方組分，然后根據(jù)不同的土壤類型及其具體理化性質(zhì)設(shè)計(jì)出不同配比的土壤巖凝劑，根據(jù)地球化學(xué)工程學(xué)原理施于工程應(yīng)用，通過改變土壤固有的化學(xué)性質(zhì)，促進(jìn)其物理結(jié)構(gòu)的改善和力學(xué)性能的大幅度提高，達(dá)到工程力學(xué)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的效果。
【IPC分類】C09K17-12, C09K103-00
【公開號(hào)】CN104745197
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510119590
【發(fā)明人】汪雙清, 朱建華
【申請(qǐng)人】朱建華
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月18日