一种防膨型复合土壤固化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种防膨型复合土壤固化剂及其制备方法，该土壤固化剂以水泥、石灰和氯化物作为无机改良剂，水性环氧树脂、碱激发剂、偶联剂、分散剂和稳定剂作为有机改良剂。固化剂分为A、B两组分，其中A组分是固体粉末；B组分为溶液。本发明专利技术结合无机膨胀土改良剂和有机膨胀土改良剂的特点，制备了防膨性复合土壤固化剂。无机组分石灰通过置换出吸附在土体颗粒周围的低价阳离子，使固定层界面上的电动电位值明显降低，促进土颗粒间的聚集凝结呈整体，使膨胀土水稳定性和强度提高。

A kind of anti swelling composite soil curing agent and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种防膨型复合土壤固化剂及其制备方法
本专利技术属于道路工程领域，尤其涉及一种防膨型复合土壤固化剂及其制备方法。
技术介绍
膨胀土是一种高涨缩性的土，其颗粒组成主要由亲水性较强的矿物伊利石和蒙脱土组成，具有较强的吸湿性，吸湿后土体膨胀软化，失水后收缩开裂，使膨胀土地区的建筑、铁路、公路、机场、水利工程等经常遭受巨大的破坏。我国每年因膨胀土造成的经济损失达1000多亿元，因此改良膨胀土成为亟需解决的问题。目前，国内外出现了多种膨胀土改良方法，主要有物理改良法、化学改良法、保湿法、换土法和生物改良法。其中，化学改良法是通过向膨胀土中掺入化学改良剂，使改良剂与膨胀土内的矿物发生化学反应，从而破坏矿物结构，提高膨胀土强度、减弱膨胀土的涨缩性已达到工程要求。化学改良法又分为无机改性剂改良法和有机改性剂改良法。无机改性剂改良法主要是采用水泥、粉煤灰、石灰、工业废渣等掺入到膨胀土中，使膨胀土双电层厚度降低进而达到膨胀土的涨缩性减弱的效果，但是该方法在拌和过程中费时费力，且容易造成环境污染。有机改良剂改良法是指向膨胀土中添加中和剂、磺化油、丙烯酸盐系列、环氧树脂系列等，使改良剂在土中发生聚合反应，形成不溶于土的高分子聚合物，改善膨胀土的的抗压及涨缩性能，但该方法工程费用往往较高，不适合大规模使用。因此，研究适于推广应用的防膨型土壤固化剂，对减少工程建设损失具有重要的意义。本专利技术制备一种防膨型复合土壤固化剂，通过有机改良剂和无机改良剂复配，有效地结合两种改良剂的特点，制备出价格低廉、环境友好、力学性能强、水稳定性好、防膨性高的复合土壤固化剂。无机组分水泥水化反应产生的Ca2+与土颗粒阳离子进行离子交换，使大量的土颗粒形成较大的土团。团粒化的结果使得土体更加密实，颗粒链接更加紧密，使强度也更大。石灰通过置换出吸附在土体颗粒周围的低价阳离子，使固定层界面上的电动电位值明显降低，促进土颗粒间的聚集凝结呈整体，使膨胀土水稳定性和强度提高。膨胀土中蒙脱土是吸水膨胀性最强的组分，但蒙脱土的晶层上下都是氧离子，晶层之间通过“氧桥”连接，这种连接里很弱，水分子和其他阳离子很容易进入从而使晶层间距扩大。氯化物含有大量的阳离子，能嵌入晶层中将水分子挤出，重新形成连接力较强的阳离子键，从而抑制土的水化膨胀作用。有机组分中分散剂分子溶于水发生电离，亲水基团朝向土颗粒，长碳链疏水基团一致朝外，吸附在土颗粒表面的结合水被基础，并在土粒表面形成一层疏水包裹膜。碱激发剂用于激发水泥和石灰与膨胀土颗粒之间离子交换、水化、凝胶团聚等化学反应。稳定剂通过大分子链上正电基团与带负电荷的土颗粒间静电引力来抑制土颗粒分散和运移，起到稳定土颗粒或土微粒的作用。水性环氧乳液长链分子能交换到土颗粒表面产生屏蔽作用，减少土颗粒中的吸附水，提高土颗粒间的粘结力。疏水偶联剂在土颗粒表面形成疏水层，阻隔土颗粒的膨胀吸水。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种防膨型复合土壤固化剂及其制备方法，该土壤固化剂以水泥、石灰和氯化物作为无机改良剂，水性环氧树脂、碱激发剂、偶联剂、分散剂和稳定剂作为有机改良剂。为了实现上述的专利技术目的，本专利技术所提供的具体技术方案如下：一种防膨性复合土壤固化剂分为A、B两组分，其中A组分是固体粉末，原料配比为水泥：石灰：氯化物质量比为1:0.5～2:0.005～0.01；B组分为溶液，水性环氧树脂40～65份，碱激发剂10～30份，偶联剂0.5～2份，分散剂0.5～1份，稳定剂0.5～5份。一种防膨性复合土壤固化剂用于固化膨胀土时，配合比为膨胀土90～98份，A组分2～10份，B组分0.02～0.1份。一种防膨性复合土壤固化剂的制备方法，包括以下步骤：S1.将水泥、石灰和氯化物按配比准确称量后机械搅拌30min；S2.水性环氧树脂制备：在80～100℃下，将适量的引发剂缓慢滴加到丙烯酸改性环氧中，升温至180℃反应3～5h后加入一定量的环氧树脂继续反应，60～80℃下滴加去离子水，直至变为水性环氧树脂乳液；S3稳定剂制备：在25～50℃恒温水浴中，向三口烧瓶中加入一定量的环氧氯丙烷，然后缓慢滴加胺溶液。滴加完毕后，将温度升至60～75℃，加入交联剂和引发剂，搅拌反应2～5h。反应完成后降温冷却，与80℃真空干燥箱中干燥；S4.称步骤S3制备稳定剂溶液缓慢滴加到步骤S2制备水性环氧树脂乳液中，室温搅拌1h后，依次加入碱激发剂、分散剂和偶联剂，继续高速搅拌2～5h，既得防膨性土壤固化剂B组分；所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥中任意一种或多种。所述石灰为生石灰。所述氯化物为氯化钾、氯化钠、氯化钙或氯化铝中任意一种或多种。所述环氧树脂为E51或E44中任意一种。所述丙烯酸改性环氧丙烯酸环氧共聚乳液。所述引发剂是过硫酸铵、异丙苯过氧化氢、过硫酸钾、过硫化氢等中的任意一种或多种。所述胺溶液是甲胺、二甲胺、四乙烯五胺等中的任意一种或多种。所述交联剂选自乙二胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸丙烯酯、聚乙二醇二缩水甘油醚、二乙烯基苯或二异氰酸酯中任意一种或多种。所述碱激发剂选自硅酸钠、硅酸钙、硅酸铝中任意一种或多种。所述分散剂选自十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵等系列阳离子型表面活性剂中的一种或多种。所述偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中任意一种或多种含有疏水基团的偶联剂。本专利技术结合无机膨胀土改良剂和有机膨胀土改良剂的特点，制备了防膨性复合土壤固化剂。无机组分石灰通过置换出吸附在土体颗粒周围的低价阳离子，使固定层界面上的电动电位值明显降低，促进土颗粒间的聚集凝结呈整体，使膨胀土水稳定性和强度提高。有机组分中分散剂分子溶于水发生电离，亲水基团朝向土颗粒，长碳链疏水基团一致朝外，吸附在土颗粒表面的结合水被基础，并在土粒表面形成一层疏水包裹膜。碱激发剂用于激发水泥和石灰与膨胀土颗粒之间离子交换、水化、凝胶团聚等化学反应。稳定剂通过大分子链上正电基团与带负电荷的土颗粒间静电引力来抑制土颗粒分散和运移，起到稳定土颗粒或土微粒的作用。水性环氧乳液长链分子能交换到土颗粒表面产生屏蔽作用，减少土颗粒中的吸附水，提高土颗粒间的粘结力。疏水偶联剂在土颗粒表面形成疏水层，阻隔土颗粒的膨胀吸水。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1准确称量水泥、石灰和氯化物后机械搅拌30min，其中水泥：石灰：氯化钾的质量比为1:0.5:0.007.将稳定剂缓慢滴加到水性环氧树脂乳液中，室温搅拌1h后，依次加入碱激发剂、分散剂和偶联剂，继续高速搅拌5h，其中自制水性环氧树脂40份，硅酸钠10份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.6份，十八烷基三甲基氯化铵0.5份，自制稳定剂0.7份。实施例2准确称量水泥、石灰和氯化物后机械搅拌30min，其中水泥：石灰：氯化钾的质量比为1:0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防膨型复合土壤固化剂，其特征在于：分为A、B两组分，其中A组分是固体粉末，原料配比为水泥：石灰：氯化物质量比为1:0.5～2:0.005～0.01；B组分为溶液，水性环氧树脂40～65份，碱激发剂10～30份，偶联剂0.5～2份，分散剂0.5～1份，稳定剂0.5～5份；/n一种防膨性复合土壤固化剂用于固化膨胀土时，配合比为膨胀土90～98份，A组分2～10份，B组分0.02～0.1份。/n

