公路稳定粘性土复合固化材料制造技术

本发明专利技术是在石灰、硅酸盐水泥熟料中添加合成含硫、铝、钙高性能无机吸水增强材料改性而成的复合粘性土固化材料，它与粘性土均匀拌和，有较好的吸水性，使土块砂质化，属延迟硬化的迟硬性材料，便于施工压实，具有早强性和长期强度增长特性，收缩性小以及高的抵抗干湿循环，冻融循环的耐久性，主要用于公路粘性土路基与路面基层的固化处理，也可用于湿软地基的加固处理。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在石灰、水泥中添加合成硫、铝、钙无机材料改性而成的复合固化材料，主要用于公路粘性土路基与路面基层的固化处理，也可用于湿软地基的加固处理。我国东南沿海与低洼潮湿地带，以及缺乏砂石地区，广泛分布有粘性土。这种土常具有天然含水量高、塑性指数大，含有机质等特点。国内外的资料表明，当进行地基处理、路基填筑、路面基层加固时，除可能翻晒或置换外，仍使用石灰、水泥、粉煤灰等结合料进行稳定处理，但对塑性指数大，含有机质的土，现有标准规范均规定不宜使用。水泥对粘土特别是含有机质的土稳定效果差，压实性不好；石灰稳定粘性土，当含水量高，加大剂量亦难奏效，且抗冻性能差，易疲劳衰减破坏，早期强度低；石灰粉煤灰则因吸水性差，早期强度低，处理效果不好。因此现有材料稳定粘性土的方法都有局限性，效果不太理想。本专利技术是有效地利用石灰、水泥对粘土的有利因素，增加合成硫、铝、钙无机材料(具有高吸水性能和增强能力)改性而成的新型复合固化材料，它有利于施工，能够最有效地稳定粘性土(含有机质土)，达到加固公路路基、路面基层，以及湿软地基的目的。本专利技术是一种新型复合粘性土固化材料(New type of Compositestabilizer for Cohesive soil)简称NCS。NCS的组份为石灰、硅酸盐水泥熟料，再添加一种“SCA”材料(一种含硫、铝、钙的高性能无机吸水增强材料)进行改性而成的固化材料。其中生石灰所起作用是吸水和使土粒砂质化，固化后期与土粒发生火山灰反应提供后期强度，硅酸盐水泥熟料的作用是提供强度和增强土团粒之间的联结，“SCA”起强烈吸取土中水分使土粒凝聚，促进土粒砂化，并生成针状矿物(钙矾石)，提供早期强度和具有“微型加筋”作用，针对过湿土、路面基层及地基的特点，以三者不同的最佳配比(其中SCA有不同组成配比)，可以有效地降低粘性土含水量，改善压实性，增强稳定土强度、水稳性及抗冻融能力，减少固化土的收缩，达到就地利用不同粘性土(含有机质土)直接加固路基修建路面基层的目的。NCS固化材料的配比范围为石灰硅酸盐水泥熟料“SCA＝(35-60)∶(15-50)∶(10-40)。根据不同粘性土特性配制NCS固化材料系列产品NCS-1适用于塑性指数为12-20的粘性土；NCS-2适用于塑性指数为15-25的粘性土、含有机质土、黑龙江黑土；NCS-3适用于塑性指数为10-17的粘性土、盐渍土、黄土；NCS-4适用于塑性指数为18-35的粘土、高含水量粘土、有机土、膨胀土。NCS系列产品组份配比(％)如表1表1 </tables>NCS系列产品添加剂“SCA”化学成分(％)如表2表2 </tables>当粘性土中加入NCS固化材料后，土粒及NCS两者都发生了一系列物理、化学及物理化学的变化。土粒所起的变化 由于NCS固化材料与水接触后能释出较多的高价阳离子，如Ca2+和Al3+。这些阳离子能进入土的胶粒扩散层乃至吸附层中，中和胶核表面的负电荷使ζ电信下降，扩散层减薄，水分供NCS水化反应，致使土壤含水量下降。土粒之间互相靠近，加上微小的土粒子具有很高的比表面积，在表面能的作用下相互吸附，土粒之间接触点增多，土粒子移动受约束，从而彼此聚集成为几十微米的土团粒。土的结构逐渐由松散的凝聚结构转变成为更紧密、团粒化和砂质化的结构。随着时间的推移，土粒在NCS水化反应产生的Ca(OH)2作用下，其主要成分即铝硅酸盐粘土矿物的结构开始解体，而释出SiO44-和AlO45-阴离子。这些阴离子在液相中与Ca2+离子产生化学反应便生成新的水化产物--水化硅酸钙和水化铝酸钙。这些水化产物的形成使土体结构进一步强化，使土表现出较好的后期强度和水稳性。NCS产生的变化 石灰、硅酸盐水泥熟料和SCA三者合理配合的NCS固化材料，它加入粘性土中后，逐渐吸取土中游离水及土团粒扩散层变薄所释放出的水分，并且进行化学反应，反应方程式如下分子量 56.08 18.02 74.10密度3.34 1.00 2.23固相绝对体积16.79 33.23由此可计算得出，石灰水化后固相体积增大97.92％，水化所需水量为0.321。