一种利用土壤固化剂制备固化土的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地基技术领域，尤其涉及一种固化土的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国道路基础设施建设规模的迅速发展，交通量和重载车辆与日俱增，对各 等级道路的路基路面结构的使用性能提出了更高要求。为了保证公路工程质量并降低工程 造价，选择高效的筑路材料至关重要。传统的基层筑路材料一般采用天然砂石料、砂砾料 等，然而，这类资源越来越少，并且建设成本也高，对环境破坏和污染也较大。
[0003] 浙中地区的地质土层多为由流纹岩、凝灰角砾岩风化残积而形成的红粘土。红粘 土具有与一般正常沉积粘性土不同的物理及力学特征，其表现为网纹特征明显，粘粒含量 高，密度低、液塑限高、压实性差等，因而在工程应用中会引发诸多工程危害，如干温缩引起 的收缩裂缝、遇水土体软化易流失，形成不均匀沉降等。现有公路工程中普遍采用水泥、石 灰、粉煤灰等传统土壤固化材料，然而，这存在明显的不足，主要表现在：固化土强度形成缓 慢，早期强度低，影响施工进度；固化土干缩大、易开裂、水稳性差；固化土受土壤类别限制 较大，对塑性指数高的粘土、有机土和盐渍土固化效果差，甚至没有固化作用，因而难以满 足浙中地区工程建设发展的需要。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种适合浙中地区的、可利用施工地的土壤来制备固化 土的方法，该方法具有节约能源、成本较低、对环境破坏和污染较小的优点，可满足工程建 设发展的需要。
[0005] 本发明提供一种利用土壤固化剂制备固化土的方法，其包括以下步骤：
[0006] ⑴提供土壤固化剂，并将所述土壤固化剂用水稀释得到含土壤固化剂的溶液，所 述土壤固化剂为路邦离子土壤固化剂；
[0007] ⑵将所述含土壤固化剂的溶液与土壤混合均匀，得到混合料，其中，所述含土壤固 化剂的溶液中所述土壤固化剂与所述土壤的质量比为1:10000~2:10000,所述土壤为浙 中地区的红粘土；以及
[0008] ⑶对所述混合料进行碾压，得到压实度为96 %~98 %的固化土。
[0009] 其中，所述含土壤固化剂的溶液中所述土壤固化剂与所述土壤的质量比为 1.2:10000 ~1. 6:10000。
[0010] 其中，所述含土壤固化剂的溶液中所述土壤固化剂与所述土壤的质量比为 1.4:10000。
[0011] 其中，所述土壤固化剂为路邦EN-1离子土壤固化剂。
[0012] 其中，所述含土壤固化剂的溶液中所述土壤固化剂与水的体积比为1:100~ 1:400〇
[0013] 其中，所述含土壤固化剂的溶液中所述土壤固化剂与水的体积比为1:300。
[0014] 与现有技术相比较，本发明所述利用土壤固化剂制备固化土的方法具有以下优 点：由于土壤固化剂具有"亲水头"和"疏水尾"，并且选择所述土壤固化剂与土壤的质量比 为1:10000~2:10000这一特定的质量比，因而所述土壤固化剂可与红粘土中大部分的粘 土颗粒表面吸附的阳离子发生离子交换反应，减小了土壤颗粒表面的固定层和扩散层的总 体厚度，使颗粒表面结合水膜变薄，从而引起粘土颗粒之间的引力增加，斥力减小，进而促 使粘土颗粒聚集、凝结而形成更大的颗粒，因此，固化土变得更密实，固化土的力学强度提 高。在这一过程中，粘土矿物晶格结构并没有解体破坏。该方法可快速将土壤经过土壤固 化剂的处理后而得到符合工程的要求的固化土，效率较高，还具有节约能源、成本较低、对 环境破坏和污染较小的优点，并可满足工程建设发展的需要。
[0015] 由于土壤固化剂与水的体积比为1:100~1:400,使得所述含土壤固化剂的溶液 具有合适的粘度，能够较好的向土壤的内部扩散和渗透。
