專利名稱：渠系土壤固化劑及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渠系土壤固化劑，尤其是針對(duì)渠系工程高強(qiáng)度、高抗?jié)B、高抗凍、高耐久性等要求而發(fā)明的一種有機(jī)、無(wú)機(jī)材料復(fù)合的新型建筑用土壤固化劑以及該固化劑的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)初一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家在興建道路、港口、機(jī)場(chǎng)等工程中，采用石灰、水泥對(duì)土壤進(jìn)行改良以來(lái)，取得了良好的效果。20世紀(jì)70年代，美、日、德等國(guó)家對(duì)土壤改良技術(shù)進(jìn)行了深層次的開(kāi)發(fā)，技術(shù)水平獲得長(zhǎng)足進(jìn)步，由原來(lái)單一的石灰、水泥、粉煤灰等，發(fā)展到專門(mén)用來(lái)固結(jié)土壤的新材料——土壤固化劑，目前國(guó)外已廣泛使用于道路、土木建筑、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)田水利工程等各個(gè)領(lǐng)域。我國(guó)目前土壤固化技術(shù)基本處于國(guó)外二十世紀(jì)六七十年代的水平，主要沿用單一的石灰、水泥、粉煤灰等作為拌和物。
土壤固化劑是一種可以用來(lái)固化各種類型土壤的特種工程材料，根據(jù)需要加固的土的物理化學(xué)性質(zhì)，摻入一定量的固化劑，經(jīng)機(jī)械或人工拌和、壓實(shí)處理，即可達(dá)到需要的性能指標(biāo)，從而把豐富的土壤資源改良成性能優(yōu)良的工程材料。土壤固化劑是一種區(qū)別于石灰、水泥的特種建筑材料，它與石灰相比，是一種水硬性膠凝材料，在高水狀態(tài)下也能夠使土壤固化；與水泥相比，它不僅能固化一般泥土，還能固化高酸、高堿、高鹽類土壤，能夠解決水泥、石灰等膠凝材料在土壤加固時(shí)無(wú)法解決的一些特殊問(wèn)題，比水泥固化土的性能更為優(yōu)良，具有獨(dú)特的固化效果和廣泛的實(shí)用性。可以用于江河湖泊堤堰護(hù)坡、護(hù)堤、蓄水庫(kù)池工程、輸水工程、軟基處理、淤泥固化、圍海造田等水利工程以及環(huán)境保護(hù)工程。固化土壤成型后具有良好的抗壓、抗?jié)B、抗凍性能，工程造價(jià)低、施工方便、美觀大方等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
目前國(guó)內(nèi)外的土壤固化劑強(qiáng)度較低(7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度一般在2-3MPa左右，我國(guó)高等級(jí)公路基層強(qiáng)度要求4MPa左右)，一般多用于公路基層施工和河道淤泥固化。由于土壤固化體防滲能力很差，幾乎不具備抗凍性，達(dá)不到渠道對(duì)材料耐久性的要求，因此，很少用于渠系施工中。我們借助高性能分散劑、多元復(fù)合材料等新材料、新技術(shù)，開(kāi)發(fā)出具有高強(qiáng)度、高抗?jié)B性、高抗凍性的渠系土壤固化劑(針對(duì)不同種類的土壤有專門(mén)優(yōu)化的固化劑品種，從而形成一個(gè)系列化的產(chǎn)品)，采用該系列固化劑成型的固化體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)15MPa以上，滲透系數(shù)小于10-8cm/s，凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)50次以上，使土壤固化劑的性能指標(biāo)跨上了一個(gè)新的臺(tái)階。
本渠系土壤固化劑主要由44％～60％的硅酸鈣、8％～19％的鋁酸鈣、3％～14％的無(wú)水硫鋁酸鈣、1％～16％的硫酸鹽、2％～14％的氫氧化鈣、0％～3％的氫氧化鈉，以及0.01％～0.09％的萘甲醛縮合物、0.01％～0.06％的木質(zhì)素璜酸鹽、0％～0.0008％的改型松香樹(shù)脂組成。針對(duì)不同的土壤種類、土質(zhì)成分、性能要求，各原料用量在上述范圍內(nèi)變動(dòng)，從而形成一系列的固化劑產(chǎn)品。
例如粘土類固化劑的配制比例為48～54％的硅酸鈣、8～14％的鋁酸鈣、5～8％的無(wú)水硫鋁酸鈣、10～16％的硫酸鈣、1～5％的硫酸鋁、2～6％的氫氧化鈣、1～3％的氫氧化鈉，以及0.06～0.09％的萘甲醛縮合物、0.01～0.04％的木質(zhì)素璜酸鹽、0.0005～0.0008％的改型松香樹(shù)脂。
