本发明涉及生土固化领域，尤其涉及一种氯氧镁基生土固化剂，该氯氧镁基生土固化剂的制备方法及应用。
背景技术：
随着国民经济的飞速发展，建筑业得到了很大的提升，高层、超高层建筑越来越多，出现了建筑基础开挖后的土方无序堆放问题，由此带来了土方可再利用率低、环境污染大、土地资源浪费的不良后果。若此问题得不到较好处理还会对人们的财产及人身安全带来威胁，因此，生土固化及利用问题成为人们高度关注的焦点。
传统的生土固化剂大多采用水泥、石灰或石膏等无机胶凝材料，但水泥、石灰生产过程会释放出大量的空气污染物，能耗高、环保性差，而且用水泥、石灰固化的生土，强度较低、耐水性差。用石膏作固化剂固化生土，不仅强度低、耐水性差、而且体积稳定性也不佳。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种氯氧镁基生土固化剂，以解决采用水泥、石灰或石膏等无机胶凝材料固化生土存在的强度低、耐水性差、能耗高和不环保的问题。
为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种氯氧镁基生土固化剂，按重量计，该氯氧镁基生土固化剂包括：
轻烧氧化镁粉100份；氯化镁溶液50份～250份；
增韧抗裂纤维0.1份～2.0份；增强助剂0.5份～5.0份；
耐水助剂0.8份～8.0份；
所述氯化镁溶液的密度为0.98～1.36g/cm3。
优选地，按重量计，该氯氧镁基生土固化剂包括：
轻烧氧化镁粉100份；氯化镁溶液50份～250份；
增韧抗裂纤维0.5份～1.5份；增强助剂1.2份～2.5份；
耐水助剂1.2份～3.0份；
所述氯化镁溶液的密度为0.98～1.36g/cm3。
优选地，所述增韧抗裂纤维为3～20mm长的有机纤维或无机纤维。所述有机纤维优选聚丙烯纤维、聚乙烯纤维或聚乙烯醇纤维，所述无机纤维优选玄武岩矿物纤维、钢纤维或玻璃纤维。
优选地，所述增强助剂为由磷酸、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、柠檬酸和柠檬酸盐组成的物质组中的至少两种物质的复合物。
优选地，所述耐水助剂为硫酸亚铁、丙烯酸乳液、聚丙烯酰胺、苯丙乳液或聚乙烯醇溶液。
本发明还提供了一种氯氧镁基生土固化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：按上述任意一项所述比例备料；将氯化镁溶液投到搅拌机内，加入增韧抗裂纤维、轻烧氧化镁粉、增强助剂、耐水助剂，搅拌一段时间，反应后，即得氯氧镁基生土固化剂。
本发明还提供了一种氯氧镁基生土固化剂的应用，其包括：按重量计，取100份生土和130份～900份上述任意一项所述的氯氧镁基生土固化剂，将二者混合，搅拌均匀得到固化样浆料，然后将固化样浆料放入模具固化成型，覆盖塑料膜保潮，在温度5～65℃、相对湿度45％～85％的环境中静置养护4d～45d。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
生土固化强度高、耐水性好。经试验，采用本发明生土固化剂固化生土，各养护龄期的抗压强度均远远高于采用现有生土固化剂，可达10～20倍，并且抗压软化系数可达0.80以上。
能耗低，有利于环保。本发明所用原材料轻烧氧化镁粉生产过程煅烧温度为750～850℃，而传统生土固化剂所用原材料水泥熟料的烧成温度为1000～1450℃，石灰的烧成温度为900～1100℃，因此在原材料生产加工方面具有节能优势。本发明所用另一种原材料氯化镁有两种生产工艺生产，第一种生产工艺是卤水用蒸煮法得出的结晶片,第二种生产工艺是氯化氢跟氧化镁粉反应得来，反应化学式为:2hcl+mgo＝mgcl2+h2o,这两种方法皆具有利废环保优势。本发明氯氧镁基生土固化剂在生产过程中，无废水、废碴、废气排放、符合国家绿色环保要求。
