[發(fā)明專利]一種淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑及應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106915936A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陸建陽;嚴(yán)磬;姜正暉;王黎明;俞帆
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C09K17/40;E02D3/12;C09K103/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土木建筑工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑及應(yīng)用。

背景技術(shù)

基于工程需要，眾多學(xué)者致力于固化劑的研究，目前市面上的固化劑品種至少有上百種。土體的有機質(zhì)含量和含水量對固化劑的效果有著重要的影響，大多數(shù)學(xué)者針對有機質(zhì)含量或者含水量的變化對固化劑配方做了很多研究工作，但是目前沒有同時考慮含水量和有機質(zhì)含量的作用而被研制的固化劑。

土含水量對固化效果的影響是多方位的。首先，無機類固化劑的化學(xué)反應(yīng)特別依賴于水環(huán)境，因為各離子的濃度直接影響反應(yīng)的進程以及最終生成物，其中水泥系和石灰系固化劑更是如此。其次，在水化反應(yīng)過程中，水作為反應(yīng)物和生成物參與其中，總體說來，土中的自由水參與反應(yīng)后不斷地轉(zhuǎn)變成結(jié)晶水，生成的水化產(chǎn)物提高了土體的強度；最后，固化完成后土體的含水量也將直接影響土體的強度，一般來說，強結(jié)合水性質(zhì)接近于固體，具有極大的黏滯度、彈性和抗剪強度，而弱結(jié)合水則是強結(jié)合水與弱結(jié)合水間的過渡狀態(tài)，能在土粒周圍發(fā)生轉(zhuǎn)移，進而直接影響土體可塑性。

土壤有機質(zhì)中對固化產(chǎn)生影響的主要成分是腐植酸。首先，腐植酸的分子結(jié)構(gòu)十分松散，含有大量微細(xì)孔隙，在電鏡下形狀呈無規(guī)則變化，可以是纖維狀、類海綿狀、顆粒狀、棒狀。這樣的結(jié)構(gòu)特點使其持水性和吸附性都很強，腐植酸顆粒吸附于固化材料顆粒及黏土顆粒表面，阻礙和延緩了水化產(chǎn)物的生成，大大減弱了水化物與黏土顆粒間的作用(曾衛(wèi)東2002)。其次，腐植酸自身呈酸性，它所含的羧基和酚基等官能團易與孔隙液中的OH^-離子反應(yīng)，阻礙膠凝物質(zhì)生成。再次，腐植酸的存在也不利于土體中硅和鋁的溶解，使火山灰反應(yīng)大大減弱，而火山灰反應(yīng)對固化土強度增長有很大的貢獻(Thompson1966)。另外，腐植酸顆粒本身以帶負(fù)電荷為主，具有比粘土顆粒更發(fā)育的雙電層。

很多學(xué)者對固化劑固化材料的選擇進行了研究，固化材料的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)對固化效果有著決定性影響。當(dāng)前固體廢棄物對環(huán)境造成的影響已經(jīng)十分嚴(yán)重，尤其是工業(yè)化進程中很多不符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的廢棄物，如果使之成為固化劑原料應(yīng)用到土壤固化中，不僅可以節(jié)省大量的建設(shè)資金，還可以起到“廢物利用”、“變廢為寶”的作用，進而起到保護環(huán)境，維護生態(tài)穩(wěn)定的作用。

徐日慶(2007)通過在軟土中摻入腐植酸的方法制備人工有機質(zhì)土，并對其進行了室內(nèi)試驗，結(jié)果表明人工有機質(zhì)土的液限隨土有機質(zhì)含量的增加而呈指數(shù)形式增長，塑限則呈線性形式增長，固化土無側(cè)限強度則隨有機質(zhì)含量的增加呈對數(shù)形式下降。

張樹彬(2009)對水泥固化土腐植酸組分進行定性、定量對比試驗分析，從微觀上研究了腐植酸組分對不同地域水泥固化效果的影響。試驗所用軟土均為實際工程中現(xiàn)場采樣。

Harvey Omar R(2010)通過熱量測定和熱重分析法來確定熱流差，從而解釋石灰蒙脫石中天然有機質(zhì)的成分和含量對水化硅酸鈣生成過程的影響。結(jié)果表明水化硅酸鈣的形成與石灰固化蒙脫石的強度有較好的相關(guān)性，有機質(zhì)通過阻止火山灰反應(yīng)產(chǎn)物的生成影響石灰固化土的強度。

Erdem O.Tastan(2011)采用粉煤灰對有機質(zhì)土進行了改性處理，并通過測定固化土的無側(cè)限抗壓強度與回彈模量考察固化效果的影響因素。結(jié)果表明摻入粉煤灰能顯著改善土體強度，且固化效果主要源于火山灰反應(yīng)。從成分角度，粉煤灰中的CaO含量與CaO/SiO₂比值對固化土強度與剛度的影響較為顯著。

Robert Brooks(2011)采用石灰石粉與粉煤灰對賓夕法尼亞東南部的土壤進行改良處理，對1天、7天、28天的改良土所進行的無側(cè)限強度試驗和方差分析表明土體改良效果明顯，并借助SEM電鏡掃描圖像對改良機理進行了探討。

解國梁(2013)以內(nèi)蒙古河套地區(qū)粉質(zhì)黏土為研究對象，采用水泥與熟石灰對土體進行固化處理。室內(nèi)無側(cè)限強度的試驗結(jié)果表明，在熟石灰的摻加下，水泥土中存在火山灰作用和離子交換作用。

易耀林(2013)通過室內(nèi)配比試驗初步研究了堿激發(fā)礦粉對連云港軟土的固化效果，并與水泥固化效果進行對比。試驗結(jié)果表明，Na₂CO₃對礦粉固化土的激發(fā)效果十分有限，NaOH激發(fā)礦粉的效果相對最好，但固化土90天后強度將發(fā)生一定衰減。另外，Na₂CO₃、NaOH、Na₂SO₄能夠加速礦粉與電石渣復(fù)合固化土的強度增長率，其中，Na₂SO₄的激發(fā)效果最好。