一种液体土壤固化剂及其制备方法和使用方法与流程

本发明属于土壤固化，涉及一种液体土壤固化剂及其制备方法和使用方法。

背景技术：

1、在工程建筑领域，尤其是道路建设过程中，目前通常是采用水泥混凝土道路或沥青道路，但水泥混凝土道路和沥青道路的修筑成本较高，施工不方便，运输成本较高，通行重载车辆使得使用寿命较短，后期维护运营成本高。因而，目前常有采用土壤固化剂来替代石灰、水泥、粉煤灰、碎石、砾石等传统筑路材料，其具有用量少、就地取材、固化速度快、施工时间短、工程造价低等优点，在路基建设、地基建设、堤坝固化等领域具有广泛的应用。

2、土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料组合而成的用于固化各类土壤、改善土壤工程技术性能的新型工程材料，土壤固化剂按照相态可分为固态土壤固化剂和液态土壤固化剂，后者应用于道路建设领域中时，可称为筑路浆。目前国内使用的固化剂一般属于固体粉状土壤固化剂，大多是从水泥加固原理出发，通过添加其他特殊高分子材料，以达到提高土体工程特性的目的，但粉状土壤固化剂在制备时，存在均匀度差、易结块、细度不一致等问题，相对而言，液体土壤固化剂不存在上述问题。

3、然而现有的液态土壤固化剂大多呈强酸性或强碱性，在使用过程中会对周围环境造成一定影响，对操作者也会带来危害，加上现有的土壤固化剂普遍存在抗压能力、水稳定性较差的问题，局限性较大，不能适用所有土壤，需要对土壤固化剂的组分进行改进。cn112552928a公开了一种环保型土壤固化剂，该固化剂按重量份包括以下原料：木质素磺酸钙35～55份、聚丙烯酰胺5～25份、油酸正丁酯硫酸酯钠盐30～50份、聚阴离子纤维素15～35份、表面活性剂2～6份和水80～120份；该土壤固化剂呈液态，利用油酸正丁酯硫酸酯钠盐的离子基团、亲疏水基团，调高其固化后的抗压性能和水稳性，并通过聚阴离子纤维素的使用增强其性能，但该固化剂中有机高分子含量较高，应用范围有限，容易发生老化，造成其强度不足，影响其使用寿命。

4、cn 114106844a公开了一种强度提高的生物基液体土壤固化剂及其制备方法，该土壤固化剂包括组分ⅰ和组分ⅱ，所述组分ⅰ包括木质素磺酸钙0.2～0.5份、聚苯乙烯磺酸钠0.7～1.1份、氢氧化锂1.2～1.8份，所述组分ⅱ包括糖蜜1.3～1.6份、磷酸二氢铝1～1.5份以及氨基磺酸或氨基磺酸钠0.8～1.4份；还包括蒸馏水和饱和氯化钠溶液，饱和氯化钠溶液的份数为10～30份。该土壤固化剂由有机物和无机物复配而得到，但含水量较高，有效组分含量少，使得固化难度加大；所述有机物选择生物基材料，其来源及制备工艺相对复杂，难以大量制备。

5、综上所述，对于液体土壤固化剂的选择，需要根据其使用要求，选择合适的组分进行组合，使其具备较高的强度和水稳定性，且成本较低，安全环保，不会对环境造成影响。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种液体土壤固化剂及其制备方法和使用方法，所述液体土壤固化剂通过双组份的使用以及各组分原料的选择，增强与土壤颗粒间的离子交换作用、螯合作用，将土壤中的结合水充分排出，大幅提高土壤的压实度和强度，增强土壤承载力，提高道路性能。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种液体土壤固化剂，所述液体土壤固化剂包括a组份和b组份，所述a组份和b组份的质量比为1:(0.01～0.1)，例如1:0.01、1:0.02、1:0.03、1:0.04、1:0.05、1:0.06、1:0.08或1:0.1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；

