一種道路用固化劑及基層固化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種道路用固化劑及基層固化方法，屬于道路及建筑施工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]道路用固化劑是在道路施工過程中使散碎狀的泥土固結(jié)為具有一定強(qiáng)度的整體性固體物質(zhì)的添加物質(zhì)。傳統(tǒng)的固化技術(shù)分為物理固化和化學(xué)固化兩種。物理固化是不使用任何外摻材料而使泥土性質(zhì)得到改善，達(dá)到穩(wěn)定固化目的的方法，例如利用相應(yīng)的設(shè)備將泥土壓實來減少泥土的孔隙體積，由不同的泥土類型混合等等。導(dǎo)致泥土穩(wěn)定固化的實際物理變化包括蒸發(fā)、溫度變化、吸附等，例如瀝青乳液固化時主要的物理變化是蒸發(fā)變干，拌入泥土中的熱瀝青凝固時主要的物理變化是溫度降低即溫度變化，將各種低稠度的瀝青、煤瀝青或瀝青乳液、焦油等物質(zhì)，與天然狀態(tài)的泥土拌合，通過瀝青與顆粒之間的裹覆和粘附，以及而后在自然因素作用下瀝青的稠化過程，減小土粒的吸水性，提高泥土的穩(wěn)定性?；瘜W(xué)固化方法是將某種化學(xué)添加物質(zhì)即固化類材料均與拌入待固化的泥土中，借助固化類材料與泥土之間或固化類材料自身的物理化學(xué)作用來改善土壤的組成和結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到加固的目的。到目前為止，用于固化的主要化學(xué)反應(yīng)包括水化，離子交換，沉淀作用，聚合以及氧化，水化主要利用無機(jī)結(jié)合料自身與水結(jié)合成水合物，以及結(jié)合料與土之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成凝膠狀水化物，最終形成網(wǎng)狀結(jié)晶，把土粒和土的微團(tuán)粒粘結(jié)和硬化。離子交換是利用離子在固相介質(zhì)與溶液之間的交換以改變土粒的吸附絡(luò)合物，例如鹽溶液加固土，通過離子交換、降低溶液壓力，降低冰點和提高表面張力等，使土的結(jié)構(gòu)得到改善，粘聚力得到提高和穩(wěn)定，抗凍性有所改善。沉淀作用是指由于環(huán)境的變化引起溶質(zhì)的溶解度降低，造成固體凝聚物，或溶液中某種組分濃度增加，達(dá)到飽和而析出的作用。聚合是在某些條件下，集中簡單的化合物相互作用產(chǎn)生新的大分子化合物，這種化合物起到一種穩(wěn)定劑的作用，例如高分子樹脂加固土是通過單體在土中發(fā)生聚合反應(yīng)形成高強(qiáng)度穩(wěn)定的高聚物，與土粒之間以物理化學(xué)相互作用而構(gòu)成堅強(qiáng)穩(wěn)定的集合。集合是加入水泥或其他具有火山灰活性的物質(zhì)，通過水泥水化和火山灰作用，生成具有凝聚作用的物質(zhì)，使土粒之間的連接增強(qiáng)，并提高土體的密實度，通過離子交換，形成吸附交換離子的微集料結(jié)構(gòu)，使土塑性下降，內(nèi)摩擦力增加，提高泥土的穩(wěn)定性。現(xiàn)有技術(shù)中的固化劑強(qiáng)度低，干縮大，易開裂，并且其性質(zhì)受土質(zhì)影響較大，對塑性指數(shù)高的粘土、有機(jī)土和鹽漬土固化效果差甚至無固化作用，不利于道路及建筑施工的正常進(jìn)行。因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)適用的新型道路用固化劑及基層固化方法成為研究的熱點。