一种酸性岩土用固化剂及酸性岩土的固化方法与流程

本发明属于路基固化，尤其涉及一种酸性岩土用固化剂、制备方法及其使用方法。

背景技术：

1、随着我国基础设施建设的不断发展，道路建设也呈现逐年增加的趋势。目前，水泥稳定碎石仍是建设路基工程、公路基层、底基层的主要原材料。然而，随着国家公路里程逐年增加，天然砂、石等资源短缺问题日益凸显。此外，大量使用天然砂石会导致环境的破坏，不符合减碳、绿色环保的发展理念。同时，“挖”“运”“填”过程不仅会使工程成本大大增加，也导致部分地区供给困难。

2、现有技术中，采用岩土固化技术改良工程土，提高其强度和服役性能，被认为是一项具有应用价值的先进技术。但在实际操作中，由于地形面貌的不同，针对云南地区高速公路沿线隧道开挖的高含水率的酸性渣土，现有的固化剂并不能实现更好的固化效果，因此，怎样最大限度的利用工程当地的原材料——酸性渣土，将其就地固化，使之达到技术要求，将大幅降低资源浪费，节约成本。

3、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的是提供一种酸性岩土用固化剂，将建设工程中产生的大量的隧道渣土就地固化并替代天然砂石用作路基材料。在保证固化效果的前提下显著减少运输成本和天然砂石资源的消耗，同时产生显著的经济、环保效益。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种酸性岩土用固化剂，按照重量份数计算，包括如下组分：

4、

5、几乎所有类型的岩土都可以用水泥进行固化处理，但岩土的性质不同使水泥土表现出较大的固化差异。本发明针对云南地区高速公路沿线隧道所挖岩土进行固化，其液限＞60％，为标准的高液限土，ph值较低，为酸性土。对此，本技术向水泥中掺加混合激发剂，通过改善水泥水化环境，促进csh凝胶等水化产物和钙矾石(aft)的形成，改善固化土的孔隙结构使岩土颗粒联结成为一个整体，增强固化土无侧限抗压强度，可有效改善固化效果。

6、进一步的，混合盐溶液是由等质量比的质量分数为30％氢氧化钠溶液、质量分数为25％硅酸钠溶液和质量分数为20％碳酸氢钠溶液混合制得。

7、进一步的，按照质量份数计，混合激发剂包括磷石膏12～30份，碱渣20～50份，矿渣5～30份，废旧橡胶粉5～20份。磷石膏中硫酸钙的含量大于80％。保证磷石膏对矿渣的硫铝酸盐激发作用最大化，磷石膏的最优掺量为3％，适量磷石膏的掺入可以大幅度提高水泥固化土的强度，但过量掺入会导致固化土强度下降。这是因为磷石膏的主要有效物质二水硫酸钙与水泥水化产物氢氧化钙反应生成钙矾石(aft)，aft的体积膨胀会挤压黏土颗粒间的孔隙，在不破坏水泥的胶结结构的情况下，固化土孔隙减小，从而提高强度。随着二水石膏含量的增加，aft的量也相应增多，其膨胀作用会破坏固化土内部结构，从而导致固化土强度下降。碱渣为比表面积大于450m2/kg的微粉，含有大量的caco3、caso4、cacl2和sio2，能够充分发挥碱渣对矿渣的碱激发作用。废旧橡胶粉为废弃轮胎经过粉碎处理后所得，其含有的纤维和钢丝能提高固化土的强度。

8、进一步的，水泥为p o42.5的普通硅酸盐水泥。

9、进一步的，离子外加剂包括改性层状双金属氢氧化物和氯化钙按照3～4：1～2的质量比混合制得；

10、改性层状双金属氢氧化物为mg-al-co3型ldhs和纳米蒙脱土通过层层自组装制得。具体分别将mg-al-co3型ldhs和纳米蒙脱土剥离，然后将mg-al-co3型ldhs的阳离子片层与蒙脱土的阴离子片层进行层层自组装，得到改性层状双金属氢氧化物；本发明通过在固化剂中添加阴离子型层状双氢氧化物-镁铝碳酸根型二元水滑石和阳离子型层状硅酸盐片层-钠基蒙脱土，利用mg-al-co3型ldhs和纳米蒙脱土的层状结构及可剥离性，分别得到金属阳离子片层和硅酸盐阴离子片层，然后利用静电吸附，将两种片层层层自组装，得到具有良好吸附性的mg-al-co3型ldhs和纳米蒙脱土的复合物。此种复合物表面富含大量羟基，能够与酸性土中的无机物发生固结作用，进一步提高固化强度。