4、其中，所述a组份按重量百分比计包括以下组分：

5、

6、所述木质素磺酸盐的重量分数可选择30wt％、32wt％、35wt％、38wt％、40wt％、42wt％或45wt％等；所述蛋白组分的重量分数可选择10wt％、12wt％、14wt％、15wt％、16wt％、18wt％或20wt％等；所述葡萄糖酸盐的重量分数可选择0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％或1wt％等；所述淀粉的重量分数可选择0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％或0.5wt％等；所述第一有机溶剂的重量分数可选择0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％或0.8wt％等；所述水的重量分数可选择40wt％、42wt％、44wt％、45wt％、46wt％、48wt％或50wt％等；但并不仅限于所列举的数值，各自数值范围内其他未列举的数值同样适用。

7、所述b组份按质量百分比计包括以下组分：

8、

9、

10、所述糖类的重量分数可选择55wt％、58wt％、60wt％、62wt％、65wt％、68wt％或70wt％等；所述蛋白组分的重量分数可选择10wt％、12wt％、14wt％、15wt％、16wt％、18wt％或20wt％等；所述木质素磺酸盐的重量分数可选择1wt％、1.2wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.8wt％或2wt％等；所述聚氧乙烯醚衍生物的重量分数可选择0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％或0.8wt％等；所述无机盐的重量分数可选择3wt％、3.2wt％、3.5wt％、3.8wt％、4wt％、4.2wt％或4.5wt％等；所述第二有机溶剂的重量分数可选择0.5wt％、0.6wt％、0.8wt％、1wt％、1.2wt％、1.4wt％或1.5wt％等；所述水的重量分数可选择15wt％、18wt％、20wt％、22wt％、25wt％、27wt％或30wt％等；但并不仅限于所列举的数值，各自数值范围内其他未列举的数值同样适用。

11、本发明中，对于液体土壤固化剂的使用，相比固体土壤固化剂，前者的均匀性更好，用于土壤时有助于固化；本发明中的液体土壤固化剂分为a、b双组份，a组份为主要成分，根据蛋白组分、木质素磺酸盐等组分的选择，通过离子交换作用改变土壤的亲水性为疏水性，利用电动势效应、螯合作用、晶型重组等增强土壤颗粒的凝聚力和稳定性，将束缚水转变为自由水被排出，大幅提高土壤的压实度和强度，增强土壤的承载力；b根据组份中糖类、蛋白组分、无机盐等组分的选择，增强其粘结作用，使得黏土颗粒能够更好的聚结，并通过对两者质量比例的控制，更好地发挥各自的作用，实现高质量筑路材料的制备，其修筑的道路性能卓越，建筑成本较低，施工周期短。

12、以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

13、作为本发明优选的技术方案，所述a组份中的木质素磺酸盐包括木质素磺酸镁和木质素磺酸钙。

14、优选地，所述木质素磺酸镁在a组份中的含量为20～25wt％，例如20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％或25wt％等，所述木质素磺酸钙在a组份中的含量为10～20wt％，例如10wt％、12wt％、14wt％、15wt％、16wt％、18wt％或20wt％等；但并不仅限于所列举的数值，在各自数值范围内其他未列举的数值同样适用。

15、优选地，所述a组份中的蛋白组分包括植物蛋白或生物酶。

16、优选地，所述葡萄糖酸盐包括葡萄糖酸钠。

17、优选地，所述淀粉为预糊化淀粉。

18、优选地，所述第一有机溶剂包括有机酸和醇。

19、优选地，所述有机酸包括乳酸和/或邻苯二甲酸，所述醇包括乙醇。

20、优选地，所述乳酸和邻苯二甲酸在a组份中的含量独立地为0.05～0.2wt％，例如0.05wt％、0.08wt％、0.1wt％、0.12wt％、0.15wt％、0.18wt％或0.2wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

21、优选地，所述乙醇在a组份中的含量为0.1～0.5wt％，例如0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％或0.5wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

