一种软土固化剂
技术领域
本发明涉及土木建筑材料领域，尤其是涉及一种软土固化剂。
背景技术
软土一般是指呈软塑、流塑状态的黏性土，具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。软土是一类土的总称，并非指某一种特定的土，工程上常将软土细分为软黏性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土和泥炭等。
在外载荷作用下，软土基础会产生较大的沉降和不均匀变形，所以需要对软土进行固化处理，改变软土的物化结构，提高软土的承载力，保证建筑物的结构安全。固化剂是影响软土固化效果的重要因素之一。目前加固软土的通用做法是水泥搅拌法，采用水泥作为固化剂，其质量占原状土的10%到20%，通过搅拌机械在软土里喷射浆液或者雾状粉体，将水泥在软土中拌和均匀，在地基深处就地将软土固化成具有较高承载力的水泥固化土。
由于水泥主要是作为胶凝材料用来生产混凝土、砂浆等建筑材料的，作为软土固化剂只是其应用范围的外延，而不是针对软土固化的应用场景而专门生产的固化剂，所以水泥作为软土固化剂使用并不是最合适的应用现场。换句话说，水泥并不是最合适的软土固化剂，只是作为大宗建筑材料方便了其应用于软土固化，使用效果有时也还可以，所以在软土固化中使用水泥做固化剂也就比较常见。
水泥行业的飞速发展带来了无法忽视的环境问题，生产水泥过程中会产生不同程度的污染问题，而开山劈石所需要的能源、资源消耗巨大，会造成水土流失与生态失衡，进而加剧自然环境恶化。
与此同时，大宗工业固体废弃物如粉煤灰、电石渣、工业废石膏等带来的环境压力却日益严重，怎样将这些工业固废加以合理的再生利用，则是我国众多科研人员始终努力的方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种软土固化剂，该软土固化剂以工业废渣为主要原料，成本低且固化性能优良，为工业废渣的资源化利用起到了积极的推动作用。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的软土固化剂，是由原料矿渣粉、工业副产熟石膏、沸石粉、电石渣、粉煤灰、高吸水树脂、调凝剂按照下述质量百分比配制而成：
矿渣粉30～40％；工业副产熟石膏15～25％；沸石粉10～15％；电石渣10～30％；粉煤灰5～15%；高吸水树脂1～5%；调凝剂0.01～0.2%。
本发明所用的矿渣粉的比表面积≥400m2/kg，7d活性指数≥75%，含水率≤1.0%。
所用的粉煤灰45μm方孔筛筛余≤5%，烧失量≤5.0%，强度活性指数≥70%，含水率≤1.0%。
所用的工业副产熟石膏是由磷石膏、脱硫石膏、模具石膏、氟石膏、钛石膏中的一种或几种混合后通过高温处理得到，45μm方孔筛筛余≤5%。其中二水石膏和无水石膏总含量≥80％，处理时温度≥150℃，处理时间2小时以上。
所用的沸石粉为烘干的沸石粉，45μm方孔筛筛余≤10%。
所用的调凝剂为柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸、酒石酸钾、六偏磷酸钠、多聚磷酸钠中的一种或几种。
所用的高吸水树脂的吸水率大于150，粒径≤100μm。高吸水树脂为网状高分子无毒聚合物，有极强的吸水性能，一般可以吸收相当于树脂体积100倍以上的水分，最高的吸水率可达1000倍以上，一般作为医用材料，如尿布、卫生巾等，工业上亦用作堵漏材料。
所用的电石渣为电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣，经150～200℃烘干，%2045μm方孔筛筛余≤5%，碳含量≤5%，密封储存。
本发明制备的成品固化剂使用时，根据不同的技术要求，在土中的掺入量为5~25%。
本发明制备的以工业废渣为主要原料的软土固化剂与软土混合后，由于高吸水树脂的吸水性能极强，一般可以吸收相当于树脂体积100倍以上的水分，最高的吸水率可达1000倍以上，在高含水率的软土固化中起到了非常重要的作用，可以将自由水快速固化，体积快速膨胀，挤压土粒，使其结构紧密，为固化剂中其他组分产生机械强度提供密集空间和低水胶比环境，有利于固化剂发挥效能。熟石膏也能够快速固化软土中的自由水，迅速生成二水石膏，使土体产生结构骨架，具有一定的强度，并且在此变化的过程中会产生一定的体积膨胀，可以填充土粒间的空隙。然后，固化剂组分协同水化，逐步生成水化硅酸钙、钙矾石等产物，提高了土体的整体承载力，增强了固化土的稳定性。
本发明制备的以工业废渣为主要成分的软土固化剂可替代水泥应用于软土处治，具有免煅烧，节能环保等突出优势，同时较水泥有明显的价格优势，为粉煤灰、电石渣、工业副产石膏等资源化利用起到了积极的推动作用，具有广泛而深远的意义。
具体来说，本发明的有益效果具体体现在：
