一种路基土固化剂及其制备方法、以及包含其的路基材料与流程

本发明属于土壤固化剂，具体涉及一种路基土固化剂及其制备方法、以及包含其的路基材料。

背景技术：

1、随着公路基础建设的快速发展，公路建设对砂石骨料的总需求不断增加，长时间对砂石骨料的随意开采，致使砂石资源缺乏，河床改道，山体滑坡，严重破坏生态环境；砂石材料过度开采带来的资源枯竭问题迫使公路建设必须寻找新的替代材料，以满足工程建设对材料的需求。另一方面，道路建设中的土方产量居高不下，但综合利用率平均不到20％，且长期堆存的土方物必定会带来污染环境、占用城市空间及运输成本高的问题。若能将土方作为填料应用于公路路基施工中，不仅能够解决砂石材料短缺的问题，同时还能够实现土方的资源化利用，使公路建设取得良好的社会效益、经济效益和生态效益。

2、然而，路基土的含水率高，难以满足压实度、无侧限抗压强度要求，一般采用大量的水泥、石灰等传统固化剂对高液限粘土进行固化以提高其承载力，但是这种传统固化剂生产过程会直接排放出大量co2，消耗大量的化石原料，不利于可持续发展。鉴于上述原因，选择合适的土壤固化剂成为当前公路建设中刻不容缓的任务。土壤固化剂是指在常温下能够直接胶结土体中土壤颗粒表面或能够与土粒的粘土矿物反应生成胶凝物质的土壤硬化剂，是一种能改善和提高土壤的技术性能的复合材料，其能够克服石灰、水泥和粉煤灰等单一传统材料的缺点。它既能与各种土壤发生反应，又能形成具有一定承载能力的、抗渗能力和耐久能力的固化土，在公路、铁路、地铁等工程建设中具有广阔的应用前景。使用了土壤固化剂的土壤比较容易被压实，达到稳定的状态，从而使得土壤形成整体结构，提升道路的承载能力能力；经过土壤固化剂处理过的土壤，其强度、密实度、回弹模量、剪切强度等性能都得到了很大的提高，从而延长了道路的使用寿命，节省了工程维修成本，具有很高的经济环境效益，是当前理想的筑路材料选择。

3、现有的土壤固化剂的固化强度不高，固化后的路基密实度也较低，固化土的水稳定性较差，导致公路交付完成到后期工程维修的间隔时间较短，维修成本高，且还会影响公路的使用。因此，开发一种效果更优的土壤固化剂将对公路建设起到非常重要的作用。

技术实现思路

1、针对以上现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种路基土固化剂，使用本发明的固化剂可以大幅度降低水泥的用量，并且得到的固化土强度高、密实度高、水稳定性好。

2、为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

3、一种路基土固化剂，包括以下重量份数的各组分：膨润土40～50份、十六烷基三甲基氯化铵0.5～2.5份、二氧化硅40～50份、氧化铝20～30份、纳米碳酸钙6～10份、离子络合剂1～3份、硅烷偶联剂10～20份。

4、本发明的路基土固化剂中，利用膨润土的离子交换能力将二氧化硅和氧化铝中的阳离子交换进膨润土中，然后膨润土中的钙离子、铝离子等阳离子再与土粒子表面的亲水阳离子发生交换，将土壤中的亲水离子置换出来，通过十六烷基三甲基氯化铵增大膨润土的层间距，增强膨润土容纳亲水离子的能力，从而释放土粒子表面的吸附水；同时从膨润土中置换出来的钙离子、铝离子生成结晶水合物，在消耗土壤中游离水的同时生成可以胶结土壤的胶凝物质，显著提高固化土的水稳定性和强度。硅烷偶联剂可以与固化剂中的膨润土、纳米碳酸钙发生化学反应，以增强固化剂与土粒子中有机质的结合；纳米碳酸钙可以优化水泥水化及硬化结构，促进钙矾石的生成，增强固化土的强度。综上，本发明的固化剂在各组分的相互作用下，可以降低土壤中的吸附水，并优化水泥水化性能，将土壤颗粒紧密胶结在一起，协同增强了固化土的水稳定性和强度。

5、优选的，所述路基土固化剂包括以下重量份数的各组分：膨润土45份、十六烷基三甲基氯化铵1.5份、二氧化硅45份、氧化铝25份、纳米碳酸钙8份、离子络合剂1.5份、硅烷偶联剂15份。