11、进一步的，mg-al-co3型ldhs中mgo的含量为39.0-40.8w/％；al2o3的含量为16.2-17.7w/％。ph(20g/l悬浮液)为7.0-9.0；电镜平均粒径≤100nm。纳米蒙脱土为钠基蒙脱土。离子外加剂是由多种强离子组合而成的混合物，离子固化外加剂通过与岩土颗粒表面的阳离子进行离子交换等一系列物理化学作用，可以有效降低土颗粒对水的敏感性，增强土的压实特性，改善土体的水稳性。

12、可知，混合盐溶液中含有高浓度的na+离子，此外，离子外加剂还含有mg2+、al3+等离子。高价阳离子(如mg2+、al3+)的引入可通过离子交换取代岩土颗粒周围的低价离子(如k+)，从而减薄双电层厚度，促进岩土颗粒自身间的粘聚。因此，当含有离子外加剂的固化剂及酸性岩土颗粒混合后，其中大量的阳离子可以与岩土颗粒表面吸附的阳离子充分进行离子交换，这一过程能够有效减薄岩土颗粒表面的结合水膜，降低其双电层厚度，改善岩土颗粒的可压实性。

13、本发明的第二个目的是提供一种酸性岩土的固化方法，实现酸性岩土的原地固化，能够达到同样的技术效果。

14、本发明的上述技术目的是由以下技术方案实现的：

15、一种酸性岩土的固化方法，其特征在于，包括如下操作步骤：

16、s01：按照质量比称取各组分；

17、s02：将水泥和混合激发剂搅拌均匀，获得混合料一；

18、s03：将离子外加剂掺入水中混合均匀，再与混合盐溶液混合获得混合料二；

19、s04：将酸性岩土进行破碎及筛分；

20、s05：将混合料一和步骤s04中筛分的岩土颗粒搅拌均匀，获得混合料三；

21、s06：将混合料二加入混合料三中继续搅拌获得混合料四，将混合料四摊铺、整平、压实，获得固化体。

22、本技术中，所采用的岩土为酸性岩土，ph较低，土样中h+离子含量高，使用水泥固化时，h+离子会消耗水泥水化生成的oh-离子来中和体系的酸性环境，当oh-离子不足以抵消h+离子时，会进一步消耗游离状态存在的ca(oh)2，减少csh所必需的oh-，导致csh量减少。本技术在固化剂中掺入混合激发剂，提高体系的ph，同时补充了ca2+离子。在高ph值环境中，ca(oh)2生成量逐渐增多，既可以消耗土样中h+离子，又可以促进更多胶凝物质csh的生成，此外，混合激发剂中粉料的粒径较水泥更细，三种物质(未水化水泥、土、混合激发剂)互相掺杂后，不同大小颗粒之间紧密堆积，减少了孔的尺寸和数量，增加了固化土结构的致密程度，固化土的强度进一步增强。另一方面，高价阳离子通过离子交换作用减薄土颗粒表面双电层厚度，促进土颗粒自身间的粘聚，改善其压实特性。

23、步骤s04中，将酸性岩土破碎至粒径不大于2mm。

24、步骤s05中，水泥占酸性岩土质量比的15％。

25、综上，本发明具有以下有益效果：

26、本发明中水泥、离子外加剂、混合盐溶液与混合激发剂在反应过程中具有相互协同作用。通过改善水化环境，使水泥在高ph值的碱性环境中不断水化，从而增加水化产物的数量。水化产物与土颗粒与未反应完全的水泥、激发剂相互交织，不同大小颗粒之间紧密地堆积，优化了固化土孔隙结构，增加了固化土结构的致密程度。提高了固化土的强度及水稳性。在这种基础上，离子外加剂中ca2+、mg2+、al3+等高价阳离子与岩土颗粒表面吸附的低价离子进行置换，从而减小岩土颗粒表面双电层厚度。同时，混合盐溶液中所含高浓度的na+离子，使岩土矿物层间的阳离子浓度与外部环境中存在高浓度差，使得离子浓度高的一边吸水，离子浓度低的一边不断失水，使岩土矿物层间间距减小。在此前提下，岩土颗粒间排斥力减弱，颗粒变得更易被压实，提高了固化土的压实特性。水泥与多种固化材料共同发挥作用，增强了固化效果，提高了固化土性能。