一种用于盐渍淤泥土壤硬化的固化剂及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于盐渍淤泥土壤硬化的固化剂及其应用，该固化剂由高铝水泥、碳酸钙、滑石粉、减水剂、石灰、含硫混合物和β-萘磺酸甲醛钠盐缩合物混合制得；将该固化剂与盐渍土混匀充分反应后，压实成型，养护7～28天后即实现对盐渍土的改性硬化；本发明固化剂固化后的盐渍土的无侧限抗压强度可达7.9MPa，远超标准底线3.2MPa，且其强度提升的空间将非常大，可达9～10MPa，同时在水稳定、抗腐蚀和耐高强度等性能方面，都表现出了明显的独特性与优越性；该固化剂可对盐渍土淤泥就地改性硬化处理，解决了盐场盐田、海滩高盐含量淤泥土壤的硬化难题，具有很大的经济效益和社会效益。
【专利说明】—种用于盐渍淤泥土壤硬化的固化剂及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于盐溃淤泥的高效土壤固化剂，具体涉及一种用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂及其应用。
【背景技术】
[0002]目前，国内外用于非盐溃土的土壤固化剂种类繁多，新型土壤固化剂的研发也是日新月异，因为运用的领域不同，所采用的固化剂类型也大都差别很大，有的对其无侧限抗压强度要求较高，如筑路工程；有的对其抗冻性有特殊要求，如东北、西北等严寒地区的项目建设；有的需要长时间浸泡在水流环境下，如各地区水利工程施工；还有的对其耐酸、碱、盐等化学品的腐蚀有显著的效果，如石油、化工、医药厂区、沿海建设等等。
[0003]但是针对盐溃淤泥土，特别是含盐量较高的盐溃淤泥土的固化剂并不多见，如分布在我国西北内陆盐湖地区的盐溃土，又或者东部沿海的山东、江苏、福建的高盐土，在目前国家提倡大力发展海洋装备业和沿海经济下，就迫切需要填海造地、建港口码头、大搞沿海工业园区建设。但填海造地形成的大量淤泥质土壤不能直接用作场地回填土和建设场地地基土，必须进行清理或改性硬化处理。而江浙沿海一带的盐田、海滩，地表下盐溃淤泥深达15-20米，这样一来，按传统的淤泥处理方法费用将会很大，经济效益也低，效果亦不理想。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明通过对江浙沿海的土壤进行了有效的分析，研发出一种新型的既经济又环保的适用于盐溃土的土壤固化剂，采用物理化学反应，改善土壤的物理力学性质，既要达到一定的抗压强度，又要耐盐类的腐蚀，并且使其水稳定性优良，可解决土壤淤泥清理和地基硬化的难题，以满足沿海及高含盐量盐溃土地方的土木工程建设。
[0005]本发明的目的在于提供一种用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂的应用。
[0007]本发明所采取的技术方案是:
一种用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂，其由以下质量份数的原料制成:
闻招水泥0.8~1.2份，
碳酸?丐0.3~0.4份，
滑石粉0.2~0.3份，
减水剂0.1~0.2份，
石灰6~7份，
含硫混合物0.2~0.3份；
β -萘磺酸甲醛钠盐缩合物O~0.1份。
[0008]进一步的，上述石灰选自为生石灰粉。
[0009]进一步的，上述含硫混合物为硫化钙、硫酸钙和硫酸镁的混合物。[0010]一种盐溃淤泥土壤硬化处理的方法，其特征在于:包括以下步骤:
1)将上述的固化剂和盐溃土混匀，固化剂与盐溃土的质量比为1: (10~15)，调整用水量至混合料的含水率为10~20% ；
2)使I)中的固化剂与盐溃土充分反应8~IOh；
3)将2)中充分反应后的混合物，压实成型，压实程度达到该土壤混合料的最大干密度，放置7~28天，即可。
[0011]本发明的有益效果是:
I)在本发明的新型固化剂对盐溃土固化的实验中，7天无侧限抗压强度达到4.8MPa、
5.lMPa、7.9MPa，远超设计时的标准底线3.2MPa，并且只要养护得当，其强度提升的空间将非常大，可达9~lOMPa，同时，并不影响它的抗盐类的腐蚀性及抗水的溶解性；因此，在水稳定性能、抗腐蚀性能和耐高强度性能方面，此固化剂都表现出了它的独特性与优越性，在同条件下，其参比性大大高于高铝水泥和市场上的大多数土壤固化剂。
[0012]2)本发明的新型固化剂，可成功固化高含盐量盐溃土淤泥，解决了盐场盐田、海滩高盐含量淤泥土壤的硬化难题！实属国内首创的新技术、新工艺，具有良好的实用性及推广前景；同时，也解决了淤泥排放、外运的难题；还能减少占地面积及对环境的污染，有利于环保；也降低了基础建设成本等；具有很大的经济效益和社会效益，淤泥就地改性硬化处理，属于循环经济利用，也属于环保经济范畴，其经济效益显著。