具体实施方式
本发明氯氧镁基生土固化剂以轻烧氧化镁粉为基料，以氯化镁溶液为拌和液，添加适量的增韧抗裂纤维、增强助剂和耐水助剂获得。不但解决了传统生土固化剂存在的强度低、耐水性差的技术问题，而且原料生产能耗低、有利于环保。其反应式为：
mgo+mgcl2+h2o＝2mg(oh)cl
实施例1：
一种氯氧镁基生土固化剂，按重量计，该氯氧镁基生土固化剂包括：轻烧氧化镁粉100份、密度1.15g/cm3氯化镁溶液67份、聚乙烯醇纤维0.5份、磷酸及磷酸二氢钠(重量比为1：1)1.5份、硫酸亚铁1.5份。
制备过程：按上述比例备料；将氯化镁溶液投到搅拌机内，加入聚乙烯醇纤维(增韧抗裂纤维)和磷酸及磷酸二氢钠(增强助剂)，搅拌2min，再加入轻烧氧化镁粉，搅拌3min，最后加入硫酸亚铁(耐水助剂)，搅拌2min，即得氯氧镁基生土固化剂。
生土固化：按重量计，取20份生土，170份上述氯氧镁基生土固化剂，加入搅拌机混合，搅拌4min，得到固化样浆料；将固化样浆料放入40mm*40mm*160mm三联试模内，振动60s，表面刮平，覆盖塑料薄膜保潮，温度控制在58℃，相对湿度85％的环境中静止养护7d、14d、21d、28d。
试样测试：对生土固化试样试块进行抗压强度测试，7d、14d、21d、28d四种养护龄期的试块的抗压强度分别为46.42mpa、47.18mpa、49.23mpa、52.15mpa，对7d养护龄期的试块浸水7d再次测试抗压强度为39.92mpa，计算得到抗压软化系数为0.86。
实施例2：
一种氯氧镁基生土固化剂，按重量计，该氯氧镁基生土固化剂包括：轻烧氧化镁粉100份、密度1.15g/cm3氯化镁溶液79.5份、聚乙烯醇纤维0.6份、柠檬酸及磷酸二氢钠(重量比为1：1)1.3份、硫酸亚铁1.3份。
制备过程：按上述比例备料；将氯化镁溶液投到搅拌机内，加入聚乙烯醇纤维(增韧抗裂纤维)和柠檬酸及磷酸二氢钠(增强助剂)，搅拌3min，再加入轻烧氧化镁粉，搅拌3min，最后加入硫酸亚铁(耐水助剂)，搅拌2min，即得氯氧镁基生土固化剂。
生土固化：按重量计，取60份生土，183份上述氯氧镁基生土固化剂，加入搅拌机混合，搅拌4min，得到固化样浆料；将固化样浆料放入40mm*40mm*160mm三联试模内，振动60s，表面刮平，覆盖塑料薄膜保潮，温度控制在48℃，相对湿度70％的环境中静止养护7d、14d、21d。
试样测试：对生土固化试样试块进行抗压强度测试，7d、14d、21d三种养护龄期的试块的抗压强度分别为28.42mpa、34.65mpa、39.34mpa，对14d养护龄期的试块浸水14d再次测试抗压强度为27.88mpa，计算得到抗压软化系数为0.80。
实施例3：
一种氯氧镁基生土固化剂，按重量计，该氯氧镁基生土固化剂包括：轻烧氧化镁粉100份、密度1.15g/cm3氯化镁溶液94份、聚乙烯醇纤维0.7份、柠檬酸及磷酸二氢钠(重量比为1：1)2.0份、硫酸亚铁2.0份。
制备过程：按上述比例备料；将氯酸镁溶液投到搅拌机内，加入聚乙烯醇纤维(增韧抗裂纤维)和柠檬酸及磷酸二氢钠(增强助剂)，搅拌3min，再加入轻烧氧化镁粉，搅拌3min，最后加入硫酸亚铁(耐水助剂)，搅拌2min，即得氯氧镁基生土固化剂。
生土固化：按重量计，取90份生土，198份上述氯氧镁基生土固化剂，加入搅拌机混合，搅拌4min，得到固化样浆料；将固化样浆料放入40mm*40mm*160mm三联试模内，振动60s，表面刮平，覆盖塑料薄膜保潮，温度控制在38℃，相对湿度70％的环境中静止养护7d、14d、21d。
试样测试：对生土固化试样试块进行抗压强度测试，7d、14d、21d三种养护龄期的试块的抗压强度分别为23.80mpa、28.22mpa、30.55mpa，对21d养护龄期的试块浸水21d再次测试抗压强度为26.18mpa，计算得到抗压软化系数为0.86。
