土壤固化剂及其制备方法和使用方法精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-
土壤固化剂及其制备方法和使用方法本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种土壤固化剂及其制备方法和使用方法。
背景技术
土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合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。在工程建筑中，采用土壤固化剂可以替代石灰、水泥、粉煤灰、碎石、砾石等传统筑路材料，并且具有用量少、就地取材、固化速度快、早期强度高、节省施工时间、降低工程造价等优点，因此在公路路基、铁路路基、堤坝固化、建筑物地基、机场平整固化、边坡固定等诸多领域中都得到了广泛应用。
在现有技术中，土壤固化剂主要分为固态土壤固化剂和液态土壤固化剂两类。现有的液态土壤固化剂大多呈强酸性或强碱性，在使用过程中不仅会给操作者带来很大的危险，而且会对使用场所周围的生态环境造成一定的破坏。此外，现有的液态土壤固化剂的抗压能力、水稳定性和冻稳定性均较差，其生产过程不仅能耗较高，而且存在不同程度的环境污染问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种土壤固化剂及其制备方法和使用方法；该土壤固化剂是一种非强酸、非强碱的液态土壤固化剂，不仅具有pH值可调、使用安全性高、不污染环境、抗压能力强、水稳定性和冻稳定性大幅提高等优点，而且实现了地沟油的有效合理化利用，为避免地沟油重新流入餐桌做出了积极贡献；该土壤固化剂的制备方法不仅能耗低、而且无污染物排出，安全环保。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种土壤固化剂，由木质素磺酸钙、聚羧酸钠、氢氧化锂、液体磷酸二氢铝、地沟油、氨基磺酸和蒸馏水制成，并且pH值在5～9之间；其中，木质素磺酸钙、聚羧酸钠、氢氧化锂的重量份之比为：木质素磺酸钙份，聚羧酸钠份，氢氧化锂份；地沟油与液体磷酸二氢铝的重量比为:1；氨基磺酸的用量至少为地沟油和液体磷酸二氢铝总重量的二分之一；在液体磷酸二氢铝中，五氧化二磷的重量百分含量至少为35％，氧化铝的重量百分含量至少为9％。
一种土壤固化剂的制备方法，包括如下工序：
工序一，按照重量份计，将7份蒸馏水加热到至少60℃，并将份木质素磺酸钙、份聚羧酸钠、份氢氧化锂加入到蒸馏水中，搅拌混合直至各组分完全溶解，再保持60℃恒温
静置至少24小时，从而制得碱性中和液；
工序二，将地沟油与液体磷酸二氢铝按照重量比：1的比例混合，并且以100转/分钟的速度进行加热搅拌；当加热至35～45℃时，维持这一温度并且再搅拌30分钟，从而
制得地沟油稀释液；在液体磷酸二氢铝中，五氧化二磷的重量百分含量至少为35％，氧化铝的重量百分含量至少为9％；
工序三，以60转/分钟的速度继续对工序二中制得的地沟油稀释液进行加热搅拌，当加热至100～120℃时，维持这一温度并且向地沟油稀释液中加入氨基磺酸，氨基磺酸的用量至少为地沟油和液体磷酸二氢铝总重量的二分之一，再以200转/分钟的速度搅拌4小时，停止加热并继续搅拌直至液体温度降到100℃以下，从而制得酸性脂肪醇硫化物；
工序四，在温度至少为60℃的条件下，将碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物相混合，
并以300转/分钟的速度搅拌～1小时，调整碱性中和液和酸性脂肪醇硫化物的用量，直至制得pH值在5～9之间的土壤固化剂初始液；
工序五，将60℃的氯化钠饱和溶液加入到工序四制得的土壤固化剂初始液中，并在60℃下以200转/分钟的速度搅拌～1小时，然后停止加热和搅拌，静置至少48小时，得
到明显分为两层的分层液；再取分层液的上层油状液并通过400目过滤网过滤，即制得pH值在5～9之间的成品土壤固化剂；其中，氯化钠饱和溶液的用量为土壤固化剂初始液总重量的15％～30％。
优选地，在工序四中，碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物的重量比为：～：1。
一种土壤固化剂的使用方法，将无机结合料以及上述技术方案中所制得的成品土壤固化剂加入到待固化土壤中，搅拌均匀；其中，无机结合料的用量占待固化土壤和无机结合料总重量的3％～6％，而土壤固化剂的用量是待固化土壤和无机结合料总重量的％～％。