%201、本发明采用的原材料均为工业废渣，成本低廉，原材料来源广泛，具有良好的经济性和环保性。根据计算，本发明制备的以工业废渣为主要原料的软土固化剂比水泥降低成本约30%以上，价格优势显著，符合我国节能减排、绿色发展的产业政策，对工业废渣的资源化利用具有广泛而深远的意义。
2、本发明制备的以工业废渣为主要原料的软土固化剂能够根据施工地土的化学成分及性质，适当调整其配方比例，与各类土壤具有良好的适应性，具有良好的路用性能，应用前景广阔。
3、本发明制备的以工业废渣为主要原料的软土固化剂具有凝结时间短，固水能力强，固化土强度高等特点，可提高土壤颗粒间的吸附力，各种组分具有相互协同的作用，其水化产物在土壤颗粒间形成强度骨架，进一步提高土壤的承载性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做详细的说明，以便于本领域技术人员的理解和实施。
以下实施例仅是为清楚说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式作限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在下述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本发明精神所引出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
本发明所使用的工业废渣原材料的理化数据如下表1~表5：
表1%20所用原材料的主要化学成分
表2 原材料主要物理参数
表3 原材料主要物理参数
表4 原材料主要物理参数
表5 原材料主要物理参数
本发明实施例中采用的土样为河南省郑州示郑东新区贾鲁河边的粉质淤泥，基本参数如表6所示：含水率为65%，孔隙率大，压缩性高，无法满足工程建设需要。试验前将土样105℃烘干，过0.5 cm筛备用。
表6 土的性能参数
实施例1
本发明的软土固化剂是由矿渣粉30％、工业副产熟石膏25％、沸石粉11.95％、电石渣20％、粉煤灰10%、高吸水树脂3%、柠檬酸钠0.05%配制而成；
制备时，首先将矿渣粉、工业副产熟石膏、沸石粉、粉煤灰、高吸水树脂和柠檬酸钠依次加入搅拌机中，在1500r/min转速下，高速混合30 min，最后加入电石渣，继续搅拌混合20min后，装袋密封保存。
将制备的成品软土固化剂按照土壤干重的一定比例掺入土壤中，然后加入土壤干重65%的水，搅拌均匀并装入模具中，自然养护1d脱模，将所得试样装入塑料密封袋中，置于标准养护室内养护，养护至所需龄期，测7d、28d无侧限抗压强度。测试结果见下表7。
实施例2
本发明的软土固化剂是由矿渣粉40％、工业副产脱硫石膏20％、沸石粉15％、电石渣11.95％、粉煤灰8%、高吸水树脂5%、柠檬酸钠0.05%配制而成；
制备方法同实施例1。
将制备的成品软土固化剂按照土壤干重的一定比例掺入土壤中，加入土壤干重65%的水，搅拌均匀并装入模具中，自然养护1d脱模，将所得试样装入塑料密封袋中，置于标准养护室内养护，养护至所需龄期，测7d、28d无侧限抗压强度。测试结果见下表7。
实施例3
本发明的软土固化剂是由矿渣粉35％、工业副产磷石膏20％、沸石粉11.99％、电石渣15％、粉煤灰15%、高吸水树脂3%、酒石酸0.01%配制而成；
制备方法同实施例1。
将制备的成品软土固化剂按照土壤干重的一定比例掺入土壤中，加入土壤干重65%的水，搅拌均匀并装入模具中，自然养护1d脱模，将所得试样装入塑料密封袋中，置于标准养护室内养护，养护至所需龄期，测7d、28d无侧限抗压强度。测试结果见下表7。
实施例4
本发明的软土固化剂是由矿渣粉35％、工业副产模具石膏20％、沸石粉11.8％、电石渣15％、粉煤灰15%、高吸水树脂3%、多聚磷酸钠0.2%配制而成；
制备方法同实施例1。
将制备的成品软土固化剂按照土壤干重的一定比例掺入土壤中，加入土壤干重65%的水，搅拌均匀并装入模具中，自然养护1d脱模，将所得试样装入塑料密封袋中，置于标准养护室内养护，养护至所需龄期，测7d、28d无侧限抗压强度。测试结果见下表7。
对比例1
取郑州天瑞水泥（P.O 42.5水泥）按照土壤干重的一定比例掺入土壤中，加入土壤干重65%的水，搅拌均匀并装入模具中，自然养护1d脱模，将试样装入塑料密封袋中，置于标准养护室内养护，养护至所需龄期，测7d、28d无侧限抗压强度。测试结果见下表7。
表7 固化土性能测试结果
从表7数据可以看出，本发明以工业废渣为主要原料制备的软土固化剂随着添加量的逐渐增加，其7d、28d无侧限抗压强度也逐步增强；作为用于加固软土的专用固化剂，不仅具有很好的固化性能，满足了工程施工的技术要求，同时采用工业废渣为主要原料，成本低廉，也符合我国节能减排、绿色发展的产业政策，对工业废渣的资源化利用具有重要意义。