[0016] 优选的，所述含土壤固化剂的溶液中所述土壤固化剂与所述土壤的质量比为 1. 2:10000~1. 6:10000。更优选的，所述含土壤固化剂的溶液中所述土壤固化剂与所述土 壤的质量比为1.4:10000,此时，得到的固化土的塑性指数降至最低，无侧限抗压强度达到 最大。
【附图说明】
[0017] 图1为不同土壤固化剂与土壤的质量比下混合料的塑性指数的测试结果（其中， 横坐标土壤固化剂掺量是指土壤固化剂与土壤的质量比）。
[0018] 图2为不同土壤固化剂与土壤的质量比下固化土的无侧限抗压强度测试结果（其 中，横坐标土壤固化剂掺量是指土壤固化剂与土壤的质量比）。
[0019] 图3A至3G依次为土壤固化剂与土壤的质量比为1:10000、1. 2:10000、1. 4:10000、 1. 6:10000、1. 8:10000、2:10000的固化土的扫描电镜照片（放大倍数为10000倍）。
[0020] 图4为不同土壤固化剂与土壤的质量比下固化土的X-射线衍射图谱（其中曲线a 为原样的土壤，曲线b至g依次对应于土壤固化剂与土壤的质量比为1:10000、1. 2:10000、 1.4:10000、1. 6:10000、1. 8:10000、2:10000)〇
[0021] 图5为对比组1和第3组的混合料以不同的压实度制得固化土的抗压强度测试结 果。
[0022] 如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0023] 以下将结合附图对本发明提供的利用土壤固化剂制备固化土的方法作进一步说 明。
[0024] 本发明提供一种利用土壤固化剂制备固化土的方法；该方法包括以下步骤：
[0025] ⑴提供土壤固化剂，并将所述土壤固化剂用水稀释得到含土壤固化剂的溶液，所 述土壤固化剂为路邦离子土壤固化剂；
[0026] ⑵将所述含土壤固化剂的溶液与土壤混合均匀，得到混合料，其中，所述含土壤固 化剂的溶液中所述土壤固化剂与所述土壤的质量比为1:10000~2:10000,所述土壤为浙 中地区的红粘土；以及
[0027] ⑶对所述混合料进行碾压，得到压实度为96%~98%的固化土。
[0028] 在步骤⑴中，所述土壤固化剂为市售的路邦离子土壤固化剂。该路邦离子土壤固 化剂为阴离子型表面活性剂。具体的，所述土壤固化剂为一种磺化油树脂，其由一种磺酸的 有机化合物（RS03H)的"亲水头"及一个由碳及氢的原子组成的"疏水尾"所构成。所述土 壤固化剂易溶于水，在水中能离解出带正电荷的阳离子（如〇 &2+、1%2+^&+、1(+等）和阴离子 (如Cl'SO广、N<V等）。该土壤固化剂与水的体积比可为1:100~1:400, 一方面使得所述 含土壤固化剂的溶液具有合适的粘度，能够较好的向土壤的内部扩散和渗透；另一方面也 为了方便在步骤⑵中取适量的含土壤固化剂的溶液。优选的，土壤固化剂与水的体积比为 1:300,从而该得到的含土壤固化剂的溶液具有最佳的粘度，以避免当土壤固化剂的浓度过 低时，离解出来的阳离子的量不足导致离子交换反应不充分，加固土壤的效果较差；以及当 土壤固化剂的浓度过高时，粘度较大而在粘土颗粒中扩散和渗透的时间较长，减缓作业进 度的情形。本发明中，采用的是路邦EN-1离子土壤固化剂，该土壤固化剂与水的体积比为 1:300〇