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中已有多種固化劑，例如文獻(xiàn)CN101812300A公開了一種巖土固化劑，所述巖土固化劑按其重量百分比計包括如下成份:第一金屬鹽10%?30% ;第二金屬鹽5%?10% ;水20%?40% ;酸10%?20% ;早強(qiáng)劑1%?5% ;減水劑2%?10% ?’分散劑0.2%?1% ;氟碳表面活性劑和聚羧酸型表面活性劑1%?11%。所述酸為濃硫酸或者濃鹽酸或者甲酸，所述第一金屬鹽為含一價金屬離子的金屬鹽，所述第二金屬鹽為含二價或者三價金屬離子的金屬鹽；所述第一金屬鹽為硫酸鉀或者硫酸鈉或者氯化鉀或者氯化鈉，所述第二金屬鹽為硫酸亞鐵或者三氯化鐵或者硫酸鋅或者氯化鋅；所述早強(qiáng)劑為三乙醇胺或者三乙丙醇胺；所述減水劑為萘系高效減水劑或者脂肪族高效減水劑或者氨基超速高性能減水劑或者減水激發(fā)劑或者普糖糖酸鈉或者木質(zhì)素磺酸鈉或者木質(zhì)素磺酸鈣；所述分散劑為十二烷基硫酸鈉或者聚乙烯醇或者六偏磷酸鈉；所述氟碳表面活性劑為杜邦公司FSN的系列氟碳表面活性劑或者杜邦公司的FSO系列氟碳表面活性劑或者3M公司的FC系列氟碳表面活性劑，所述聚羧酸型表面活性劑為TH-928聚羧酸系高性能減水劑。該巖土固化劑的制造方法，包括以下步驟:在反應(yīng)裝置中按重量百分比加入20%?50%的水；將按重量百分比為10 %?30 %的第一金屬鹽和5 %?10 %的第二金屬鹽依次加入反應(yīng)裝置，并進(jìn)行第一次攪拌；將按重量百分比為10%?20%的酸緩慢加入反應(yīng)裝置，并進(jìn)行第二次攪拌；將按重量百分比為1%?5%的早強(qiáng)劑、2%?10%的減水劑、0.2%?1%的分散劑和1%?11%的氟碳表面活性劑和聚羧酸型表面活性劑依次加入反應(yīng)裝置，并進(jìn)行第三次攪拌，即可制得巖土固化劑。所述第一次攪拌的時間為20分鐘?40分鐘；所述第二次攪拌的時間為20分鐘?40分鐘；所述第三次攪拌的時間為1小時?3小時。
[0004]文獻(xiàn)CN 104817297A也公開了一種巖土固化劑，包括以下原料組分及重量份:氟石膏粉35?45份；硫酸鋅15?20份；聚酯樹脂粉3?7份；酸20?30份；甲苯8?15份；早強(qiáng)劑1?3份；十二烷基磺酸鈉3?7份；木質(zhì)素磺酸鹽2?5份；所述酸為濃硫酸；所述早強(qiáng)劑選自三乙醇胺、氯化鈣、氯化鈉、乙酸和乙酸鹽中的一種或多種；所述三乙醇胺與乙酸的質(zhì)量比為3:1?1.5 ;所述三乙醇胺與乙酸鹽的質(zhì)量比為3:1?1.5。
[0005]但是以上現(xiàn)有技術(shù)均沒有解決現(xiàn)有技術(shù)中的固化劑強(qiáng)度低，干縮大，易開裂，并且其性質(zhì)受土質(zhì)影響較大，對塑性指數(shù)高的粘土、有機(jī)土和鹽漬土固化效果差甚至無固化作用的技術(shù)問題，不能滿足道路施工的綜合要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了解決上述問題，提供一種新型的道路用固化劑。
[0007]本發(fā)明所述的道路用固化劑包括以下成分:按重量百分比計，水泥10% -15%,石灰1% -5%，粉煤灰2% -3%，石膏2% -3%，煤矸石1% -2%，沸石1% -2%，磺化油3% -15%,磷酸鹽1 % -2%，苛性堿1 % -2%，高錳酸鉀1 % -2%，氯化鈉2% -4%，碳酸鈉2% -4%，碳酸鈣2% -3%，硅粉2% -3%，瀝青1% -2%，水玻璃5% _10%，聚丙烯酰胺1% _2%，聚丙烯酸1% -2%，硫酸鎂1% _2%，碳酸鈣1% -2%，焦油?% -10%，環(huán)氧樹脂0.1% -1%，糠醛苯胺0.6% _1%，丙烯酸鈣0.3% -1%和羧甲基纖維素0.5% -2%,
[0008]該固化劑在使用時加入水；
