一种有机无机结合型红黏土流态固化剂及其制备与应用方法

本发明属于固废资源化利用及土壤固化，具体涉及一种有机无机结合型红黏土流态固化剂及其制备与应用方法。

背景技术：

1、土壤固化剂是土壤固化外加剂的简称，是一种由多种无机、有机材料合成的用以固化各类土壤的新型节能环保工程材料。对于需改良的土壤，根据土壤的物理和化学性质，只需掺入一定量的固化剂，经拌匀、压实处理，即可达到需要的性能指标。土壤固化剂应用领域广泛，在建筑基础、堤坝护坡、滩涂淤泥、防尘固沙、工业污泥固化、边坡生态修复、矿山充填等领域均有应用，不仅能够达到加固强化的效果，而且能有效稳定污染物、减小污染环境。

2、红黏土是一种分布广泛的特殊土，是碳酸盐岩红土化而成，一般为红棕色、褐色，具有高孔隙比、高液限、高塑性、低压实度、失水易收缩等不良工程特性。红黏土的矿物组成成分丰富，其中最多的是高岭石，红黏土的塑性高、粘性强、细土颗粒占比高，分散均匀，铁和铝的氧化物是其主要化学成分，硅和铝的含量一般均小于2%。红黏土水敏性强，对环境温度和湿度的变化很敏感，遇水后强度降低，失水后土体干缩开裂。另一方面，红黏土受季节变化影响，其强度会逐渐衰减。在施工过程中，这种工程特性极易引起如路基塌陷、地面开裂、边坡失稳等工程问题，导致工程建设成本增加，经济效益降低，危害人民的生命财产安全。由于红黏土特殊的工程特性，一般不能直接进行工程应用，需要对红黏土进行改良。常用的改良方法分为物理改良法和化学改良法。物理改良法有换土法、湿度控制法、路基压实等。化学改良法是利用固化材料与红黏土之间的化学作用改变红黏土的工程性质，从而达到降低红黏土水敏感性、提高其力学强度的目的。石灰、粉煤灰、水泥等是最常用的无机改良剂，但存在以下缺点：石灰改良土强度形成慢、干缩大、易开裂、水稳定性差，施工进度慢；水泥改良土受土壤类别限制、易收缩开裂，且拌合均匀度难以保证；粉煤灰改良土早期强度低、水稳定性差。

3、基于综合性能的考量，在寻求高强度固化性能的前提下，高耐水性也是保证红黏土长期固化效果的重要指标。对强度和耐久性均有较高要求的工程项目，有机无机复合型固化剂具有一定优势。利用廉价且可再生的原料，研发有机无机结合型红黏土流态固化剂，在保证其固化强度和耐水性的同时，满足经济性和施工便利的要求，具有重要的工程应用价值。

技术实现思路

1、为克服现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种有机无机结合型红黏土流态固化剂及其制备与应用方法。该有机无机结合型红黏土流态固化剂具有强度高、水稳定性好、流动性好、便于制备与应用的工程特性，且具有制备工艺简单、成本低廉、激发活性高、对环境污染小等特点。

2、为实现上述技术目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种有机无机结合型红黏土流态固化剂，包括以下重量份的原料：羟基硅油乳液（羟乳）10～90份，甲基含氢硅油乳液（氢乳）5～20份，环氧多胺加成物10～20份，醋酸锌5～12份，氢氧化锆1～7份，三乙醇胺1～7份，水650～900份。

4、优选的，所述有机无机结合型红黏土流态固化剂包括以下重量份的原料：羟基硅油乳液60～90份，甲基含氢硅油乳液14～20份，环氧多胺加成物12～18份，醋酸锌7～10份，氢氧化锆3～6份，三乙醇胺2～5份，水750～900份。

5、在一些具体实施方式中，所述羟基硅油乳液的摩尔质量为 g/mol，ph值为5.5～7。羟基硅油乳液为乳液聚合，是形成有机硅膜的主要成分，从而使土壤表面具备更好的防水、防渗透和耐候性能，能有效提高土壤的保水能力和抗侵蚀性。

6、所述甲基含氢硅油乳液粘度<50，ph值为3～4；以甲基含氢硅油乳液的质量为基准，氢的含量为1~1.5%；甲基含氢硅油乳液为机械乳化，形成有机硅膜交联剂，是土壤表面形成有机硅膜的过渡层和重要保障；