6、优选的，所述膨润土包括钙基膨润土、铝基膨润土、镁基膨润土中的至少一种。

7、优选的，所述纳米碳酸钙的平均粒径为60～80nm。

8、优选的，所述离子络合剂包括柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、顺丁烯二酸钠中的至少一种。

9、优选的，所述硅烷偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的至少一种。

10、本发明的另一目的在于提供所述的路基土固化剂的制备方法，包括以下步骤：

11、s1.将所述膨润土分散于去离子水中，然后加入所述十六烷基三甲基氯化铵，在60～70℃水浴条件下搅拌1～2h，静置10～14h，干燥后得到改性膨润土；

12、s2.在容器中加入氢氧化钠溶液，升温至50～65℃后加入所述二氧化硅和氧化铝，在保护气体氛围下搅拌3～4h，然后加入步骤s1得到的改性膨润土，搅拌4～6h后陈化1～2h，干燥后得到粉末；

13、s3.将步骤s2得到的粉末与所述纳米碳酸钙、离子络合剂、硅烷偶联剂混合均匀，得到所述路基土固化剂。

14、本发明的再一目的在于提供一种路基材料，每100重量份土中包括以下重量份的各组分：固化剂2～4份、水泥8～10份、碎石15～25份、水10～20份。

15、优选的，每100重量份土中包括以下重量份的各组分：固化剂3份、水泥9份、碎石20份、水15份。

16、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

17、本发明的二氧化硅、氧化铝和十六烷基三甲基氯化铵可以显著提升膨润土释放土粒子表面吸附水的能力，进而显著提升路基材料的水稳定性和强度。

18、本发明的固化剂在各组分的相互作用下，可以降低土壤中的吸附水，并优化水泥水化性能，将土壤颗粒紧密胶结在一起，协同增强了固化土的水稳定性和强度。

技术特征：

1.一种路基土固化剂，其特征在于，包括以下重量份数的各组分：膨润土40～50份、十六烷基三甲基氯化铵0.5～2.5份、二氧化硅40～50份、氧化铝20～30份、纳米碳酸钙6～10份、离子络合剂1～3份、硅烷偶联剂10～20份。

2.根据权利要求1所述的一种路基土固化剂，其特征在于，包括以下重量份数的各组分：膨润土45份、十六烷基三甲基氯化铵1.5份、二氧化硅45份、氧化铝25份、纳米碳酸钙8份、离子络合剂1.5份、硅烷偶联剂15份。

3.根据权利要求1所述的一种路基土固化剂，其特征在于，所述膨润土包括钙基膨润土、铝基膨润土、镁基膨润土中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种路基土固化剂，其特征在于，所述纳米碳酸钙的平均粒径为60～80nm。

5.根据权利要求1所述的一种路基土固化剂，其特征在于，所述离子络合剂包括柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、顺丁烯二酸钠中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种路基土固化剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的至少一种。

7.权利要求1～6任一项所述的路基土固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.一种采用权利要求1～6任一项所述的固化剂的路基材料，其特征在于，每100重量份土中包括以下重量份的各组分：固化剂2～4份、水泥8～10份、碎石15～25份、水10～20份。

9.根据权利要求8所述的路基材料，其特征在于，每100重量份土中包括以下重量份的各组分：固化剂3份、水泥9份、碎石20份、水15份。

技术总结
本发明公开一种路基土固化剂及其制备方法、以及包含其的路基材料，属于土壤固化剂技术领域。所述固化剂包括以下重量份数的各组分：膨润土40～50份、十六烷基三甲基氯化铵0.5～2.5份、二氧化硅40～50份、氧化铝20～30份、纳米碳酸钙6～10份、离子络合剂1～3份、硅烷偶联剂10～20份。二氧化硅、氧化铝和十六烷基三甲基氯化铵可以显著提升膨润土释放土粒子表面吸附水的能力，进而显著提升路基材料的水稳定性和强度。本发明的固化剂在各组分的相互作用下，可以降低土壤中的吸附水，并优化水泥水化性能，将土壤颗粒紧密胶结在一起，协同增强了固化土的水稳定性和强度。

技术研发人员：郭少华,张冠华,王凤池,王奕鹏,丁向群,杨奇,康天蓓
受保护的技术使用者：辽宁省交通规划设计院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27