[0013]3)本发明的固化剂化学成分易得、生产工艺简单，对设备使用要求不高，因此总成本大大降低，并且，它具有早期强度高、后期强度发展潜力大、可调性好、施工方便、针对性强、耐久性优良、后期沉降小等特点。
[0014]4)本发明固化剂还能够利用工业含硫废渣，生产过程及应用过程中不存在环境污染，无剧烈发光放热现象，无放射、粉尘危害，与水泥处理方法相同，具有绿色环保的意义，与可持续发展战略同步。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为实施例6中盐溃淤泥土壤硬化处理后的性能检测报告；
图2为实施例7中盐溃淤泥土壤硬化处理后的性能检测报告。
【具体实施方式】
[0016]用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂的制备方法，包括以下步骤:
按以下质量份数分别称取各原料:高铝水泥0.8~1.2份，碳酸钙0.3~0.4份，滑石粉0.2~0.3份，减水剂0.1~0.2份，石灰6~7份，含硫混合物0.2~0.3份，β -萘磺酸甲醛钠盐缩合物O~0.1份，将称好的上述原料混匀，即可获得用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂。
[0017]上述含硫混合物优选为硫化钙、硫酸钙和硫酸镁的混合物。
上述石灰优选为生石灰粉。
盐溃淤泥土壤硬化处理的方法，包括以下步骤:
I)将上述固化剂和盐溃土混合均匀，固化剂与盐溃土的质量比为1: (10~15)，调整用水量至混合料的含水率为10~20% ；2)使I)中的固化剂与盐溃土充分反应8~IOh；
3)取出2)中充分反应后的混合物，压实成型，压实程度达到该土壤混合料的最大干密度，放置7~28天，即可。
[0018]本发明用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂的固化机理
本发明采用生石灰、高铝水泥、滑石粉等无机材料组成的复合型土壤固化剂，其固化机理主要有两大类，即填充效应和碱碳酸盐效应，形成的固化土结构为胶结性水化物，其中起决定作用的主要是空隙填充与胶凝材料。
[0019]当高铝水泥溶于水后，将与氧化钙水合后生成的Ca(OH)2及CaCO3反应生成C_S_H类物质，这将为固化土壤提供一定的早期强度；以滑石粉为基本原材料，通过对碳酸盐矿粉进行机械力化学活化，实现碱激发条件下惰性碳酸盐与溶解状态的SiO2在常温下反应生成水合硅酸钙(镁)凝胶的反应，其组成主要是蛇纹石型的水合硅酸镁和白钙沸石型的水合硅酸钙(镁)凝胶；此外，反应产物中还存在有一定数量的硅凝胶，其次，固化颗粒与土壤颗粒相互填充，形成紧密的堆积结构，并且与反应中生成的水合硅酸钙(镁)凝胶搭接，起到强有力的骨架支撑作用，增强了固化土体系的总体强度，而且化学反应的持续发生将使固化土体系更加紧密，强度随时间而递增。
[0020]固化剂中的主要化学反应:
1)CaCHH2O — Ca (OH) 2
2)Ca(OH)2+ηΗ20 — Ca(0Η)2.ηΗ20
3)xCa (OH) 2+xMg0*ySi02 +mH20 — CaO (MgO) χ.(SiO2) y* (m+x) H2O
4)Ca (OH) 2+MgSi03 — Mg (OH) 2+CaSi03
5)CaS04+mH20 — CaSO4.mH20
反应主要是通过0H_离子对MgSiO3晶格进行了破坏，使Ca2 +离子和Mg2 +离子溶出，但是，后续的反应与碱碳酸盐反应是不同的。由于液相中存在大量各种状态的硅酸根阴离子，因此溶解出的Ca2 +离子和Mg2 +离子很快就与之反应，生成水和硅酸钙和水合硅酸镁，其中水合硫酸钙主要起到填充孔隙的作用。
[0021]本固化剂的主要作用方式: I)通过生石灰与水的反应，提供氢氧根离子，制造出一个较强的碱性环境，提高反应的速度，加快了胶凝物质的生成。
[0022]2) 土壤中本身就含有大量的酸根离子，他们与Ca2+、Mg2+的反应，将继续生成其它胶凝物质。
[0023]3)水合硫酸钙、碳酸钙将固化土紧密填充，增加了强度。
[0024]下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
[0025]实施例1:用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂的制备方法
