一种复合型固化剂及其制备方法
1.技术领域
2.本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种复合型固化剂及其制备方法。
3.
背景技术：
4.我国南方地区，尤其广东、广西地区，高液限土分布较广，高液限土因土体液限较高、含水率较高，雨季路基经常发生翻浆、冒泥和路基沉陷等事故。传统的路基处理方式是在土壤中加入一定比例的水泥、石灰等土体进行改性，能够取得较好的改良效果。由于近年环保意识的加强和国家矿产资源的紧张，传统的水泥和石灰改性土体难以适应社会发展的需要，并且水泥、石灰本身也对土体造成较大的污染伤害，改性的土体难以恢复再生利用。随着我国公路建设的快速发展，新型环保高效的土体固化材料的研发势在必行。
5.目前国产的土体固化材料较少，且多是无机、有机类固化材料，且没有形成规模化量产状态，市场上充斥的多是欧、美等发达国家的进口产品。因此，研发高效环保的国产土壤固化材料成为业内的研发热点，也是行业急需产品。而针对高液限土改良的环保型专用固化剂尚不多见，南方高液限土的工程缺陷又需解决，因此需要研发一种用于高液限土的复合型固化剂及其制备方法。
6.
技术实现要素：
7.解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了一种复合型固化剂及其制备方法，能够有效降低土体的液限，提升塑限和土体强度，改善土体的抗渗性，避免翻浆冒泥的缺陷。
8.技术方案：一种复合型固化剂，按质量份计，包括主剂100份、增强剂50份、增塑剂3份、激发剂10~15份和减水剂0.1份；所述主剂为蓖麻籽油和/或棕榈油，所述增强剂为甘蔗渣、竹茎、菜籽饼中的一种或几种，所述增塑剂为糠醇树脂、糠醛和苯胺的混合物，所述激发剂为al2(so4)3和koh的混合物，所述减水剂为羧甲基纤维素钠。
9.优选的，所述增塑剂中糠醇树脂、糠醛和苯胺的质量比为10~24:1~2:5~10。
10.优选的，所述激发剂中al2(so4)3和koh的质量比为1:6~8。
11.复合型固化剂的制备方法，包括步骤如下：（1）按质量份称取主剂100份、增强剂50份、增塑剂3份、激发剂10~15份和减水剂0.1份；（2）将增强剂经烘干、粉碎、过筛、调节ph后得到增强剂粉末，再加入至主剂中形成固化剂预料；（3）将激发剂配制为质量分数15%的水溶液，控制温度60～80℃，搅拌30～50min，再恒温静置120～150 min，形成激发剂溶液；
（4）向激发剂溶液中加入增塑剂，控制温度80～90℃反应30～45min后，恒温搅拌20～30min，形成激发剂和增塑剂混合液；（5）将激发剂和增塑剂混合液加入至固化剂预料，控制温度80～90℃，搅拌30～45min，然后加入减水剂，搅拌30～45min，降温冷却，形成液态固化剂；（6）将液态固化剂冷却后烘干至固态，20~30℃下静置不低于240min，粉碎成粉末，形成所述的复合型固化剂。
12.优选的，所述步骤（2）中增强剂粉末的制备方法如下：将增强剂烘干、粉碎、过筛得到粉碎物，将粉碎物浸入氢氧化钠溶液中，升温至80～90℃，搅拌90～120min，搅拌速度240～300 r/min，降温至20~30℃，然后加入盐酸溶液并搅拌混合，控制盐酸溶液的加入量使混合溶液的ph=2，静置分层后过滤，得到增强剂粉末。
13.优选的，所述氢氧化钠溶液的质量分数为5%。
14.优选的，所述盐酸溶液的质量分数为10%。
15.优选的，所述步骤（2）中的过筛目数为100目。
16.优选的，所述步骤（5）中降温冷却的速度为5~10
°
c/min。
17.优选的，所述步骤（3）~（5）中搅拌的速度为300 r/min。
18.有益效果：本发明的复合型固化剂制备工艺简单，制作过程简易，原材料多为生态植物纤维，制作环境无污染，制备条件温和，该土壤固化剂能有效降低高液限土的液限，提升塑限和土体强度，改善土体的抗渗性和翻浆冒泥的缺陷。
19.具体实施方式
20.下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
21.实施例1按质量份称取如下组分：主剂：蓖麻籽油1份、增强剂：甘蔗渣0.5份、增塑剂：糠醇树脂0.02份，糠醛与苯胺共0.01份（糠醛与苯胺的质量比为1:5）、激发剂：al2(so4)3和k(oh)共0.1份，其质量比为1:6、减水剂：羧甲基纤维素钠0.001份。
