本發(fā)明屬建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種早強(qiáng)微膨脹型土壤固化劑及制備方法。

背景技術(shù)：

土壤固化劑是一種由多種有機(jī)、無機(jī)材料合成的新型環(huán)保節(jié)能的工程材料。施工過程中固化劑和土壤混合均勻，在外加壓力作用下土壤顆粒間的間距變小，并和固化劑發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，以達(dá)到填充顆粒間空隙、改善土壤顆粒表面特性和生成凝膠物質(zhì)凝聚土壤的作用。土壤固化劑具有生產(chǎn)原料來源廣泛、可就地取材、施工工藝簡單、工程造價低等多種優(yōu)點，所以采用土壤固化劑穩(wěn)定固土從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境保護(hù)等方面都具有十分重要的意義。目前工程上采用的土壤固化劑種類較多，其中水泥基土壤固化劑和石灰基土壤固化劑應(yīng)用較為普遍。

水泥基土壤固化劑主要通過水泥熟料水化生成水化硅酸鈣等水化產(chǎn)物，與土壤顆粒發(fā)生各種物理化學(xué)反應(yīng)，并將砂石等骨料膠結(jié)成整體，可顯著提高固化土體強(qiáng)度。石灰基土壤固化劑是在生石灰與土壤混合后，通過吸水膨脹、放熱及水化反應(yīng)等作用生成Ca(OH)₂，再與其他礦物摻合料作用生成凝膠相，進(jìn)而提高土體強(qiáng)度。但是在長期的土壤固化工程實踐中，人們逐漸意識到，采用水泥進(jìn)行土壤固化一般收縮性較大，開裂風(fēng)險較高，并且對土質(zhì)的適應(yīng)性較差。相比之下，采用石灰類材料固化土壤的效果較好。且石灰本身早期強(qiáng)度低，抗?jié)B性差，限制了石灰基土壤固化劑的廣泛應(yīng)用。因此，發(fā)展一種早期強(qiáng)度高、水穩(wěn)性好、具有微膨脹特性的土壤固化劑則顯得尤為重要。

稻殼是大米加工的主要副產(chǎn)物，在我國每年稻殼的產(chǎn)量超過4000萬t。如果不加以合理利用，不但會造成資源的浪費，還會給周邊的環(huán)境帶來巨大壓力。稻殼灰作為稻殼燃燒后的產(chǎn)物，其比表面積大，主要成分為SiO2，具有很高的火山灰活性，能夠改善石灰的早期強(qiáng)度及抗?jié)B性等性能。因此在石灰基土壤固化劑中，稻殼灰可作為一種早強(qiáng)促進(jìn)和抗?jié)B提升劑摻入使用，這不僅實現(xiàn)了稻殼灰的可循環(huán)利用，變廢為寶，而且對保護(hù)生態(tài)環(huán)境，貫徹可持續(xù)發(fā)展理念具有深遠(yuǎn)的實際意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種土壤固化劑及制備方法。

為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下：

一種早強(qiáng)微膨脹型土壤固化劑，其組成按重量份數(shù)計如下：

所述石灰類原料為消石灰、生石灰、電石渣的任意一種或混合；所述早強(qiáng)促進(jìn)及抗?jié)B提升劑為稻殼灰或白炭黑或者其組合；所述活性增進(jìn)材料為粉煤灰或礦渣粉或者其組合；所述微膨脹劑為天然石膏、硬石膏、磷石膏、氟石膏的任意一種或混合。

按上述方案，優(yōu)化的組成按重量份數(shù)計如下：

按上述方案，優(yōu)化的組成按重量份數(shù)計如下：

按上述方案，所述早強(qiáng)促進(jìn)及抗?jié)B提升劑為稻殼灰。

按上述方案，所述活性增進(jìn)材料為粉煤灰。

按上述方案，所述微膨脹劑為磷石膏。

上述早強(qiáng)微膨脹型土壤固化劑的制備方法，包括以下步驟：

將石灰類原料、早強(qiáng)促進(jìn)及抗?jié)B提升劑、活性增進(jìn)材料、微膨脹劑混合粉磨，制得土壤固化劑。

按上述方案，采用球磨機(jī)混合粉磨至比表面積大于350cm²/g；或0.08mm篩余小于10％。

石灰類原料的主要作用在于保證本發(fā)明土壤固化劑的強(qiáng)度形成，保證土壤固化體系中的堿性環(huán)境。

早強(qiáng)促進(jìn)及抗?jié)B提升劑的主要作用在于利用其中的納米活性氧化硅與堿的快速反應(yīng)及微集料填充作用，促進(jìn)固化土體的早強(qiáng)形成，改善土體的抗?jié)B性能。

