黑棉土固化剂及其制备方法及处置黑棉土地基的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及应用氯化钙(CaCl2)做辅助剂的十二烷基磺酸钠(SDS)的水溶液及稻糠灰在黑棉土公路地基处理中的一种加固技术。
【背景技术】
[0002]目前黑棉土地基的处理方法主要有:(I) 土性改良法，主要包括夯实法、物理改良法和化学改良法。夯实法实质是将黑棉土压实到所需要的形状。物理改良法是在黑棉土中掺加一定比例的无机结合料(如风积土、石灰、水泥、粉煤灰砂砾等)。化学改良法是用有机化学灌浆剂抑制黑棉土的胀缩性，改善黑棉土的工程性质。(2)保湿法。保湿法的原理是:保持黑棉土路基中的水分不变，从而阻止地基的胀缩变形，目前，比较成功的保湿措施有暗沟保湿、预湿法和帷幕保湿法。(3)换土法。换土法是一种将地基下黑棉土挖去而换成普通土类或灰土的方法，这一方法能彻底根治黑棉土的危害。
[0003]表面活性剂类固化剂也称离子固化剂，其固化强度高，因为表面活性剂的用量比起其他固化剂来小的多，所以成本比较低，而且是液体，用喷洒的方法就可以拌匀，施工比较简单，而且固化周期短，缩短施工时间，节省施工成本。常用的表面活性剂有石油磺化产品，例如十二烷基磺酸钠和十六烷基溴化铵等。表面活性剂处治黑棉土的机理为:当表面活性剂与土体混合后，其亲水头溶解在黑棉土矿物表面的吸附水层中，与其表面的金属阳离子结合，这种结合力是很大的。表面活性剂与粘土矿物的这种结合产生了以下结果:原来有很大活动性的金属阳离子现在被束缚在原位，这也阻止了离子与水结合成可溶体。而一旦油分子与粘土颗粒结合，其溶于油的疏水尾就被从颗粒表面上排出而围绕着粘土颗粒或在粘土层间形成一个油性层。这样，土壤中的水就被疏水尾排挤，以至于无需多大的机械力就可将其排出。
[0004]稻糠在世界各地广泛分布，作为大米加工的一种副产品常被认为没有什么用处而丢弃，处理稻糠的方法一般为通过燃烧而形成稻糠灰再进行处理。通过对稻糠灰进行化学分析发现其活性成分非常高，二氧化硅含量高达90%作用，可以作为潜在的火山灰材料使用。在黑棉土处治中可以应用稻糠灰的火山灰激发作用达到稳定黑棉土的目的。
[0005]基于以上认识，我们可以合理利用稻糠灰的火山灰作用和阴离子表面活性剂的渗透性和疏水性进行黑棉土地基的处治。不仅可以实现稻糠灰和黑棉土的回收利用，而且还可以保持水土，减少弃方，优化环境。
【发明内容】
[0006]技术问题:本发明的目的是在于提供一种黑棉土固化剂及其制备方法及处置黑棉土地基的方法，该固化剂为使用氯化钙(CaCl2)做辅助剂的十二烷基磺酸钠(SDS)水溶液，并在黑棉土地基处治中联合使用了固化剂和稻糠灰。在黑棉土表面喷洒使用氯化钙(CaCl2)做辅助剂的十二烷基磺酸钠(SDS)的水溶液(改良剂)可以加固土体，并在回填土和黑棉土间形成一层隔离层，为黑棉土的回填提供较好的外部条件。稻糠灰处治黑棉土的回填充分利用了开挖黑棉土，减少了弃方，节约了工程费用。
[0007]技术方案:本发明提供如下技术方案:
[0008]—种黑棉土固化剂，该固化剂由十二烧基磺酸钠和浓度为0.5mol/L的CaCl2按质量比1:1的比例配置而成。
[0009]一种制备黑棉土固化剂的方法，该方法包括如下步骤:
[0010]步骤1，配制氯化钙溶液，CaClj^浓度为0.5mol/L ；
[0011]步骤2，根据质量比十二烷基磺酸钠:氯化钙:黑棉土 =0.5:0.5:99.0获取所需十
[0012]二烷基磺酸钠的质量；
[0013]步骤3，将所需质量的十二烷基磺酸钠溶解于浓度为0.5mol/L CaCl2溶液中，即得到黑棉土固化剂。
[0014]一种处置黑棉土地基的方法，该方法包括如下步骤:
[0015]步骤1，首先进行黑棉土地基开挖，挖除深度以黑棉土埋深而定，开挖后在坑槽的侧面和底面分若干次喷洒黑棉土固化剂；
[0016]步骤2，挖除后的黑棉土用10%?15%稻糠灰加以处治，处治后的黑棉土分层回填至开挖槽内；
[0017]步骤3，每层回填处治土经碾压整平后在表面分若干次喷洒黑棉土固化剂。
[0018]有益效果:
[0019]①十二烷基磺酸钠(SDS)为阴离子表面活性剂，当其与土体混合后，其亲水头溶解在粘土矿物表面的吸附水层中，与其表面的金属阳离子结合，这种结合力是很大的。十二烷基磺酸钠(SDS)与粘土矿物的这种结合产生了以下结果:原来有很大活动性的金属阳离子现在被束缚在原位，这也阻止了离子与水结合成可溶体。而一旦油分子与粘土颗粒结合，其溶于油的疏水尾就被从颗粒表面上排出而围绕着粘土颗粒或在粘土层间形成一个油性层。这样，土壤中的水就被疏水尾排挤，以至于无需多大的机械力就可将其排出。因为氯化钙(CaCl2)可以增加黑棉土粘土胶体对表面活性剂的吸附量，所以使用氯化钙(CaCl2)做辅助剂十二烷基磺酸钠(SDS)的水溶液可以增强十二烷基磺酸钠(SDS)处治黑棉土的效果。同时由于黑棉土的裂隙性使得十二烷基磺酸钠(SDS)易于渗透到黑棉土体内部，具有一定的处治深度。因此，本发明的改良剂具有易于施工，不扰动土体的优点。