【技术特征摘要】
1.一种防膨型复合土壤固化剂，其特征在于：分为A、B两组分，其中A组分是固体粉末，原料配比为水泥：石灰：氯化物质量比为1:0.5～2:0.005～0.01；B组分为溶液，水性环氧树脂40～65份，碱激发剂10～30份，偶联剂0.5～2份，分散剂0.5～1份，稳定剂0.5～5份；
一种防膨性复合土壤固化剂用于固化膨胀土时，配合比为膨胀土90～98份，A组分2～10份，B组分0.02～0.1份。


2.一种防膨性复合土壤固化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1.将水泥、石灰和氯化物按配比准确称量后机械搅拌30min；
S2.水性环氧树脂制备：在80～100℃下，将适量的引发剂缓慢滴加到丙烯酸改性环氧中，升温至180℃反应3～5h后加入一定量的环氧树脂继续反应，60～80℃下滴加去离子水，直至变为水性环氧树脂乳液；
S3稳定剂制备：在25～50℃恒温水浴中，向三口烧瓶中加入一定量的环氧氯丙烷，然后缓慢滴加胺溶液；滴加完毕后，将温度升至60～75℃，加入交联剂和引发剂，搅拌反应2～5h；反应完成后降温冷却，与80℃真空干燥箱中干燥；
S4.称步骤S3制备稳定剂溶液缓慢滴加到步骤S2制备水性环氧树脂乳液中，室温搅拌1h后，依次加入碱激发剂、分散剂和偶联剂，继续高速搅拌2～5h，既得防膨性土壤固化剂B组分。


3.根据权利要求2所述的一种防膨性复合土壤固化剂的制备方法，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥中任意一种或多种；
所述石灰为生石灰；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭飞，孔恒，胡嵩，姜瑜，张之晔，于阳，张捷，施磊，聂磊，付晓健，孙丽千，王凯丽，王杰，于春波，高毅，
申请(专利权)人：北京市政建设集团有限责任公司，北京高新市政工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11