活性增進(jìn)材料的主要作用在于利用其中的活性物質(zhì)在堿性環(huán)境中可持續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生水化產(chǎn)物，一方面逐漸增進(jìn)固化土體的強(qiáng)度，保證后期強(qiáng)度，另一方面提高土體密實度，提高抗?jié)B性。

微膨脹劑的主要作用在于補(bǔ)償土體收縮，抑制開裂。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有的有益效果在于：

通過早強(qiáng)促進(jìn)及抗?jié)B提升劑等的作用，顯著提高了石灰類土壤固化劑固化土體的早期強(qiáng)度，縮短了固化周期，提升了土體的水穩(wěn)定性能。

通過活性激發(fā)劑的作用，實現(xiàn)了固化土體強(qiáng)度的可持續(xù)增長。

通過微膨脹劑的作用，實現(xiàn)了固化土體的微膨脹性能，抑制收縮開裂；同時，可大量采用電石渣、粉煤灰、礦渣、稻殼灰、磷石膏等固體廢棄物，經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益顯著。

具體實施方式

以下實施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)效果，但不作為對權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。

以下具體實施例中，所用的石灰均來自武漢某石灰廠；所用的稻殼灰均來自合肥某農(nóng)副產(chǎn)品加工廠；所用的粉煤灰均來自重慶某發(fā)電廠；所用的磷石膏均來自巢湖某石膏生產(chǎn)廠；所用的土均來自武漢某工地。

實施例1：

根據(jù)本發(fā)明具體實施方式，所用土壤固化劑按質(zhì)量份計，其原料組成為：石灰23份，稻殼灰12份，粉煤灰60份，磷石膏4份。

將上述原料按質(zhì)量配比后，于球磨機(jī)中混合粉磨至比表面積大于350cm²/g，或0.08mm篩余小于10％。以6％的摻入量加入到所用土中，測得固結(jié)土試塊7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)2.23MPa，滲透系數(shù)為2.13×10^-5k/(cm·s^-1)。

實施例2：

根據(jù)本發(fā)明具體實施方式，所用土壤固化劑按質(zhì)量份計，其原料組成為：石灰23份，稻殼灰18份，粉煤灰60份，磷石膏4份。

將上述原料按質(zhì)量配比后，于球磨機(jī)中混合粉磨至比表面積大于350cm²/g，或0.08mm篩余小于10％。以6％的摻入量加入到所用土中，測得固結(jié)土試塊7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)2.67MPa，滲透系數(shù)為1.02×10^-5k/(cm·s^-1)。

實施例3：

根據(jù)本發(fā)明具體實施方式，所用土壤固化劑按質(zhì)量份計，其原料組成為：石灰23份，稻殼灰18份，粉煤灰60份，磷石膏7份。

將上述原料按質(zhì)量配比后，于球磨機(jī)中混合粉磨至比表面積大于350cm²/g，或0.08mm篩余小于10％。以6％的摻入量加入到所用土中，測得固結(jié)土試塊7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)2.84MPa，滲透系數(shù)為6.23×10^-6k/(cm·s^-1)。

實施例4：

根據(jù)本發(fā)明具體實施方式，所用土壤固化劑按質(zhì)量份計，其原料組成為：石灰23份，稻殼灰18份，粉煤灰60份，磷石膏7份。

將上述原料按質(zhì)量配比后，于球磨機(jī)中混合粉磨至比表面積大于350cm²/g，或0.08mm篩余小于10％。以8％的摻入量加入到所用土中，測得固結(jié)土試塊7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)3.02MPa，滲透系數(shù)為3.45×10^-6k/(cm·s^-1)。

實施例5：

根據(jù)本發(fā)明具體實施方式，所用土壤固化劑按質(zhì)量份計，其原料組成為：石灰23份，稻殼灰18份，粉煤灰60份，磷石膏7份。

將上述原料按質(zhì)量配比后，于球磨機(jī)中混合粉磨至比表面積大于350cm²/g，或0.08mm篩余小于10％。以10％的摻入量加入到所用土中，測得固結(jié)土試塊7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)3.23MPa，滲透系數(shù)為1.11×10^-6k/(cm·s^-1)。

以上具體實施例表明，本發(fā)明的土壤固化劑能促進(jìn)固化土體的早強(qiáng)形成，改善抗?jié)B性能，且增加固化劑的摻量對土體的早期強(qiáng)度和水穩(wěn)性能也產(chǎn)生積極的影響。