[0009]所述的水泥，石灰，粉煤灰和石膏在水的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成凝膠狀的水化物，包括水化硅酸鈣，水化鋁酸鈣以及氫氧化鈣，包圍泥土顆粒，硬化形成骨架，與泥土顆粒作用生成絡(luò)合物，形成相互連接的穩(wěn)定的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土粒之間的粘結(jié)強(qiáng)度和穩(wěn)定性；
[0010]所述的磺化油用水稀釋后，產(chǎn)生離子作用，使溶液呈現(xiàn)導(dǎo)電性，與泥土混合后，與泥土顆粒表面吸附的活性陽離子進(jìn)行交換，破壞泥土顆粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)，降低泥土表面與水的化學(xué)作用力，使粘土顆粒中的吸附水游離出來，轉(zhuǎn)化為自由水排出，將泥土的親水性永久轉(zhuǎn)變?yōu)樵魉?，在壓力作用下使得泥土形成穩(wěn)定的整體板塊；
[0011]所述的固化劑與土混合作用后產(chǎn)生含32個結(jié)晶水的鈣礬石針狀結(jié)晶體，將土中的自由水以結(jié)晶水的形式固定下來；
[0012]所述的苛性堿，高錳酸鉀，氯化鈉，碳酸鈉和碳酸鈣用于激發(fā)固化劑的早期活性，參與反應(yīng)生成具有膠凝性的成分，起膠結(jié)作用以密實混合料結(jié)構(gòu)；
[0013]所述的硅粉與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，提高凈漿強(qiáng)度，填充水泥顆粒間的孔隙，降低水灰化；
[0014]所述的瀝青包括地瀝青和焦油瀝青，瀝青與土粒之間發(fā)生物理-化學(xué)吸附反應(yīng)，在土粒周圍形成瀝青薄膜并構(gòu)成穩(wěn)定的凝聚結(jié)構(gòu)，降低土粒表面自由能，瀝青中的瀝青酸與土粒表面的陽離子相互作用，生成穩(wěn)定的有機(jī)酸鹽，在土粒表面形成憎水層；
[0015]所述的水玻璃與土中的金屬離子或PH值低于9的孔隙水生成硅酸鈣以及硅膠顆粒，填塞土粒之間的孔隙，提高土體強(qiáng)度，而且水玻璃與土粒之間發(fā)生化學(xué)膠結(jié)作用，與水泥水解產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)硬生成水化硅酸鈣凝膠體；
[0016]所述的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸作為激發(fā)劑，用于激發(fā)泥土的潛在活性；
[0017]所述的硫酸鎂和碳酸鈣用于提高泥土孔隙中的鈣鎂陽離子濃度，使土粒表面的電位降低，縮短土粒之間的距離，使水化膜楔入作用力減小，結(jié)構(gòu)連接進(jìn)入分子間相互作用力范疇，促進(jìn)土粒之間凝聚；同時鈣鎂陽離子填入泥土中的礦物層間的六角網(wǎng)眼中，加強(qiáng)層間連接，促進(jìn)泥土固化；
[0018]所述的焦油，環(huán)氧樹脂，糠醛苯胺，丙烯酸鈣和羧甲基纖維素在土中發(fā)生聚合反應(yīng)，形成網(wǎng)狀的空間結(jié)構(gòu)，填充土中孔隙，并利用聚合物交聯(lián)形成立體結(jié)構(gòu)包裹和膠結(jié)土粒，使其表面產(chǎn)生吸附作用，提高土體強(qiáng)度。
[0019]所述的粉煤灰的粒徑介于0.005mm-0.100mm之間，密度介于1.9-2.9克/立方厘米之間，堆積密度介于0.531-1.261克/立方厘米之間，密實度介于25.6% -47.0%之間，比表面積介于0.8-19.5平方米/克之間。
[0020]所述的硅粉的平均粒度為0.15-0.20微米，耐火度大于1600°C，容重介于200-250千克/立方厘米，比表面積介于15000-20000平方米/千克之間。
[0021]所述水玻璃的水玻璃模數(shù)介于1.5-3.5之間。
[0022]所述的固化