实施例4：
一种氯氧镁基生土固化剂，按重量计，该氯氧镁基生土固化剂包括：轻烧氧化镁粉100份、密度1.15g/cm3氯化镁溶液106份、聚乙烯醇纤维0.8份、柠檬酸及磷酸二氢钠(重量比为1：1)1.8份、硫酸亚铁1.8份。
制备过程：按上述比例备料；将氯化镁溶液投到搅拌机内，加入聚乙烯醇纤维(增韧抗裂纤维)和柠檬酸及磷酸二氢钠(增强助剂)，搅拌2min，再加入轻烧氧化镁粉，搅拌3min，最后加入硫酸亚铁(耐水助剂)，搅拌2min，即得氯氧镁基生土固化剂。
生土固化：按重量计，取120份生土，210份上述氯氧镁基生土固化剂，加入搅拌机混合，搅拌6min，得到固化样浆料；将固化样浆料放入40mm*40mm*160mm三联试模内，振动60s，表面刮平，覆盖塑料薄膜保潮，温度控制在30℃，相对湿度60％的环境中静止养护7d、14d、21d、28d。
试样测试：对生土固化试样试块进行抗压强度测试，7d、14d、21d、28d四种养护龄期的试块的抗压强度分别为20.42mpa、22.18mpa、24.52mpa、25.19mpa，对28d养护龄期的试块浸水28d再次测试抗压强度为21.22mpa，计算得到抗压软化系数为0.84。
实施例5：
一种氯氧镁基生土固化剂，按重量计，该氯氧镁基生土固化剂包括：轻烧氧化镁粉100份、密度1.15g/cm3氯化镁溶液110.8份、聚乙烯醇纤维1.0份、柠檬酸钠及磷酸(重量比为1：1)2.0份、硫酸亚铁2.0份。
制备过程：按上述比例备料；将氯化镁溶液投到搅拌机内，加入轻烧氧化镁粉和柠檬酸钠及磷酸(增强助剂)，搅拌3min，再加入聚乙烯醇纤维(增韧抗裂纤维)和硫酸亚铁(耐水助剂)，搅拌5min，即得氯氧镁基生土固化剂。
生土固化：按重量计，取150份生土，215份上述氯氧镁基生土固化剂，加入搅拌机混合，搅拌6min，得到固化样浆料；将固化样浆料放入40mm*40mm*160mm三联试模内，振动60s，表面刮平，覆盖塑料薄膜保潮，温度控制在45℃，相对湿度67％的环境中静止养护7d、14d、21d、28d。
试样测试：对生土固化试样试块进行抗压强度测试，7d、14d、21d、28d四种养护龄期的试块的抗压强度分别为18.29mpa、20.05mpa、22.29mpa、23.34mpa，对28d养护龄期的试块浸水28d再次测试抗压强度为19.22mpa，计算得到抗压软化系数为0.82。
实施例6：
一种氯氧镁基生土固化剂，按重量计，该氯氧镁基生土固化剂包括：轻烧氧化镁粉120份、密度1.15g/cm3氯化镁溶液158份、6mm聚丙烯纤维0.85份、柠檬酸及磷酸二氢钠(重量比为1：1)1.8份、丙烯酸乳液1.3份。
制备过程：按上述比例备料；将氯化镁溶液投到搅拌机内，加入聚丙烯纤维(增韧抗裂纤维)和柠檬酸及磷酸二氢钠(增强助剂)，搅拌2min，再加入轻烧氧化镁粉，搅拌3min，最后加入丙烯酸乳液(耐水助剂)，搅拌2min，即得氯氧镁基生土固化剂。
生土固化：按重量计，取130份生土，282份上述氯氧镁基生土固化剂，加入搅拌机混合，搅拌6min，得到固化样浆料；将固化样浆料放入40mm*40mm*160mm三联试模内，振动70s，表面刮平，覆盖塑料薄膜保潮，温度控制在38℃，相对湿度63％的环境中静止养护7d、14d、21d、28d。
试样测试：对生土固化试样试块进行抗压强度测试，7d、14d、21d、28d四种养护龄期的试块的抗压强度分别为18.50mpa、20.77mpa、23.96mpa、24.64mpa，对28d养护龄期的试块浸水28d再次测试抗压强度为20.01mpa，计算得到抗压软化系数为0.81。
实施例7：