按以下质量份数分别称取各原料:高铝水泥1份，碳酸钙0.34份，滑石粉0.28份，减水剂0.18份，生石灰粉6.8份，含硫混合物(硫化钙、硫酸钙和硫酸镁的混合物)0.24份，β -萘磺酸甲醛钠盐缩合物0.1份，将称好的上述原料混匀，即可获得用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂。
[0026]实施例2:用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂的制备方法
按以下质量份数分别称取各原料:高铝水泥1份，碳酸钙0.34份，滑石粉0.28份，减水剂0.16份，生石灰粉6.2份，含硫混合物(硫化钙、硫酸钙和硫酸镁的混合物)0.28份，β -萘磺酸甲醛钠盐缩合物0.1份，将称好的上述原料混匀，即可获得用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂。
[0027]实施例3:用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂的制备方法
按以下质量份数分别称取各原料:高铝水泥1份，碳酸钙0.34份，滑石粉0.28份，减水剂0.16份，生石灰粉6.2份，含硫混合物(硫化钙、硫酸钙和硫酸镁的混合物)0.28份，β -萘磺酸甲醛钠盐缩合物0.05份，将称好的上述原料混匀，即可获得用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂。
[0028]实施例4:用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂的制备方法
按以下质量份数分别称 取各原料:高铝水泥0.8份，碳酸钙0.3份，滑石粉0.2份，减水剂0.1份，生石灰粉6份，含硫混合物(硫化钙、硫酸钙和硫酸镁的混合物)0.2份，将称好的上述原料混匀，即可获得用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂。
[0029]实施例5:用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂的制备方法
按以下质量份数分别称取各原料:高铝水泥1.2份，碳酸钙0.4份，滑石粉0.3份，减水剂0.2份，生石灰粉7份，含硫混合物(硫化钙、硫酸钙和硫酸镁的混合物)0.2份，将称好的上述原料混匀，即可获得用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂。
[0030]实施例6:盐溃淤泥土壤硬化处理的方法
以连云港徐圩新区盐溃土为处理对象，其有以下特点:
1、该地区盐溃土类型为典型的氯盐溃土，P(CD/P (so42_)平均值在10~20之间，最闻值可达58 ；
2、从地表至15m范围内呈现明显的盐度下降趋势，土壤类型依次从超盐溃土一强盐溃土一中盐溃土 ；相应的易溶盐分质量浓度、腐蚀性特征也呈现了从地表到15m深度范围的递减趋势，显示了长期以来的盐场对该地区的影响；
3、土壤对混凝土的腐蚀性呈微一弱腐蚀，腐蚀等级较弱；土壤中Cl—尤其是近地表15m范围内质量浓度较高，显示对钢筋、管线的强烈腐蚀作用；
4、水体的易溶盐质量浓度特征与土壤类似，地下水中氯盐质量浓度极高，显示强烈腐蚀性，也说明土壤中的高盐分受到近海水的地下水影响较大。
[0031]处理方法为:
1)取实施例1制备的固化剂和上述连云港徐圩新区盐溃土混合均匀，固化剂与盐溃土的质量比为1: 10，调整用水量至土壤混合料的含水率为15% ；
2)将I)中的混合物用塑料袋密封并在塑料袋中加入5~IOmL水使固化剂与土壤充分反应8~IOh ;
3)取出2)中充分反应后的混合物，压实成型，压实程度达到土壤混合料的最大干密度，再用塑料袋密封静养I天，再通过阳光自然照晒6天，然后测量其各种性能，其中无侧限抗压强度为4.8MPa (如图1所不)。
[0032]该方法已用于江苏连云港许圩开放区珠江钢管道路与厂区内临时便道。
[0033]实施例7:盐溃淤泥土壤硬化处理的方法
I)取实施例2制备的固化剂和连云港徐圩新区盐溃土混合均匀，固化剂与盐溃土的质量比为1: 15，调整用水量至土壤混合料的含水率为20% ；2)将I)中的混合物用塑料袋密封并在塑料袋中加入5~IOmL水使固化剂与土壤充分反应8~IOh ;
3)取出2)中充分反应后的混合物，压实成型，压实程度达到土壤混合料的最大干密度，再用塑料袋密封静养I天，再通过阳光自然照晒6天，然后测量其各种性能，其中无侧限抗压强度为5.1 MPa (如下图2所示)。
