一种土壤硬化稳定剂及土壤硬化稳定方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及土壤硬化稳定领域，具体是一种土壤硬化稳定剂及土壤硬化稳定方 法。
【背景技术】
[0002] 在工程实际中，很多天然地基并不能满足施工要求，施工中会遇到很多软土地地 基甚至淤泥地基，这类地基具有承载力低，强度增长缓慢，加荷后易变形且不均匀，变形速 率大且稳定时间长，具有渗透性小、触变性及流变性大的特点。如果处理不当将会严重影响 道路性能，主要表现为，路基不均匀沉陷导致路面结构破坏，因此软土地基的处理一直是困 扰工程建设的一个难题。
[0003] 目前国内大规模处理软土地基的办法是对土壤进行硬化稳定处理，来改变土壤的 组成，改变土体的工程性质，从而达到提高土质强度、改善土质压实性的目的。处理后的土 壤具有高强度、低渗透性的优点，被大量应用于国家高速公路、机场、海堤、港口、码头、水利 防渗等工程项目。现有的土壤硬化稳定技术主要可以分为物理法、化学法、生物酶生化法、 水泥砼凝固硬化稳定技术等等。
[0004] 物理法:在各种粉碎或原来松散的土(包括各种粗、中、细粒土）中，掺入一定数量 的无机结合料(如石灰、水泥、工业废渣)及水，经拌合得到的混合料，经过压实、养生后，具 有一定强度和稳定性，称无机结合料稳定土(半刚性材料）。根据材料不同硬化稳定土技术 又可分为:水泥类、石灰类、工业废渣类、碎石粘土。其技术原理为，初期通过离子交换，压实 作用；中后期自身硬化作用，火山灰反应原理，达到硬化稳定土的效果。
[0005] 化学法:如二灰碎石掺加硫酸钠、土壤中拌合粉煤灰、加一定量的激发剂等胶凝材 料，火山灰反应，压实等程序达到硬化稳定土效果。
[0006] 生物酶生化法:如在各种粉碎或原来松散的土中加入生物酶剂和扩散剂，击实达 到硬化稳定土效果。
[0007] 在过去硬化稳定土流程中，不管是物理法、化学法、生物酶生化法，都离不开石灰 类、碎石、粘土、大量水泥等材料，这些材料的来源，都离不开以破坏生态为代价，需要开山 炸石、挖土填方、运输耗能、排放二氧化碳、加重空气污染，从而使道路基础建设与生态资源 环境之间的矛盾日益凸显。
[0008] 然而，二十一世纪我们倡导的是节能减排，保护环境和节约资源是我国的基本国 策。我国的基础设施建设每年都要消耗大量的不可再生资源，矿产资源开采的回收率很低， 损失浪费严重。由于人为的不合理开发、利用而引起的生态环境退化和生态系统的严重失 衡，对生态环境的影响极为显著。铁路、公路等建设，大量开山取石、往往破坏地貌和植被， 铺路搭桥中，由于管理和运作不善，造成新的水土流失。生态危机的后果比战争更危险，对 于地球及地球上所有的生命具有毁灭性的影响。历史的经验说明，一个国家可以从战争的 创伤中恢复起来，如第二次世界大战后的德国和日本;但是没有一个国家可以从被破坏的 自然环境中迅速崛起。只有实现节能减排目标，我们国家才能实现经济的可持续发展。故现 有技术的土壤硬化稳定方法及试剂均以牺牲环境资源为代价，与我国的可持续发展战略相 悖。
[0009] 除此之外，现有技术的土壤硬化方法及固化剂还普遍存在以下问题：
[0010] 施工工艺繁琐：由于现有技术稳定剂及硬化方法对周围环境影响较大，且对于所 处理土壤的要求较为苛刻，故在周围环境的处理、土壤的选择及预处理等方面需要复杂的 工艺来配合，使现有技术的土壤硬化稳定施工的工序繁琐，例如:在土方施工的前期准备工 作中，承包商就需要在工程师指定的区域内，对现存的灌木丛、树木和长草区的保护和日常 维护。又例如:在进行原有沟渠改道的施工中，需要清除所有的有机物和松软的沉积物，再 用合格的稳定土予以回填。
[0011] 施工成本高：由于我国国内土壤固化剂生产厂家很少，只有北京、天津几家生产单 位，大量靠从美国、日本、澳大利亚进口，使得稳定剂的价格较为昂贵。同时，由于在现有技 术的施工过程中，稳定剂的使用量通常较大，也使得施工成本倍增。
[0012] 对土壤含水量要求高:现有技术的稳定剂多依赖土壤的颗粒度和含水量，对土壤 的最佳含水量要求较高，当遇到含水量高且富含有机质的土壤时，往往硬化稳定效果较差， 施工时难以压实。如果遇到土壤含水量过大的情况，现有技术的处理方法一般考虑将土摊 开晾晒，待接近最佳含水量时再进行碾压，否则将出现因含水量过大碾压达不到标准或出 现软弹现象，难以通过碾压达到到标准，故使得工期拖长。
[0013] 耐水性不佳:现有技术的土壤稳定剂的性能欠佳，尤其是水剂，在进行土壤硬化稳 定处理后如果遇到长时间的雨水浸泡，则容易出现松散失效，无法固结地基土壤的情况。
[0014] 综上所述，随着我国工程建设步伐的逐步加快，亟需一种性价比更佳的环境友好 型土壤硬化稳定药剂。
【发明内容】