7、所述环氧多胺加成物为工业品，合成方法为在单组分环氧合成体系中，加入过量的胺。环氧多胺加成物作为乳液稳定剂并增加有机硅膜粘接力；

8、所述醋酸锌为二水合醋酸锌，含2个分子结晶水，三级，作为水解缩合催化剂和填充剂。

9、所述氢氧化锆为工业级，含8个分子结晶水，沉积于土壤间隙、促进硅氧键定向排列、增加防水效果；

10、所述三乙醇胺作用为水解缩合催化剂；

11、所述水为去离子水，作为稀释剂。

12、第二方面，本发明还提供一种所述有机无机结合型红黏土流态固化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

13、步骤一：按配方向水中依次加入醋酸锌、氢氧化锆、三乙醇胺，室温下搅拌溶解，得到溶液；

14、步骤二：向溶液中加入羟基硅油乳液、甲基含氢硅油乳液、环氧多胺加成物，持续搅拌，得到所述有机无机结合型红黏土流态固化剂。

15、在一些具体实施方式中，步骤一中所述搅拌的速率为100-200r/min。

16、第三方面，本发明还提供一种所述有机无机结合型红黏土流态固化剂在水利护坡、滩涂固化、道路基层与底基层、注浆材料或建筑环境中的应用。

17、第四方面，本发明还提供一种所述有机无机结合型红黏土流态固化剂的应用方法，包括以下步骤：

18、s1.将水泥掺入红黏土中，然后加入所述有机无机结合型红黏土流态固化剂，进行第一混合，随后再加水进行第二混合，得到混合料；

19、s2.将混合料进行填充压实，然后进行养护，得到流态固化红黏土。

20、在一些具体实施方式中，s1步骤中，所述水泥的掺入量为红黏土重量的1-1.5%；有机无机结合型红黏土流态固化剂的用量为红黏土重量的5~30%，水的用量为红黏土重量的20~40%。

21、有机无机结合型红黏土流态固化剂的用量可根据施工强度及分散性要求进行调整。若固化剂的含量过高，在一定程度上会造成固化成本升高，严重超过强度指标要求时浪费资源；若固化剂的含量过低，在一定程度上会无法满足固化强度指标要求。具体地，有机无机结合型红黏土流态固化剂的用量为红黏土重量的5~30%，例如可以为5％、10％、15％、20％、25％、30％等。

22、水的用量可根据施工对混合料流动性指标明确水分含量。若水的含量过高，在一定程度上会使得固化土凝结时间延长，抗压强度降低；若水的含量过低，在一定程度上会使得有机无机结合型红黏土流态固化剂水化不完全，降低固化效果。具体地，水的用量为红黏土重量的20~40%，例如可以为20％、25％、30％、35％、40％等。

23、在一些具体实施方式中，所述第一混合的时间为2~3 min，所述第二混合的时间为3~5 min。

24、在一些具体实施方式中，有机无机结合型红黏土流态固化剂能以流态固化红黏土，使其黏性降低，具有较高的强度及较好的水稳定性。具体地，有机无机结合型红黏土流态固化剂中的复合型有机硅乳液能够将红黏土颗粒包裹，使颗粒之间的分散性提升，在固化土表面形成一层有机硅膜，提高固化土的水稳定性，延长其使用寿命。同时固化剂中其他成分能够激活红黏土的活性，使其本身缩合固化，提高红黏土的强度，优化不良工程特性，提升其作为建筑地基或路基填料的承载能力，降低红黏土地层上部及周边建筑结构的潜在隐患，减小红黏土引发的工程病害及社会经济效益损失。

25、本发明至少具有以下有益效果：

26、本发明提供的有机无机结合型红黏土流态固化剂，具有优良的分散效果和固化性能，对红黏土进行有效改良的同时能满足良好施工性能的要求。该固化剂以复合型有机硅乳液和无机结合料为主要原材料，并添加了适当的外加剂，可以有效地改善红黏土的物理和化学性质，提高其强度和水稳定性，满足道路路基、管廊回填、土壤原位固化等工程应用要求。同时，本发明的有机无机结合型红黏土流态固化剂还具有易施工、环保、无毒、无害等优点，不会对土壤和环境造成污染，可以广泛应用于工程、农业、生态修复等领域。