[0029] 在步骤⑵中，所述含土壤固化剂的溶液与土壤混合时，所述含土壤固化剂的溶液 的体积根据所述土壤的质量以及所述含土壤固化剂的溶液中土壤固化剂的浓度而定，只要 使得土壤固化剂与所述土壤的质量比为1:10000~2:10000即可，以保证有足够量的土壤 固化剂而可与大部分的粘土颗粒表面吸附的阳离子发生离子交换反应。具体的，当所述 土壤固化剂分散于水中时，"亲水头"（rso3h)这部分发生离解而产生一个[so3]2-离子，当 [so3]2-的一个氧原子与粘土颗粒上的金属阳离子相结合时，土壤固化剂便占据了粘土颗粒 表面上的一个阳离子空位；赶走了吸附在粘土颗粒扩散层表面上的部分阳离子，此时土壤 固化剂被吸附在粘土颗粒表面。另外，"亲水头"还可通过[so3]h中硫原子联结到分子尾 部的"疏水尾"上，土壤固化剂的"疏水尾"围绕着粘土颗粒表面形成了 一个油性层，"疏水 尾"对粘土颗粒表面上的水有一定的排挤作用，即土壤固化剂具有减小颗粒表面的结合水 膜的厚度的能力。在上述两种因素的共同作用下，所述土壤固化剂的加入减小了粘土颗粒 表面的固定层和扩散层的总体厚度，使颗粒表面结合水膜变薄，从而引起粘土颗粒之间的 引力增加，斥力减小，进而促使粘土颗粒聚集、凝结而形成更大的颗粒，因此，固化土变得更 密实，固化土的力学强度提高。
[0030] 将原样的土壤为对照组1 ;而将加入土壤固化剂的土壤为第1至6组，其中土壤 固化剂与 土壤的质量比依次为 1:10000、1. 2:10000、1. 4:10000、1. 6:10000、1. 8:10000、 2:10000。具体的，将含土壤固化剂的溶液洒入土壤中，拌和均匀后得到混合料盛入塑料袋 中，在松散状态下密封养护24小时。对对照组1的原样的土壤和第1~6组的混合料分别 测试其液限、塑限和塑性指数。结果请参阅下表1和图1。
[0031] 表1第1~6组的混合料及对照组1原样的土壤的液限、塑限和塑性指数测试结 果（交底中表4-5)
【主权项】
1. 一种利用土壤固化剂制备固化土的方法，其特征在于，其包括以下步骤： ⑴提供土壤固化剂，并将所述土壤固化剂用水稀释得到含土壤固化剂的溶液，所述土 壤固化剂为路邦离子土壤固化剂； ⑵将所述含土壤固化剂的溶液与土壤混合均匀，得到混合料，其中，所述含土壤固化剂 的溶液中所述土壤固化剂与所述土壤的质量比为1:10000~2:10000,所述土壤为浙中地 区的红粘土；以及 ⑶对所述混合料进行碾压，得到压实度为96%~98%的固化土。
2. 如权利要求1所述的利用土壤固化剂制备固化土的方法，其特征在于，所述含土壤 固化剂的溶液中所述土壤固化剂与所述土壤的质量比为1. 2:10000~1. 6:10000。
3. 如权利要求2所述的利用土壤固化剂制备固化土的方法，所述含土壤固化剂的溶液 中所述土壤固化剂与所述土壤的质量比为1. 4:10000。
4. 如权利要求1所述的利用土壤固化剂制备固化土的方法，其特征在于，所述土壤固 化剂为路邦EN-I离子土壤固化剂。
5. 如权利要求1所述的利用土壤固化剂制备固化土的方法，其特征在于，所述含土壤 固化剂的溶液中所述土壤固化剂与水的体积比为1:100~1:400。
6. 如权利要求5所述的利用土壤固化剂制备固化土的方法，其特征在于，所述含土壤 固化剂的溶液中所述土壤固化剂与水的体积比为1:300。
【专利摘要】本发明提供一种利用土壤固化剂制备固化土的方法，其包括以下步骤：⑴提供土壤固化剂，并将所述土壤固化剂用水稀释得到含土壤固化剂的溶液，所述土壤固化剂为路邦离子土壤固化剂；⑵将所述含土壤固化剂的溶液与土壤混合均匀，得到混合料，其中，所述含土壤固化剂的溶液中所述土壤固化剂与所述土壤的质量比为1:10000～2:10000，所述土壤为浙中地区的红粘土；以及⑶对所述混合料进行碾压，得到压实度为96％～98％的固化土。
【IPC分类】E01C21-00, C09K17-18, E02D3-12, C09K103-00
【公开号】CN104805826
【申请号】CN201510162761
【发明人】邱欣, 吴金洪, 杨青, 罗小花, 胡永举
【申请人】浙江师范大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月8日