[0034]该方法已用于江苏连云港许圩开放区珠江钢管道路与厂区内货物堆场。
[0035]实施例8:盐溃淤泥土壤硬化处理的方法
1)取实施例3制备的固化剂和连云港徐圩新区盐溃土混合均匀，固化剂与盐溃土的质量比为1: 13，调整用水量至土壤混合料的最优含水率为10% ；
2)将I)中的混合物用塑料袋密封并在塑料袋中加入5~IOmL水使固化剂与土壤充分反应8~IOh ;
3)取出2)中充分反应后的混合物，压实成型，压实程度达到土壤混合料的最大干密度，再用塑料袋密封静养I天，再通过反复浸水-烘干循环反应6天，然后测量其各种性能，其无侧限抗压强度为7.9MPa，且不溶于盐水，在盐水中浸泡亦无腐蚀现象发生，经过实践，反复浸泡-烘干将使固化剂处理后的盐溃土抗压强度显著升高。
[0036]该方法已用于江苏连云港许圩开放区珠江钢管道路与厂区内货物堆场。
[0037]实施例9:盐溃淤泥土壤硬化处理的方法 O堆场实验，承载压力设计为50吨/m2 ；
2)施工环境要求一定要避开雨季，自然天气晴朗，气温越高越好；
3)首先，用工程机械把现有场地推平，场地四个角和中心等做好标高、标记；
4)从场地中心垂直十字开始放线，每次铺设宽度2.2~2.6米宽，用挖土机挖掉400~500mm,自然风干，然后用机械设备粉碎；
5)第一层土壤的硬化处理:用不小于250马力拖拉机将下方泥土再深犁翻起350mm，太阳下晒干并用旋耕机粉碎，然后，用旋耕播种机均匀撒入实施例1制备的固化剂，固化剂与干土壤的重量比为1:(10~15)，并立即用深翻犁和旋耕机进行机械均匀搅拌，搅拌次数越多越均匀越好，必要时喷洒少量水(使含水率为10~20%)，然后，用机械进行反复辗压，做好水稳第一层；
6)第二层土壤的硬化处理:把部分步骤4)中风干粉碎的土回填入沟内，深度约250mm，粉碎均匀撒入实施例1制备的固化剂，固化剂与干土壤的重量比为1:(10~15)，并立即用深翻犁和旋耕机进行机械均匀搅拌，搅拌次数越多越均匀越好，必要时喷洒少量水(使含水率为10~20%)，再用机械进行反复辗压，做好中间层；
7)第三层土壤的硬化处理:再将步骤4)中剩下的约250mm深的土回填入沟内，粉碎均匀撒入实施例1制备的固化剂，固化剂与干土壤的重量比为1:(10~15)，混合均匀，必要时喷洒少量水(使含水率为10~20%)用机械进行反复辗压，绝对压实提高混合土的密度，做好第三层隔水层；
8)整个施工顺序按照垂直“十字编席法”展开，增强整个板块的牢固稳定性，避免或减少局部受力过大而引起的板块断裂或断层现象；
9)第四层土壤的硬化处理:整个基础硬化处理完毕，反复均匀地整体地用压路机进行辗压，在表面再铺设200mm厚不规则的道砸石(不规则破石25*25mm)，以增强表面强度，避免和减少表面因雨天引起的浮泥而污染场地；
10)最后再辗压成形，达到最大干密度，养护期不少于7天后可达到货物堆场要求，可正常投入 使用，如果对耐久性有特殊要求，养护期不应少于28天，若温度、湿度太低，则需要相应延长养护期。
【权利要求】
1.一种用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂，其特征在于:其由以下质量份数的原料制成: 闻招水泥0.8~1.2份， 碳酸?丐0.3~0.4份， 滑石粉0.2~0.3份， 减水剂0.1~0.2份，石灰6~7份， 含硫混合物0.2~0.3份； β -萘磺酸甲醛钠盐缩合物O~0.1份。
2.根据权利要求1所述的一种用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂，其特征在于:所述的石灰选自为生石灰粉。
3.根据权利要求1所述的一种用于盐溃淤泥土壤硬化的固化剂，其特征在于:所述的含硫混合物为硫化钙、硫酸钙和硫酸镁的混合物。
4.一种盐溃淤泥土壤硬化处理的方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)将权利要求1~4中任一所述的固化剂和盐溃土混匀，固化剂与盐溃土的质量比为1: (10~15)，调整用水量至混合料的含水率为10~20% ； 2)使I)中的固化剂与盐溃土充分反应8~IOh； 3)将2)中充分反应后的混合物，压实成型，压实程度达到该土壤混合料的最大干密度，放置7~28天，即可。
【文档编号】C04B28/10GK103936375SQ201410111644
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】龚建文, 范军峰, 苏滔, 路兵 申请人:番禺珠江钢管有限公司