【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑材料制备，具体涉及一种水泥基粉粘土固化剂及固化方法。
技术介绍
1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。随着经济和社会的发展，我国公路基础设施建设到达了一个新的阶段。山东境内滨海路基工程中经常会遇到强度低、难以压实的低液限粉粘土。由于这种粘土含水率较低，粉土颗粒间黏结性弱，在工程中直接应用时极易产生湿化变形带来的稳定性差的问题，进而造成灾害频发。如何有效利用这些大量的粉粘土资源成为面临的难题。目前工程中常用的方法是在粉粘土中掺入水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料，或添加有机固化剂与微生物诱导固化。固化材料发生水化、聚合等一系列化学反应后将粉粘土颗粒胶结在一起，从而提高粉粘土路基的稳定性和强度。
2、然而，有机类固化材料通常强度较低，无机类固化材料（如水泥、石灰等）掺入到土中后产生碱性的水化产物氢氧化钙，其受海水冲击进入海洋后会对水生动植物产生不利影响。另外，由于水泥充分水化时需要较大的水胶比，采用传统无机材料固化低液限粉粘土存在用水量矛盾的问题，即：施工时考虑到压实度的要求，通常选用的含水率在粉粘土的最佳含水率附近，而低液限粉粘土的最佳含水率较低，这使得掺入的起固化作用的水泥得不到充分水化，不能满足快速获得固化强度的要求。而如果提高含水率满足水化需求又极易导致粉粘土处于流态状态，造成粉粘土路基溃散的问题。因此，有必要寻求低用水量、早强、对环境友好的新型固化材料，以大规模利用路基工程性质不佳的
技术实现思路
1、针对上述的问题，本专利技术提供一种水泥基粉粘土固化剂及固化方法。该固化剂具有低用水量、低ph、对环境友好、快硬早强的特点。具体地，本专利技术的技术方案如下所示。
2、首先，本专利技术提供一种水泥基粉粘土固化剂，包括如下组分：磷酸镁水泥76~212重量份、复合粉体200~250重量份、改性剂37~56重量份。其中：所述复合粉体包括矿物粉体和六偏磷酸钠，二者质量比为33~99：1，所述矿物粉体包括伊利石粉和填料，二者质量比为1：0.5~1。所述改性剂包括氯化钠和硼酸，二者质量比为18~54：1。
3、进一步地，所述磷酸镁水泥的主要成分包括重烧氧化镁和磷酸二氢铵。可选地，所述重烧氧化镁和磷酸二氢铵的质量比为1：1~2。
4、进一步地，所述填料包括石英粉、云母粉等中的至少一种。可选地，所述填料的细度不小于400目。
5、进一步地，所述矿物粉体的细度不小于400目。
6、其次，本专利技术提供一种粉粘土的固化方法，包括如下步骤：
7、（1）将粉粘土烘干后磨细，然后加入所述复合粉体将两者混合均匀，即得混合粉粘土。
8、（2）向所述混合粉粘土中加拌合水使其含水率保持在所述粉粘土的最佳含水率范围内，然后进行静置焖料，完成后得到湿土。
9、（3）将所述磷酸镁水泥和改性剂混合均匀，得到干粉料。将该干粉料与所述湿土混合均匀后补水至含水率保持在所述粉粘土的最佳含水率范围内，搅拌均匀后得到预处理粉粘土。将其立即用于需要固化土的场所，然后养护至固定龄期，即可。
10、进一步地，上述固化方法中，每1000重量份所述粉粘土对应上述各组分及其比例形成的所述固化剂。
11、进一步地，步骤（1）中，所述粉粘土的液限不大于50%，最佳含水率在9~16%之间。
12、进一步地，步骤（2）中，所述静置焖料的时间为24~48小时。通过焖料便于水分更加均匀地分布到所述混合粉粘土中。
13、进一步地，步骤（3）中，所述搅拌时间为2~3min，搅拌时间不宜过长，避免所述磷酸镁水泥凝结而影响预处理粉粘土的流动性。
14、相较于现有技术，本专利技术的技术方案至少具有以下方面的有益效果：
15、（1）本专利技术的粉粘土固化剂以磷酸镁水泥为胶凝材料，其在进行水化反应时用水量较少，而且具有早强、低碱度的特性，从而能够更好地对最佳含水率较低的粉粘土进行固化，避免了为保证水泥胶凝材料充分水化而提高含水率容易造成粉粘土构成的路基结构溃散的问题。另外，本专利技术的固化剂还具有低碱度的特点，经过测试，相较于含有传统的硅酸盐水泥等胶凝材料的固化剂的ph（11~12）低了2~3，从而在用于滨海路基的建设时具有更好的环境友好性。
