一种冻土稳定剂及其制备方法和使用方法技术

本发明专利技术涉及冻土改良领域，公开了一种冻土稳定剂及其制备方法和使用方法，包括任意比例的A剂和B剂，其中：每份A剂包括以质量份数计的以下组分：强酸性阳离子交换树脂，水，每份B剂包括以质量份数计的以下组分：复合有机胶，环氧改性硅油，聚醚改性硅油，复合乳化剂，水。本发明专利技术具有以下优点和效果：本申请中，强酸性阳离子交换树脂可以将土壤颗粒表面的强亲水性金属离子交换成弱亲水性金属离子，使得细粒土颗粒对表面的水层吸附力下降，促进冻土水分的排出。另一方面，B剂是一种具有粘结效果的乳浊液。在B剂进入土壤颗粒之间的毛细管内时，水相的复合有机胶主要将细粒土之间互相粘附起来，形成粗粒土，以降低表面积。以降低表面积。

【技术实现步骤摘要】
一种冻土稳定剂及其制备方法和使用方法


[0001]本申请涉及冻土改良
，具体涉及一种冻土稳定剂及其制备方法和使用方法。

技术介绍

[0002]目前，凡具有负温或零温、其中含有冰的各种土都称为冻土。冬季冻结、夏季融化的土层称为季节冻土。冻结状态持续三年以上的土层称为多年冻土或永久冻土，我国的冻土分布较广，约占全国总面积的75%，其中多年冻土为21.5%。冻土对温度极为敏感，对铁路的修建有非常大的影响。在冻结的状态下，冻土就像冰一样，随着温度的降低，体积发生膨胀，建在上面的路基和钢轨会被它顶起来。到了夏季，冻土发生融化，体积缩小，钢轨也就随之降下去。随着冻土的反复冻结、融化交替出现，就会造成路基严重变形，整个钢轨或路面出现高低不平，影响正常通车。如何治理冻土的危害，增强冻土的稳定性，确保工程的安全与质量，是举世关注的重大课题。
[0003]地基土产生冻胀的三要素是水分、土质和负温度。水分由下部土体向冻结锋面聚集的重分布现象，称为水分迁移。迁移的结果是在冻结面上形成了冰夹层和冰透镜体，导致冻层膨胀，地表隆起。含水量越大，地下水位越高，越利于聚冰和水分迁移。水份迁移通常发生在细粒土中，其中粉性土（轻亚粘土）最为强烈，冻胀率最大，因为它具有足够的表面能，又有使迁移水流畅通的渗透性。粗颗粒土虽有很大的孔隙，但形成不了毛细管，且表面能小，一般不产生水分迁移。土在冻结锋面处的负温梯度越大，越利于水分迁移，冻结速度越慢，迁移的水量越多，冻胀也越强烈。
[0004]目前国内已有防治冻土的方法主要有四种：保温隔热、碎块石路基、热棒以及遮阳板。（1）保温材料作为一种被动的保护冻土措施，只能延缓气温升高对多年冻土的影响，不能解决冬冻夏融过程中路基胀缩变形问题。同时还具有隔热也隔冷的反作用，以及不能保证良好的长期服役性。（2）碎块石路基能克服保温材料的不足，基于多孔介质中空气自然对流原理，利用天然冷源使碎块石路基温度场持续降低，从而达到多年冻土在冬季基本稳定，但它不能解决夏季冻土融沉问题。（3）热棒的工作原理是在冬季将地表面上的冷源均匀的输送到地下季节融化层，使其均匀冻结，克服不均匀冻胀引起的危害，但热棒夏季不工作，同样不能解决冻土的夏季融沉问题。（4）遮阳板是一种辅助措施，用来解决路基阴阳面的吸热不均问题，以减缓不同区域受阳光照射不同而使得解冻情况不同带来的危害，但是并没有真正解决气温变化带来的冻土使用问题。
[0005]四种防护方法对多年冻土的稳定能起到一定作用，但不能解决季节冻土融化层的冬胀夏沉问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种冻土稳定剂及其制备方法和使用方法，用来解决季节性冻土的冬胀夏沉问题 。
[0007]为达到以上目的，一方面，采取的技术方案是：本申请提供一种冻土稳定剂，所述冻土稳定剂包括任意比例的A剂和B剂，其中：每份A剂包括以质量份数计的以下组分：强酸性阳离子交换树脂：50
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65份水：100份每份B剂包括以质量份数计的以下组分：复合有机胶：20
‑
25份环氧改性硅油：10
‑
14份聚醚改性硅油：0.2
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0.4份复合乳化剂：0.5
‑
1.2份水：200份。
[0008]优选的，每份A剂还包括如下组分：聚合氯化铝：2
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3份氯化钠：1
‑
1.5份氯化钾：1
‑
1.5份复合乳化剂：1.5
‑
3份。
[0009]优选的，每份所述复合乳化剂包括：月桂酸：10
‑
15份硬脂醇聚醚
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21：12
‑
16份。
[0010]优选的，每份所述A剂还包括如下组分：中性支持电解质：6
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12份。
[0011]优选的，每份所述复合有机胶包括：硫酸淀粉酯：16
‑
22份阳离子聚丙烯酰胺：8
‑
12份明胶：10
‑
12份。
[0012]本申请还提供一种应用于前述冻土稳定剂的制备方法，包括调制A剂和调整B剂；所述调制A剂包括如下步骤：将强酸性阳离子交换树脂和水均匀搅拌调和成A剂；所述调制B剂包括如下步骤：将调制B剂所需的水分为四等份；将复合有机胶、一半的复合乳化剂和两份水充分混合均匀形成基液；将环氧改性硅油、剩余的复合乳化剂、一份水以及聚醚改性硅油混合并乳化形成乳液；将乳液分多次加入基液中，同时不停按照预设方向缓慢搅拌，混合完成后，继续搅拌，同时沿边沿加入剩余的水，最终得到B液。