例如砂土固化劑的配制比例為44～48％的硅酸鈣、13～16％的鋁酸鈣、10～14％的無(wú)水硫鋁酸鈣、15～20％的硫酸鈣、10～14％的氫氧化鈣，以及0.01～0.03％的萘甲醛縮合物、0.03～0.06％的木質(zhì)素璜酸鹽。
例如砂類固化劑的配制比例為55～60％的硅酸鈣、15～19％的鋁酸鈣、3～7％的無(wú)水硫鋁酸鈣、10～16％的硫酸鈣、3～7％的氫氧化鈣，以及0.01～0.03％的萘甲醛縮合物、0.02～0.05％的木質(zhì)素璜酸鹽、0.0001～0.0003％的改型松香樹(shù)脂。
本渠系土壤固化劑的生產(chǎn)方式主要有①以含有上述礦物的天然或化工原料按比例混合，以水泥的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)煅燒、粉磨成產(chǎn)品；②以含有上述礦物的一定細(xì)度的原料直接混合均勻制成。本發(fā)明的細(xì)度要求一般為250～300m2/kg，產(chǎn)品有效期為半年。
鑒于生產(chǎn)方式的不同，其中硅酸鈣、鋁酸鈣、無(wú)水硫鋁酸鈣、氫氧化鈣、氫氧化鈉可由硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥中得來(lái)，亦可通過(guò)煅燒粘土、石灰石、礬土、石膏、明礬石的混合物得來(lái)；硫酸鹽可采用化工產(chǎn)品硫酸鈣、硫酸鋁、硫酸鈉等，亦可通過(guò)粉磨或煅燒天然石膏、明礬石等得來(lái)；氫氧化鈣還可直接采用磨細(xì)生石灰，氫氧化鈉還可直接采用化工原料；
萘甲醛縮合物可采用市售的萘甲醛縮合物類混凝土減水劑；木質(zhì)素璜酸鹽可利用造紙企業(yè)廢液加工而成；改性松香樹(shù)脂可使用市售的工業(yè)品；本發(fā)明的渠系土壤固化劑原料易得，并可根據(jù)不同用戶、不同地段、不同土質(zhì)、不同氣候和地理?xiàng)l件選擇不同配料方案，并采用合理的施工方案，從而提高工程質(zhì)量，降低工程成本。
本渠系土壤固化劑可廣泛適用于水庫(kù)、渠道、水池、大壩等工程基礎(chǔ)處理和護(hù)坡；池塘、河道、湖泊的淤泥固化處理、填海工程、油田泥漿處理；高速公路、高等級(jí)公路、鄉(xiāng)村公路的路基和基層、鐵路路基、沙漠固沙筑路、機(jī)場(chǎng)跑道基礎(chǔ)、體育場(chǎng)館的地面處理等工程；各種建筑地基處理、軟弱和超軟弱地基處理、下水管道基礎(chǔ)處理；港口、碼頭以及垃圾堆場(chǎng)的地基處理等方面。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1針對(duì)低液限粘土CL液限29.11％，塑限16.73％，塑性指數(shù)12.38％，比重2.391g/cm3。
粘土土壤固化劑，主要由52.6％的硅酸鈣、13.8％的鋁酸鈣、7.4％的無(wú)水硫鋁酸鈣、14.2％的硫酸鈣、4.5％的硫酸鋁、5.4％的氫氧化鈣、1.99％的氫氧化鈉，以及0.08％的萘甲醛縮合物、0.03％的木質(zhì)素璜酸鹽、0.0007％的改型松香樹(shù)脂組成。
實(shí)施例2針對(duì)粘土質(zhì)砂SC液限23.12％，塑限5.88％，塑性指數(shù)17.24％，比重2.534g/cm3。
砂土土壤固化劑，主要由47.5％的硅酸鈣、14.7％的鋁酸鈣、12.3％的無(wú)水硫鋁酸鈣、18.7％的硫酸鈣、8.52％的氫氧化鈣，以及0.03％的萘甲醛縮合物、0.05％的木質(zhì)素璜酸鹽組成。
實(shí)施例3針對(duì)砂SW最大干密度1.65g/cm3，最小干密度1.36g/cm3，液限20.86％，塑限1.84％，塑性指數(shù)19.02％，比重2.599g/cm3。。
砂類土壤固化劑，主要由56.2％的硅酸鈣、17.6％的鋁酸鈣、5.8％的無(wú)水硫鋁酸鈣、14.8％的硫酸鈣、5.57％的氫氧化鈣，以及0.02％的萘甲醛縮合物、0.01％的木質(zhì)素璜酸鹽、0.0002％的改型松香樹(shù)脂組成。
采用該系列固化劑成型的各類土質(zhì)的固化體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)15MPa以上，滲透系數(shù)小于10-8cm/s，凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)50次以上。
權(quán)利要求