22.将增强剂烘干、粉碎、过100目筛得到粉碎物，将粉碎物浸入质量分数为5%的氢氧化钠溶液中，升温至80～90℃，搅拌120min，搅拌速度300 r/min，降温至室温，然后加入质量分数为10%的盐酸溶液并搅拌混合，控制盐酸溶液的加入量使混合溶液的ph=2，静置分层后过滤，得到增强剂粉末。将增强剂粉末加入至主剂中形成固化剂预料。
23.将al2(so4)3和k(oh)混合搅拌均匀，加入洁净水制备成质量分数为15%的水溶液，控制温度60～80℃，搅拌30min，搅拌速度300 r/min，恒温120min静置，形成激发剂溶液。
24.将激发剂溶液升温，控制温度80～90℃，依次加入糠醇树脂、糠醛与苯胺，混合反应30min后，恒温搅拌30min，搅拌速度300 r/min，制备形成激发剂和增塑剂混合液。
25.将制备好的激发剂和增塑剂混合液加入固化剂预料，搅拌均匀。控制温度80～90℃，搅拌30min，搅拌速度300 r/min，然后加入减水剂搅拌30min，降温冷却，温度冷却的速
度为5~10
°
c/min，制备形成液态的固化剂。
26.待液态的固化剂冷却后烘干至固态，室温静置240min，粉碎成粉末，得到复合型固化剂。
27.将制得的复合型固化剂粉末与高液限土体按质量份比1:1500混合，制备成最优含水率的土样，并测试土样的液限、塑限和强度，强度测试的试样为：
ϕ
50mm
×
50mm圆柱体试样，并作3个平行，将试样放入恒温恒湿箱中，养护7天。测试结果表明，添加该复合型固化剂后，土样的液限比原土样降低15%，塑限提升10%，采用万能试验机测试土样强度无侧限抗压强度，得到无侧限抗压强度平均值为370.0kpa，强度较原样提升20%。
28.实施例2按质量份称取如下组分：主剂：蓖麻籽油1份、增强剂：竹茎0.5份、增塑剂：糠醇树脂0.02份，糠醛与苯胺共0.01份（糠醛与苯胺的质量比为1:5）、激发剂：al2(so4)3和k(oh)共0.1份，其质量比为1:7、减水剂：羧甲基纤维素钠0.001份。
29.按照实施例1的方法、步骤和程序，制备形成液态的固化剂。
30.待液态的固化剂冷却后烘干至固态，室温静置240min，粉碎成粉末，得到复合型固化剂。
31.将制得的复合型固化剂粉末与高液限土体按1:1500的质量份比例充分混合，制备成最优含水率的土样，并测试土样的液限、塑限和强度，强度测试的试样为：
ϕ
50mm
×
50mm圆柱体试样，并作3个平行，将试样放入恒温恒湿箱中，养护7天。测试结果表明，添加该复合型固化剂后，土样的液限比原土样降低15.7%，塑限提升10.8%，采用万能试验机测试土样强度无侧限抗压强度，得到无侧限抗压强度平均值为379.5kpa，强度较原样提升21.4%。
32.实施例3按质量份称取如下组分：主剂：蓖麻籽油1份、增强剂：菜籽饼0.5份、增塑剂：糠醇树脂0.02份，糠醛与苯胺共0.01份（糠醛与苯胺的质量比为1:5）、激发剂：al2(so4)3和k(oh)共0.1份，其质量比为1: 8、减水剂：羧甲基纤维素钠0.001份。
33.按照实施例1的方法、步骤和程序，制备形成液态的固化剂。
34.待液态的固化剂冷却后烘干至固态，室温静置240min，粉碎成粉末，得到复合型固化剂。
35.将制得的复合型固化剂粉末与高液限土体按1:1500的质量份比例充分混合，制备成最优含水率的土样，并测试土样的液限、塑限和强度，强度测试的试样为：
ϕ
50mm
×
50mm圆柱体试样，并作3个平行，将试样放入恒温恒湿箱中，养护7天。测试结果表明，添加该复合型固化剂后，土样的液限比原土样降低16.5%，塑限提升12.5%，采用万能试验机测试土样强
度无侧限抗压强度，得到无侧限抗压强度平均值为392.0kpa，强度较原样提升23.1%。
36.实施例4按质量份称取如下组分：主剂：蓖麻籽油1份、增强剂：甘蔗渣、竹茎和菜籽饼按1:1:1重量比的混合物0.5份、增塑剂：糠醇树脂0.02份，糠醛与苯胺共0.01份（糠醛与苯胺的质量比为1:5）、激发剂：al2(so4)3和k(oh)共0.1份，其质量比为1:6、减水剂：羧甲基纤维素钠0.001份。
37.按照实施例1的方法、步骤和程序，制备形成液态的固化剂。
38.将制得的复合型固化剂粉末与高液限土体按1:1500的质量份比例充分混合，制备成最优含水率的土样，并测试土样的液限、塑限和强度，强度测试的试样为：
ϕ
50mm
×
50mm圆柱体试样，并作3个平行，将试样放入恒温恒湿箱中，养护7天。测试结果表明，添加该复合型固化剂后，土样的液限比原土样降低18%，塑限提升13.4%，采用万能试验机测试土样强度无侧限抗压强度，得到无侧限抗压强度平均值为397.5kpa，强度较原样提升23.8%。