一种氯氧镁基生土固化剂，按重量计，该氯氧镁基生土固化剂包括：轻烧氧化镁粉120份、密度1.15g/cm3氯化镁溶液250份、6mm玄武岩纤维1.5份、柠檬酸钠及磷酸二氢钾(重量比为1：1)1.65份、聚丙烯酰胺1.35份。
制备过程：按上述比例备料；将氯化镁溶液投到搅拌机内，加入玄武岩纤维和柠檬酸钠及磷酸二氢钾(增强助剂)，搅拌2min，再加入轻烧氧化镁粉和聚丙烯酰胺(耐水助剂)，搅拌4min，即得氯氧镁基生土固化剂。
生土固化：按重量计，取150份生土，274份上述氯氧镁基生土固化剂，加入搅拌机混合，搅拌5min，得到固化样浆料；将固化样浆料放入40mm*40mm*160mm三联试模内，振动60s，表面刮平，覆盖塑料薄膜保潮，温度控制在33℃，相对湿度80％的环境中静止养护7d、14d、21d、50d。
试样测试：对生土固化试样试块进行抗压强度测试，7d、14d、21d、50d四种养护龄期的试块的抗压强度分别为12.67mpa、15.29mpa、15.87mpa、18.96mpa，对50d养护龄期的试块浸水50d再次测试抗压强度为15.50mpa，计算得到抗压软化系数为0.82。
本发明的轻烧氧化镁粉是碳酸镁(mgco3)经750～850℃锻烧研磨而成，是菱镁产品通用的主要原材料，可以自制，也可商购获得。实验所用轻烧氧化镁粉购自辽宁海城雪峰镁业有限公司，型号：hf-85。
氯化镁溶液可通过两种生产工艺获得。第一种生产工艺是卤水用蒸煮法得出的结晶片加水溶解,第二种生产工艺是氯化氢跟氧化镁粉反应得来，反应化学式为:2hcl+mgo＝mgcl2+h2o,这两种方法皆具有利废环保优势。
对比例1：
一种水泥基生土固化剂，按重量计，由100份325#普通硅酸盐水泥、17份聚丙烯酰胺、1.0份玻璃纤维、0.6份fdn减水剂、120份水混合、搅拌制得。
将130份生土和238份上述水泥基生土固化剂加入搅拌机混合，搅拌6min，得到固化样浆料，将固化样浆料放入40mm*40mm*160mm三联试模内，振动65s，表面刮平，覆盖塑料薄膜保潮，温度控制在40℃，相对湿度63％的环境中静止养护7d、14d、21d、28d。
试样测试：对生土固化试样试块进行抗压强度测试，7d、14d、21d、28d四种养护龄期的试块的抗压强度分别为2.65mpa、3.90mpa、4.33mpa、4.92mpa，对28d养护龄期的试块浸水28d再次测试抗压强度为3.2mpa，计算得到抗压软化系数为0.65。
对比例2：
一种石灰、石膏基生土固化剂，按重量计，由100份石灰粉、30份石膏粉、12份水玻璃、0.60份pva纤维、131份水混合、搅拌制得。
将150份生土和273份上述石灰、石膏基生土固化剂加入搅拌机混合，搅拌5min，得到固化样浆料；将固化样浆料放入40mm*40mm*160mm三联试模内，振动60s，表面刮平，覆盖塑料薄膜保潮，温度控制在35℃，相对湿度80％的环境中静止养护7d、14d、21d、28d。
试样测试：对生土固化试样试块进行抗压强度测试，7d、14d、21d、28d四种养护龄期的试块的抗压强度分别为0.87mpa、1.83mpa、2.12mpa、2.38mpa，对28d养护龄期的试块浸水28d再次测试抗压强度为1.33mpa，计算得到抗压软化系数为0.56。
为了更直观地说明不同生土固化剂的效果，现将本发明实施例1与对比例1、实施例6与对比例2的测试数据列表对比，结果见表1。
表1：不同生土固化剂性能对比
由表1可以看出，本发明氯氧镁基生土固化剂固化的生土材料，各养护龄期的抗压强度达对比例的约10～20倍，耐水软化系数达对比例的约1.32～1.45倍，可见本发明生土固化剂在强度、耐水方面均较传统生土固化剂有显著提升。
上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。