1.一種渠系土壤固化劑，其特征在于該土壤固化劑由25％～55％的硅酸鈣、2％～20％的鋁酸鈣、1％～15％的無(wú)水硫鋁酸鈣、8％～20％的硫酸鹽、1％～20％的氫氧化鈣、0％～5％的氫氧化鈉，以及0.01％～0.3％的萘甲醛縮合物、0％～0.1％的木質(zhì)素璜酸鹽、0～0.002％的改型松香樹(shù)脂組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤固化劑，其特征在于硅酸鈣、鋁酸鈣、無(wú)水硫鋁酸鈣、氫氧化鈣、氫氧化鈉可由硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥中得來(lái)，亦可通過(guò)煅燒粘土、石灰石、礬土、石膏、明礬石的混合物得來(lái)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤固化劑，其特征在于硫酸鹽可采用化工產(chǎn)品硫酸鈣、硫酸鋁、硫酸鈉，亦可通過(guò)粉磨或煅燒天然石膏、明礬石等得來(lái)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤固化劑，其特征在于萘甲醛縮合物可采用萘甲醛縮合物類混凝土減水劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤固化劑，其特征在于木質(zhì)素璜酸鹽可利用造紙企業(yè)廢液加工而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤固化劑，其特征在于粘土類固化劑的配制比例為48～54％的硅酸鈣、8～14％的鋁酸鈣、5～8％的無(wú)水硫鋁酸鈣、10～16％的硫酸鈣、1～5％的硫酸鋁、2～6％的氫氧化鈣、1～3％的氫氧化鈉，以及0.06～0.09％的萘甲醛縮合物、0.01～0.04％的木質(zhì)素璜酸鹽、0.0005～0.0008％的改型松香樹(shù)脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤固化劑，其特征在于砂土固化劑的配制比例為44～48％的硅酸鈣、13～16％的鋁酸鈣、10～14％的無(wú)水硫鋁酸鈣、15～20％的硫酸鈣、10～14％的氫氧化鈣，以及0.01～0.03％的萘甲醛縮合物、0.03～0.06％的木質(zhì)素璜酸鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤固化劑，其特征在于砂類固化劑的配制比例為55～60％的硅酸鈣、15～19％的鋁酸鈣、3～7％的無(wú)水硫鋁酸鈣、10～16％的硫酸鈣、3～7％的氫氧化鈣，以及0.01～0.03％的萘甲醛縮合物、0.02～0.05％的木質(zhì)素璜酸鹽、0.0001～0.0003％的改型松香樹(shù)脂。
9.生產(chǎn)如權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)渠系土壤固化劑的生產(chǎn)方法，其特征在于所述方法包括步驟a)以含有所述礦物的天然或化工原料按一定比例混合；b)以水泥的生產(chǎn)工藝對(duì)這些礦物進(jìn)行生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)煅燒、粉磨成250～300m2/kg均勻的細(xì)度的產(chǎn)品。
10.生產(chǎn)如權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)渠系土壤固化劑的生產(chǎn)方法，其特征在于所述方法包括步驟a)以含有上述礦物的一定細(xì)度的原料直接按一定比例混合；b)將混合物制成250～300m2/kg均勻的細(xì)度。
全文摘要
渠系土壤固化劑是針對(duì)渠系工程高強(qiáng)度、高抗?jié)B、高抗凍、高耐久性等要求而發(fā)明的一種有機(jī)、無(wú)機(jī)材料復(fù)合的新型建筑材料。渠系土壤固化劑主要由25％～55％的硅酸鈣、2％～20％的鋁酸鈣、1％～15％的無(wú)水硫鋁酸鈣、8％～20％的硫酸鹽、1％～20％的氫氧化鈣、0％～5％的氫氧化鈉，以及0.01％～0.3％的萘甲醛縮合物、0％～0.1％的木質(zhì)素璜酸鹽、0/萬(wàn)～0.2/萬(wàn)的改型松香樹(shù)脂組成。采用該系列固化劑成型的各類土質(zhì)的固化體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)15MPa以上，滲透系數(shù)小于10
文檔編號(hào)E02D3/00GK1670313SQ20051005145
公開(kāi)日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2005年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月7日
發(fā)明者馬鋒玲, 王少江, 魯一暉, 賈金生, 竇鐵生, 何旭東 申請(qǐng)人:中國(guó)水利水電科學(xué)研究院