39.实施例5按质量份称取如下组分：主剂：棕榈油1份、增强剂：甘蔗渣0.5份、增塑剂：糠醇树脂0.02份，糠醛与苯胺共0.01份（糠醛与苯胺的质量比为1:5）、激发剂：al2(so4)3和k(oh)共0.1份，其质量比为1:7、减水剂：羧甲基纤维素钠0.001份。
40.按照实施例1的方法、步骤和程序，制备形成液态的固化剂。
41.待液态的固化剂冷却后烘干至固态，室温静置240min，粉碎成粉末，得到复合型固化剂。
42.将制得的复合型固化剂粉末与高液限土体按1:1500的质量份比例充分混合，制备成最优含水率的土样，并测试土样的液限、塑限和强度，强度测试的试样为：
ϕ
50mm
×
50mm圆柱体试样，并作3个平行，将试样放入恒温恒湿箱中，养护7天。测试结果表明，添加该复合型固化剂后，土样的液限比原土样降低15.3%，塑限提升10.4%，采用万能试验机测试土样强度无侧限抗压强度，得到无侧限抗压强度平均值为371.2kpa，强度较原样提升20.4%。
43.实施例6按质量份称取如下组分：主剂：棕榈油1份、增强剂：竹茎0.5份、增塑剂：糠醇树脂0.02份，糠醛与苯胺共0.01份（糠醛与苯胺的质量比为1:5）、激发剂：al2(so4)3和k(oh)共0.1份，其质量比为1:8、减水剂：羧甲基纤维素钠0.001份。
44.按照实施例1的方法、步骤和程序，制备形成液态的固化剂。
45.待液态的固化剂冷却后烘干至固态，室温静置240min，粉碎成粉末，得到复合型固化剂。
46.将制得的复合型固化剂粉末与高液限土体按1:1500的质量份比例充分混合，制备成最优含水率的土样，并测试土样的液限、塑限和强度，强度测试的试样为：
ϕ
50mm
×
50mm圆柱体试样，并作3个平行，将试样放入恒温恒湿箱中，养护7天。测试结果表明，添加该复合型固化剂后，土样的液限比原土样降低15.9%，塑限提升11.0%，采用万能试验机测试土样强度无侧限抗压强度，得到无侧限抗压强度平均值为378.8kpa，强度较原样提升21.3%。
47.实施例7按质量份称取如下组分：主剂：棕榈油1份、增强剂：菜籽饼0.5份、增塑剂：糠醇树脂0.02份，糠醛与苯胺共0.01份（糠醛与苯胺的质量比为1:5）、激发剂：al2(so4)3和k(oh)共0.1份，其质量比为1:7、减水剂：羧甲基纤维素钠0.001份。
48.按照实施例1的方法、步骤和程序，制备形成液态的固化剂。
49.待液态的固化剂冷却后烘干至固态，室温静置240min，粉碎成粉末，得到复合型固化剂。
50.将制得的复合型固化剂粉末与高液限土体按1:1500的质量份比例充分混合，制备成最优含水率的土样，并测试土样的液限、塑限和强度，强度测试的试样为：
ϕ
50mm
×
50mm圆柱体试样，并作3个平行，将试样放入恒温恒湿箱中，养护7天。测试结果表明，添加该复合型固化剂后，土样的液限比原土样降低16.8%，塑限提升12.7%，采用万能试验机测试土样强度无侧限抗压强度，得到无侧限抗压强度平均值为389.7kpa，强度较原样提升22.9%。
51.实施例8按质量份称取如下组分：主剂：棕榈油1份、增强剂：甘蔗渣、竹茎和菜籽饼按1:1:1重量比的混合物0.5份、增塑剂：糠醇树脂0.02份，糠醛与苯胺共0.01份（糠醛与苯胺的质量比为1:5）、激发剂：al2(so4)3和k(oh)共0.1份，其质量比为1:7、减水剂：羧甲基纤维素钠0.001份。
52.按照实施例1的方法、步骤和程序，制备形成液态的固化剂。
53.待液态的固化剂冷却后烘干至固态，室温静置240min，粉碎成粉末，得到复合型固化剂。
54.将制得的复合型固化剂粉末与高液限土体按1:1500的质量份比例充分混合，制备成最优含水率的土样，并测试土样的液限、塑限和强度，强度测试的试样为：
ϕ
50mm
×
50mm圆柱体试样，并作3个平行，将试样放入恒温恒湿箱中，养护7天。测试结果表明，添加该复合型固化剂后，土样的液限比原土样降低18.2%，塑限提升13.7%，采用万能试验机测试土样强
度无侧限抗压强度，得到无侧限抗压强度平均值为401.3kpa，强度较原样提升24.4%。
55.以上所述仅是本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以增加、修饰或改变固化剂的若干组分，这些增删、替换和改进也应视为本发明的保护范围。