同理，硅酸盐水泥熟料和SCA中主要矿物C3S、C3A、C4A3S水化反应时固相体积增加量和水化所需水量可由以下化学反应方程式计算得出反应式 固相体积增大反应需水量％2C3S+6H2O→2C1.5SH1.5+3Ca(OH)263.7 0.237C3A+3CaSO4·2H2O+26H2O→ 132 0.595C3A·3CaSO4·32H2OC4A3S-+8CaSO·2H2O+6Ca(OH)2+74H2O→3C3A·3CaSO4·32H2O122 0.548以上化学反应式固相体积增大百分数和水化需水量分别为63.7、0.237；132、0.592；和122、0.548。因此，这些矿物组成均能较多地吸取原始土中的水分，特别是C3A和C4A3S矿物，由于形成含32个结晶水的钙矾石，吸水量均达50％以上，固相体积增量均在120％以上。生成物固相体积的增加，则必然会填充土团粒间的孔隙，使加固土变得致密。水泥熟料的主要水化产物为C-S-H凝胶，是纤维卷曲状及微小而不完整的微晶体。尺寸大小处于胶体范围，有极高的比表面积。因而单位体积内彼此接触点数目增多，除范德华引力外，还由于表面静电不平衡而形成化学键结合，因此提供整个加固土的强度。NCS固化材料水化产生的钙矾石为针状晶体，当它密集连生和交叉结合在一起时，就构成为一个晶体骨架，与C-S-H凝胶和六方板状Ca(OH)2晶体交织在一起形成具有三维空间结晶网架的结构。此种结构有别于土的松散凝聚结构，而能赋予加固土较好的强度。因此，随着NCS固化材料的水化反应，加固土中形成一牢固的对土起增强作用的结晶网架结构。还有，NCS固化材料水化早期即能生成钙矾石，能提高早期强度。随钙矾石针状晶体的生长和伸展，能插入土团粒的缝隙中，起着一种“微型加筋”的增强作用。施工时应在合适的含水量条件下力求将土团打碎，使其与NCS固化材料充分搅匀，以减少大土团的夹杂而影响加固土的强度。这里，还要指出石灰的主要作用。钙矾石晶体的形成与液相中的碱度有着密切的关系，当其在饱和CaO溶液中，钙矾石靠近原始矿物相表面成团生长，主要提供体积膨胀，对于填充孔隙有利，当其在不饱和CaO溶液中，钙矾石相在远离原始矿物的液相中生成析出，呈分散分布，交叉生长形成网架结构，主要对强度起作用。一般希望在固化早期有足够的膨胀来填充孔隙，后期当结构强度形成后，则要避免强烈膨胀而引起结构内局部应力而导致强度下降。为达到此目的，就通过石灰来调节，使之在固化初期，保证液相中CaO能饱和，后期随着石灰被土团的火山灰反应所消耗，液相中CaO浓度不断下降。另外，当CaO浓度下降时形成的低碱度C-S-H(C/S≤1.5)凝胶，与高碱度C-S-H凝胶相比具有更多的共价键Si-O和较少的Ca-O离子键，因而强度较高。由上面的分析可以知道，只有当石灰、硅酸盐水泥熟料和SCA三者之间以合适的比例配合时才能使NCS固化材料能获得理想的固化效果。上述分析亦可说明，NCS固化材料的效果较之单独掺加石灰或水泥更为优越。单本文档来自技高网...

【技术保护点】
独立权利要求如下：本专利技术是一种新型复合粘性土固化材料（Ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ ｆｏｒ Ｃｏｈｅｓｉｖｅ ｓｏｉｌ）简称ＮＣＳ。ＮＣＳ的组份为石灰、硅酸盐水泥熟料，再添加一种“ＳＣＡ”材料（一种含 硫、铝、钙的高性能无机吸水增强材料）进行改性而成的固化材料。其中生石灰所起作用是吸水和使土粒砂质化，固化后期与土粒发生火山灰反应提供后期强度，硅酸盐水泥熟料的作用是提供强度和增强土团粒之间的联结，“ＳＣＡ”起强烈吸取土中水分使土粒凝聚，促进土粒砂化，并生成针状矿物（钙矾石），提供早期强度和具有“微型加筋”作用，针对过湿土、路面基层及地基的特点，以三者不同的最佳配比（其中ＳＣＡ有不同组成配比），可以有效地降低粘性土含水量，改善压实性，增强稳定土强度、水稳性及抗冻融能力，减少固化土的收缩，达到就地利用不同粘性土（含有机质土）直接加固路基修建路面基层的目的。ＮＣＳ固化材料的配比范围为石灰∶硅酸盐水泥熟料∶“ＳＣＡ＝（３５～６０）∶（１５～５０）∶（１０～４０）。根据不同粘性土特性配制ＮＣＳ固化材料系列产品：ＮＣＳ －１适用于塑性指数为１２～２０的粘性土；ＮＣＳ－２适用于塑性指数为１５～２５的粘性土、含有机质土、黑龙江黑土；ＮＣＳ－３适用于塑性指数为１０～１７的粘性土、盐渍土、黄土；ＮＣＳ－４适用于塑性指数为１８－３５的粘土、高含水量粘土、有机土、膨胀土。ＮＣＳ系列产品组份配比（％）如下：＊＊＊。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世基，
申请(专利权)人：北京欣路特科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]