16、（2）本专利技术还采用所述复合粉体进一步提高了对粉粘土的固化效果，提高了固化后粉粘土路基的强度。其中：所述复合粉体中伊利石粉具有对粉粘土的活性进行激发的作用，这是由于伊利石粉增加了粉粘土颗粒表面的永久电荷，从而使粉粘土具有更强的对阳离子和水分子的电荷吸附能力，同时添加伊利石粉后的粉粘土颗粒的表面能增大。因此，经过伊利石粉对粉粘土颗粒的表面改性后，增强了粉粘土的吸附活性，使粉粘土能够更好地吸附阳离子（所述改性剂中氯化钠溶解释放的na+、磷酸镁水泥释放的mg2+和nh4+等），从而更加充分地促使粉粘土颗粒与磷酸镁水泥提供的磷酸根结合生成水化产物（na-鸟粪石与鸟粪石），增强了磷酸镁水泥对粉粘土颗粒的粘结强度。同时，所述伊利石层间的k+还能与氯化钠提供的na+进行离子交换，进而释放k+。而所述复合粉体中的六偏磷酸钠使所述矿物粉体中颗粒表面的电荷增加，使一部分矿物粉体在孔隙水中处于分散悬浮状态，从而使所述矿物粉体中的伊利石粉在粉粘土孔隙溶液中的分布更加均匀，便于伊利石层间的所述k+能与所述氯化钠释放的na+进行离子交换。释放的所述k+参与到磷酸镁水泥的水化反应中后生成的含k的水化产物相较na-鸟粪石具有更高的稳定性，从而使固化后的粉粘土路基结构具有更高的强度和体积稳定性。所述复合粉体中的填料能够对粉粘土中的孔隙进行填充，从而提高固化后粉粘土路基的抗压强度和抗渗性能。
17、（3）本专利技术还采用所述改性剂进一步提高了对粉粘土的固化效果。所述改性剂中的硼酸溶解在粉粘土的孔溶液中后呈酸性，从而在磷酸镁水泥水化过程中促进所述重烧氧化镁的溶解，提高mg2+的浓度，从而促进磷酸镁水泥的水化，提升早期固化强度。同时，所述六偏磷酸钠释放的磷酸盐提高了粉粘土孔隙溶液中磷酸根的含量，从而促进磷酸镁水泥的水化，生成更多的水化胶凝产物，增加粉粘土颗粒的粘结强度，强化对粉粘土的固化效果。同时，所述改性剂中的氯化钠提供的氯离子能够与磷酸镁水泥发生化学反应后生成新水化产物5mg(oh)2·mgcl2·8h2o。这种新水化产物为更小的颗粒状，能有效地填充磷酸镁水泥的主要水化产物鸟粪石与土颗粒间遗留下的孔隙，进一步减小孔隙率，增强了固化后粉粘土路基结构的早期强度。
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1.一种水泥基粉粘土固化剂，其特征在于，包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的水泥基粉粘土固化剂，其特征在于，所述磷酸镁水泥的主要成分包括重烧氧化镁和磷酸二氢铵。
3.根据权利要求2所述的水泥基粉粘土固化剂，其特征在于，所述重烧氧化镁和磷酸二氢铵的质量比为1：1~2。
4.根据权利要求1所述的水泥基粉粘土固化剂，其特征在于，所述填料包括石英粉、云母粉中的至少一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的水泥基粉粘土固化剂，其特征在于，所述矿物粉体的细度不小于400目；或者，所述填料的细度不小于400目。
6.一种粉粘土的固化方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的粉粘土的固化方法，其特征在于，每1000重量份所述粉粘土对应各组分及其比例形成的所述固化剂。
8.根据权利要求6所述的粉粘土的固化方法，其特征在于，步骤（1）中，所述粉粘土的液限不大于50%，最佳含水率在9~16%之间。
9.根据权利要求6所述的粉粘土的固化方法，其特征在于，步骤（2）中，所述静置焖料的时间为2
10.根据权利要求6-9任一项所述的粉粘土的固化方法，其特征在于，步骤（3）中，所述搅拌时间为2~3min。
...【技术特征摘要】
1.一种水泥基粉粘土固化剂，其特征在于，包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的水泥基粉粘土固化剂，其特征在于，所述磷酸镁水泥的主要成分包括重烧氧化镁和磷酸二氢铵。
3.根据权利要求2所述的水泥基粉粘土固化剂，其特征在于，所述重烧氧化镁和磷酸二氢铵的质量比为1：1~2。
4.根据权利要求1所述的水泥基粉粘土固化剂，其特征在于，所述填料包括石英粉、云母粉中的至少一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的水泥基粉粘土固化剂，其特征在于，所述矿物粉体的细度不小于400目；或者，所述填料的细度不小于400目。
【专利技术属性】
技术研发人员：裴妍，范旭涵，张庆松，张连震，王炳楠，洪振皓，汤世豪，何峙江，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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