[0013]本申请还提供一种基于前述冻土稳定剂的使用方法，包括如下步骤：采样探测目标地最大融化深度，同时利用样本确定A剂和B剂的用量；在目标地上均匀打灌注孔，灌注孔的间距在60
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100cm之间，灌注孔的孔径位于10
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15mm之间，灌注孔的深度为最大融化深度；
以预设压力将A剂从灌注孔中灌入，遮盖所有灌注孔的开口；在A剂灌注完至少一天后，打开灌注孔并以预设压力灌入所有的B剂；在灌注完B剂至少三天后，将所有灌注孔封闭夯实，完成冻土改良。
[0014]本申请还提供一种基于前述冻土稳定剂的使用方法，包括如下步骤：在目标地以预设时间间隔的频次采样，确定最大融化时间段；在最大融化时间段采集样本确定A剂和B剂的用量；将A剂以及B剂混合，在最大融化时间段内分多次喷洒到目标地表面，完成冻土改良。
[0015]本申请还提供一种基于前述冻土稳定剂的使用方法，包括如下步骤：在目标地取样，通过样本确定A剂和B剂的使用量；在目标地设置排水板，向排水板中加压注入A剂，并维持第一预设时间；在经过第一预设时间后，向排水板中加压注入B剂，维持第二预设时间；在排水板上铺设砂垫层和预压层，维持第三预设时间；拆除预压层和砂垫层，完成冻土改良。
[0016]本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：本申请的一种冻土稳定剂及其制备方法中，由于通常冻土冻胀效应主要是依靠细粒土对自由水的吸附效果实现的，而细粒土的吸附能力主要是土壤颗粒表面的亲水性金属离子，而强酸性阳离子交换树脂可以将土壤颗粒表面的强亲水性金属离子交换成诸如铝离子这样的弱亲水性金属离子，使得细粒土颗粒对表面的水层吸附力下降，促进冻土水分的排出。
[0017]另一方面，B剂是一种粘性乳液，其中水相部分是具有粘结效果的粘胶，而硅油相与水相不相容，而以小液滴的形式构成乳浊液。在B剂进入土壤颗粒之间的毛细管内时，水相的复合有机胶主要将细粒土之间互相粘附起来，形成粗粒土，以降低表面积，减少水层，而硅油液滴则是在毛细管内将水相分割为一段一段的，以避免土壤过度固结，使得冻土冬天的膨胀内应力无法释放，最终集中爆发影响上层建筑。
[0018]本申请中A剂和B剂应当配合使用，单独使用A剂，还是无法改变冻土颗粒结构，冻土在长期水份冲刷等因素的影响下容易恢复带水情况。而单独使用B剂则会因为冻土的土壤颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冻土稳定剂，其特征在于，所述冻土稳定剂包括任意比例的A剂和B剂，其中：每份A剂包括以质量份数计的以下组分：强酸性阳离子交换树脂：50
‑
65份水：100份每份B剂包括以质量份数计的以下组分：复合有机胶：20
‑
25份环氧改性硅油：10
‑
14份聚醚改性硅油：0.2
‑
0.4份复合乳化剂：0.5
‑
1.2份水：200份。2.根据权利要求1所述的一种冻土稳定剂，其特征在于，每份A剂还包括如下组分：聚合氯化铝：2
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3份氯化钠：1
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1.5份氯化钾：1
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1.5份复合乳化剂：1.5
‑
3份。3.根据权利要求1或2任一所述的一种冻土稳定剂，其特征在于，每份所述复合乳化剂包括：月桂酸：10
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15份硬脂醇聚醚
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21：12
‑
16份。4.根据权利要求1所述的一种冻土稳定剂，其特征在于，每份所述A剂还包括如下组分：中性支持电解质：6
‑
12份。5.根据权利要求1所述的一种冻土稳定剂，其特征在于，每份所述复合有机胶包括：硫酸淀粉酯：16
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22份阳离子聚丙烯酰胺：8
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12份明胶：10
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12份。6.一种应用于如权利要求1所述冻土稳定剂的制备方法，其特征在于，包括调制A剂和调整B剂；所述调制A剂包括如下步骤：将强酸性...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永烽，陈鑫勇，吉玉波，张凤维，孙宏伟，于宝来，朱超，耿殿魁，李一峰，孟伟超，李波，冷景岩，黄英儒，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司飞泰交通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：