[0015] 本发明的目的在于提供一种土壤硬化稳定剂及使用方法，它即能实现节能减排， 又能减少工序、节约成本，且对土壤的硬化效果显著，防水和节水性好，适合普及推广应用。
[0016] 本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
[0017] 一种土壤硬化稳定剂，是由以下重量份的原料混合制得:氧化钙4~10份，三氧化 二铝2~9份，氧化硅2~7份，浓硫酸6~16份，含铁制剂13~34份，含镁制剂7~15份，二氯甲 烷1~7份，萘磺酸钠盐甲醛缩合物2~9份。
[0018] 所述含铁制剂包括硫酸亚铁、硫化亚铁、氧化铁、三氧化二铁中的一种或几种。
[0019] 所述含镁制剂包括硫酸镁、氯化镁、硝酸镁中的一种或几种。
[0020] 作为进一步的优选方案，一种土壤硬化稳定剂是由以下重量份的原料混合制得： 氧化钙4~10份，三氧化二铝2~9份，氧化硅2~7份，98%的浓硫酸6~16份，硫酸亚铁10~ 20份，硫化亚铁3~14份，硫酸镁7~15份，二氯甲烷1~7份，萘磺酸钠盐甲醛缩合物2~9份。
[0021] 使用所述一种土壤硬化稳定剂进行土壤硬化稳定的施工方法，包括以下步骤：
[0022] 步骤1: 土壤预处理:对需要硬化区域的土壤进行深翻、旋耕；
[0023] 步骤2:药剂的施加：如果土壤的干密度小于1.8g/cm3，就地取土，将权利要求1~4 任一项所述一种土壤硬化稳定剂按重量比0.14%。~0.2%。与土壤混勾，并布土摊铺；
[0024] 步骤3:硬化施工:依照平路一撒布水泥一拌合水泥与土壤一压实一养生的流程进 行施工。
[0025]在处理含水量过大的土壤时，步骤3的硬化施工流程为:平整路面一每立方米路基 泥土中，撒布并拌合125kg42.5ρ. 〇水泥和80kg粉煤灰一压实一养生。
[0026]作为一种优选方案，所述的土壤硬化稳定的施工方法包括以下步骤：
[0027]步骤1: 土壤预处理:对需要硬化区域的土壤进行深翻、旋耕；
[0028] 步骤2:药剂的施加：如果土壤的干密度小于1.8g/cm3，就地取土，将权利要求1~4 任一项所述一种土壤硬化稳定剂按重量比0.147%。与土壤混匀，并按规定厚度回填布土摊 铺；
[0029]步骤3:硬化施工:对布土区域进行整平，并在其上撒布水泥，将水泥与土壤拌合均 匀后，喷洒权利要求1~4任一项所述一种土壤硬化稳定剂的5~10倍稀释液，并与土壤拌合 均匀，再进行压实、养生。
[0030] 处理后的土壤环境质量符合和满足中国《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二 级标准要求。
[0031] 对比现有技术，本发明的有益效果在于：
[0032] 1、本发明区别现有技术的缺陷，配方仅含有比例极低的的氧化钙，且在施工过程 中避免使用大量的水泥，从而摆脱了现有技术在土壤硬化稳定过程中对于石灰类、随时、粘 土、大量水泥等矿产资源的过度依赖，减少传统材料开采、加工、存放等环节占用和破坏的 土地，减少石灰、水泥生产时所消耗的大量石灰石和煤炭资源，从而减少CO 2的排放量，解决 了基础建设与生态环境资源之间的矛盾，实现了加强环境保护，遏制破坏生态事件的高发 态势，加强生态保护重点领域环境风险防控的目的，达到了《国家环境保护"十二五"规划》 中要求，符合我国节能减排，保护环境和节约资源的基本国策。
[0033] 2、本发明含有多种组分，通过激发土粒活性、胶结、离子交换作用，增强土粒间的 吸附力，减少孔隙，使土粒中的吸附水排出，土体含水量降低，使粘土由亲水性变为厌水性， 并永久改变粘土的亲水性。碾压后形成致密土体，强度可提高40%~60%。经过本发明处理 过的路基，压实度可以超过100%，根据无侧限抗压强度试验结果，7d路基的平均表观密度 为2293kg/m3，抗压强度为3.07MPa。硬化稳定土壤环境质量完全满足、符合中国《土壤环境 质量标准》(GB15618-1995)二级标准要求，土壤的硬化稳定效果显著且环境适应能力强，环 境温度在一 25°C~40°C条件下对本发明所述一种土壤硬化稳定剂几乎没有影响，硬化稳定 土层经冻胀实验，达到或超过国家《土工试验方法标准》GB/T50123-1999。且各类土壤均可 采用，可广泛用于路基、坪基，垃圾处理、危险废物防渗底衬、基础加固等领域。
[0034] 3、本法明的显著优势在于就地取土、用量较少、流程简单:本发明在土方施工中就 地取土，不会对周边造成不良影响，故省去了在场地清理环节中对周围指定区域的大量维 护工作。且土分布广泛、廉价，就地取材与传统的基层材料相比可降低成本40-50%。取土后 仅加入土壤重量比的万分之1.4~2即可实现理想的固化效果，将土固结成板体，用做路面 基层、场地基层等等。用量较少有助于降低施工成本。此外，本发明施工的流程较现有技术 做出显著优化精简，大大节约了劳动力，提高施工效率，是一种