[0020]②稻糠灰处治黑棉土的回填实现了黑棉土和稻糠灰的回收利用，变废为宝，减少了弃方，降低了工程造价。
【具体实施方式】
[0021]本发明提供的黑棉土固化剂，该固化剂由十二烷基磺酸钠和浓度为0.5mol/L的0&(:12按质量比1:1的比例配置而成。
[0022]本发明还提供了一种制备所述黑棉土固化剂的方法，该方法包括如下步骤:
[0023]步骤1，配制氯化钙溶液，CaClJ^浓度为0.5mol/L ；
[0024]步骤2，根据质量比十二烷基磺酸钠:氯化钙:黑棉土 = 0.5:0.5:99.0获取所需十
[0025]二烷基磺酸钠的质量；
[0026]步骤3，将所需质量的十二烷基磺酸钠溶解于浓度为0.5mol/L CaCl2溶液中，即得到黑棉土固化剂。
[0027]本发明还提供了一种处置黑棉土地基的方法，该方法包括如下步骤:
[0028]步骤I，首先进行黑棉土地基开挖，挖除深度以黑棉土埋深而定，开挖后在坑槽的侧面和底面分若干次喷洒黑棉土固化剂；
[0029]步骤2，挖除后的黑棉土用10%?15%稻糠灰加以处治，处治后的黑棉土分层回填至开挖槽内；
[0030]步骤3，每层回填处治土经碾压整平后在表面分若干次喷洒黑棉土固化剂。
[0031 ] 实施例，一个地基开挖面长100m，宽20m，开挖深0.8m，开挖面处治厚度0.2m，一层回填压实厚度0.2m，分四层回填，本次仅考虑一层回填土的施工，其他层次类推获得，土的干密度为1.7X 103kg/m3。改良剂配置和施工步骤为:
[0032](I)计算所需处治的土的质量。侧面和底面所需处治土的质量为:IIi1= (100X2X0.8+100X20) Χ0.2X 1.7X 10 3= 734t，回填土质量为2 =100X20X0.2X 1.7X 103= 680t ；
[0033](2)计算所需稻糠灰质量:m3= m2X 10%= 680X10%= 68t ；
[0034](3)计算所需氯化钙(CaCl2)和十二烷基磺酸钠(SDS)质量。氯化钙(CaCl2)为IIi4= (m Jm2) X0.5 + 99 = (734+680) X0.5 + 99 = 7.lt，十二烷基磺酸钠(SDS)为 m5 =(Hi^m2) X0.5 + 99 = (734+680) X0.5 + 99 = 7.1t ；
[0035](4)配制浓度为0.5mol/L氯化钙(CaCl2)水溶液，称取氯化钙(CaCl2) 7.1t分散于128t水中，边撒边搅拌，待全部溶解后即为0.5mol/L氯化钙(CaCl2)水溶液；
[0036](5)称取十二烷基磺酸钠(SDS) 7.1t掺加到配制的0.5mol/L氯化钙(CaCl2)水溶液中，搅拌均匀，即为施工所用的改良剂；
[0037](6)开挖地基，开挖后在坑槽侧面和底面喷洒改良剂，经反复多次喷洒，直至形成所要求的表面改良层厚度；
[0038](7)称取稻糠灰68t掺加到680t黑棉土中，拌匀后回填至地基坑槽内，经碾压后整平；
[0039](8)待回填土充分开裂后喷洒改良剂，经反复多次喷洒，直至改良剂渗入全部填土层内。
【主权项】
1.一种黑棉土固化剂，其特征在于，该固化剂由十二烷基磺酸钠和浓度为0.5mol/L的0&(:12按质量比1:1的比例配置而成。
2.一种制备权利要求1所述黑棉土固化剂的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 步骤1，配制氯化妈溶液，08(:12的浓度为0.5mol/L ； 步骤2，根据质量比十二烷基磺酸钠:氯化钙:黑棉土 =0.5:0.5:99.0获取所需十二烷基磺酸钠的质量； 步骤3，将所需质量的十二烷基磺酸钠溶解于浓度为0.5mol/L CaCl2溶液中，即得到黑棉土固化剂。
3.一种处置黑棉土地基的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 步骤1，首先进行黑棉土地基开挖，挖除深度以黑棉土埋深而定，开挖后在坑槽的侧面和底面分若干次喷洒黑棉土固化剂； 步骤2，挖除后的黑棉土用10%?15%稻糠灰加以处治，处治后的黑棉土分层回填至开挖槽内； 步骤3，每层回填处治土经碾压整平后在表面分若干次喷洒黑棉土固化剂。
【专利摘要】本发明提供了一种黑棉土处治固化剂及其配置方法及处置黑棉土地基的方法。固化剂由十二烷基磺酸钠溶于水中按比例配置而成。该方法包括如下步骤：步骤1：配制氯化钙，CaCl2的浓度为0.5mol/L；步骤2：根据质量比十二烷基磺酸钠：氯化钙：干土＝0.5:0.5:99.0获取所需十二烷基磺酸钠的质量；步骤3：将所需质量的十二烷基磺酸钠溶解于浓度为0.5mol/L CaCl2溶液中。本发明的由上述配置方法制成的固化剂具有易于施工，不扰动土体的优点。
【IPC分类】C09K103-00, C09K17-40, E01C3-04
【公开号】CN104531161
【申请号】CN201410798289
【发明人】黄晓明, 李昶, 程永振
【申请人】东南大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月18日