22、本发明中，上述a组份的原料组分中，所述木质素磺酸盐主要起到减水剂的作用，所述蛋白组分可解离出正负电子，通过释氢效应强化离子交换效果，并起到分散剂的作用，所述葡萄糖酸盐起缓释剂的作用，所述淀粉起到柔韧性、抗压性、抗水性的作用。

23、作为本发明优选的技术方案，所述糖类包括葡萄糖、蔗糖和淀粉。

24、优选地，所述葡萄糖在b组份中的含量为10～20wt％，例如10wt％、12wt％、14wt％、15wt％、16wt％、18wt％或20wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

25、优选地，所述蔗糖在b组份中的含量为45～55wt％，例如45wt％、46wt％、48wt％、50wt％、52wt％、54wt％或55wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

26、优选地，所述淀粉为预糊化淀粉，其在b组份中的含量为0.1～0.5wt％，例如0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％或0.5wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

27、优选地，所述b组份中的蛋白组分包括植物蛋白或生物酶。

28、优选地，所述b组份中的木质素磺酸盐包括木质素磺酸镁或木质素磺酸钙。

29、优选地，所述聚氧乙烯醚衍生物包括脂肪醇聚氧乙烯醚、十醇聚氧乙烯醚或脂肪胺聚氧乙烯醚中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：脂肪醇聚氧乙烯醚和十醇聚氧乙烯醚的组合，十醇聚氧乙烯醚和脂肪胺聚氧乙烯醚的组合，脂肪醇聚氧乙烯醚、十醇聚氧乙烯醚和脂肪胺聚氧乙烯醚的组合等。

30、优选地，所述无机盐包括氯化盐、硫酸盐或乙酸盐中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：氯化盐和硫酸盐的组合，硫酸盐和乙酸盐的组合，氯化盐、硫酸盐和乙酸盐的组合等。

31、优选地，所述b组份中的第二有机溶剂包括醇，所述醇包括乙醇和/或异丙醇。

32、本发明中，上述b组份的原料组分中，所述糖类中的葡萄糖和蔗糖可起到粘聚和缓释剂的作用，所述蛋白组分可以增加糖类的溶解度，避免其结晶析出，同时可解离正负离子，并起到分散剂的作用，所述聚氧乙烯醚衍生物作为非离子表面活性剂使用，所述糖类中的淀粉起到增强柔韧性、抗压性、抗水性、粘合性的作用，所述木质素磺酸盐起到减水剂的作用，所述无机盐可起到抗水性和抗压伸缩性的作用。

33、第二方面，本发明提供了一种上述液体土壤固化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

34、(1)按液体土壤固化剂中的a组份的重量比例计，向水中在搅拌条件下依次加入木质素磺酸盐、蛋白组分、葡萄糖酸盐和第一有机溶剂，充分搅拌后再加入淀粉，搅拌至a组份制备完成；

35、(2)按液体土壤固化剂中的b组份的重量比例计，向水中在搅拌条件下依次加入木质素磺酸盐、部分糖类、蛋白组分、聚氧乙烯醚衍生物、无机盐和第二有机溶剂，充分搅拌后再加入另一部分糖类，搅拌至b组份制备完成；

36、(3)将a组份和b组份混合，调配得到液体土壤固化剂；

37、其中，步骤(1)和步骤(2)的操作不分先后。

38、作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述搅拌的速率为800～1200rpm，例如800rpm、850rpm、900rpm、950rpm、1000rpm、1050rpm、1100rpm、1150rpm或1200rpm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

39、优选地，步骤(1)中自初始至加入淀粉前的第一阶段搅拌的时间为10～20min，例如10min、12min、14min、16min、18min或20min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

40、优选地，步骤(1)中加入淀粉后的第二阶段搅拌的时间为20～40min，例如20min、25min、30min、35min或40min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

41、作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述搅拌的速率为800～1200rpm，例如800rpm、850rpm、900rpm、950rpm、1000rpm、1050rpm、1100rpm、1150rpm或1200rpm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

42、优选地，步骤(2)中第一阶段搅拌时加入的糖类为葡萄糖和蔗糖。

43、优选地，步骤(2)中第一阶段搅拌的时间为10～20min，例如10min、12min、14min、16min、18min或20min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

44、优选地，步骤(2)中第二阶段搅拌时加入的糖类为淀粉。

45、优选地，步骤(2)中第二阶段搅拌的时间为20～40min，例如20min、25min、30min、35min或40min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

46、作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述a组份和b组份直接物理混合，两者的质量比为1:(0.01～0.1)，例如1:0.01、1:0.02、1:0.03、1:0.04、1:0.05、1:0.06、1:0.08或1:0.1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

47、优选地，所述液体土壤固化剂的ph值为4.2～6.2，例如4.2、4.5、5.0、5.5、6.0或6.2等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

48、本发明中，所述a组份和b组份的比例选择，与待固化土壤中黏土的含量及其黏度的大小有关，依次决定b组份所占的比例，黏土的含量高，黏度大，则b组份用量少，反之则b组份用量多。

49、第三方面，本发明提供了一种上述液体土壤固化剂的使用方法，所述使用方法包括：

50、将所述液体土壤固化剂加入到待固化的土壤中，搅拌均匀进行施工；所述液体土壤固化剂的用量为：每平方米25cn深度的土壤使用0.5～1.5l所述液体土壤固化剂，例如0.5l、0.6l、0.8l、1l、1.2l、1.4l或1.5l等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

51、作为本发明优选的技术方案，所述液体土壤固化剂用于道路的修建时，其加入方式包括两种，一是将液体土壤固化剂直接喷洒于待施工的土壤路面上，采用路拌机搅拌均匀后施工；二是将液体土壤固化剂先与土壤混合，再将混合料铺设在路面上进行施工。

52、优选地，所述土壤颗粒的粒径为0.05～10mm，例如0.05mm、0.075mm、0.1mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、5mm、6mm、8mm或10mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

53、本发明中，所述土壤颗粒的粒径在加入液体土壤固化剂前后并无明显变化，液体土壤固化剂之时间土壤颗粒牢固粘结在一起，所述土壤颗粒的粒径范围较宽，根据不同地区的土壤样品的不同，具有各自的粒径范围，例如粒径小于0.075mm的土壤样品，粒径在0.5～5mm范围内的土壤样品。

54、本发明中，采用上述液体土壤固化剂作为筑路浆，能够实现道路修筑时的就地取材，使用时操作简便，修筑速度快，道路性能优越，完工后即可立即通车，建设成本较低。

55、作为本发明优选的技术方案，所述液体土壤固化剂用于道路的修建时，所需的原料还包括辅料。

56、优选地，所述辅料包括砂石，所述砂石的粒径不超过2cm，例如2cm、2cm、1.5cm、1cm、0.5cm、0.1cm、0.05cm或0.01cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

57、本发明中，待修建道路如果土壤含量高，砂石含量少，则需要添加砂石作为辅料，而如果砂石含量能满足要求，则不需要添加辅料；砂石的粒径是按照与土壤颗粒的粒径匹配性来添加的。

58、优选地，所述液体土壤固化剂与土壤混合时，另外加入水先将液体土壤固化剂稀释。

59、优选地，另外加入的水的体积为液体土壤固化剂体积的2～5倍，例如2倍、2.5倍、3倍、3.5倍、4倍、4.5倍或5倍等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

60、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

61、(1)本发明所述液体土壤固化剂通过双组份的使用、各组分原料及含量的选择，增强与土壤颗粒间的离子交换作用、螯合作用，将土壤中的结合水充分排出，大幅提高土壤的压实度和强度，提高土壤防渗系数，增强土壤承载力；

62、(2)本发明所述液体土壤固化剂作为筑路浆，能够实现道路修筑时的就地取材，使用时操作简便，修筑速度快，道路性能优越，完工后即可立即通车，建设成本较低。