优选地，所述的无机结合料为水泥、石灰或粉煤灰。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的土壤固化剂采用木质素磺酸钙、聚羧酸钠和氢氧化锂制成碱性中和液，又采用地沟油、液体磷酸二氢铝和氨基磺酸发生磺化反应生成酸性脂肪醇硫化物；当碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物按照重量比1：1混合时，所制得的土壤固化剂的pH值在～之间；通过对碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物的用量进行细微调整，就可以使所制得的土壤固化剂的pH值在5～9之间变动；由此可见，本发明实施例所提供的土壤固化剂是一种非强酸、非强碱的液态土壤固化剂，不仅具有pH值可调、使用安全性高、不污染环境、抗压能力强、水稳定性和冻稳定性大幅提高等优点，而且实现了地沟油的有效合理化利用，为避免地沟油重新流入餐桌做出了积极贡献。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的土壤固化剂及其制备方法和使用方法进行详细描述。
(一)土壤固化剂
一种土壤固化剂，由木质素磺酸钙、聚羧酸钠、氢氧化锂、液体磷酸二氢铝、地沟油、氨基磺酸和蒸馏水制成，并且pH值在5～9之间。
其中，木质素磺酸钙、聚羧酸钠、氢氧化锂的重量份之比为：木质素磺酸钙份，聚羧酸钠份，氢氧化锂份；地沟油与液体磷酸二氢铝的重量比为:1；氨基磺酸的用量至少为地沟油和液体磷酸二氢铝总重量的二分之一；液体磷酸二氢铝可以直接采用通过商业手段购买的工业液体磷酸二氢铝，在液体磷酸二氢铝中，五氧化二磷的重量百分含量至少为35％，氧化铝的重量百分含量至少为9％。地沟油泛指生活中存在的各类劣质油，例如：回收的食用油、反复使用的炸油等，只要经过提纯处理过的地沟油均可作为该土壤固化剂的原料，这种经过提纯处理过的地沟油可以从很多环保公司购买，供应量大、价格便宜，由此可见，本发明所提供的土壤固化剂不仅成本低廉，而且实现了地沟油的有效合理化利用，为避免地沟油重新流入餐桌做出了积极贡献。
具体地，在该土壤固化剂的各原料中，木质素磺酸钙、聚羧酸钠、氢氧化锂三者溶于水并混合后会形成碱性中和液，而地沟油、液体磷酸二氢铝、氨基磺酸三者混合后会发生磺化反应生成酸性脂肪醇硫化物，当碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物按照重量比1：1混合时，所制得的土壤固化剂的pH值在～之间；通过对碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物的用量进行细微调整，可以使所制得土壤固化剂的pH值在5～9之间调整。在实际应用中，碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物的重量比最好为～：1，这不仅可以保证所制得的土壤固化剂的pH值在5～9之间，而且可以大幅提高土壤固化剂的抗压能力、水稳定性和冻稳定性。由于该土壤固化剂的pH值在5～9之间，因此在使用过程中不会给操作者带来危险，而且不会对使用场所周围的生态环境造成破坏。此外，由于该土壤固化剂是液态土壤固化剂，溶于水、不燃烧、稳定性好、可在常温常压下长期存储和运输，而且其原料都是现有技术中的无污染材料，其制备过程中也不会产生污染物，因此该土壤固化剂无毒、无害、无腐蚀、无污染、安全环保，可有效解决现有筑路材料和土壤固化剂的污染问题。
进一步地，该土壤固化剂的作用机理如下：该土壤固化剂在与含有一定水分的土壤混合后，会水解出硫酸根、磷酸根、氢氧根等离子，这些阴离子会与土壤中金属离子结合生成不溶于水的网状结晶体，这些网状结晶体会穿插在土壤颗粒空隙间形成强度骨架，而在这些阴离子与土壤中金属离子结合的过程中，土壤自身会被激发生成不溶于水的坚硬物质，填充在强度骨架之间，形成不可逆的坚实板体，从而使土壤得到有效固化，抗压能力大幅增强，并且具有良好的耐久性。同时，当该土壤固化剂与含有一定水分的土壤混合后，会产生阴离子表面活性剂，阴离子表面活性剂具有一个亲水头部和一个疏水尾部，其亲水性头部会与土壤颗粒表面形成稳定化学链，而其疏水性尾部均朝向土壤颗粒外部，从而使得土壤颗粒产生斥水性，大大提高了土壤的水稳定性和冻稳定性。此外，土壤自身的pH值一般为5～9，土壤的pH值一旦发生变化，土壤颗粒的带电性也会随之改变，在pH 值＜5时，土壤颗粒带正电，而在pH值＞9时，土壤颗粒带负电；如果土壤固化剂的pH 值过大或过小，那么土壤颗粒的带电性将难以控制，土壤固化剂的加入量会变得十分敏感，这会影响土壤固化剂的固化效果；而本发明所提供土壤固化剂的pH值在5～9之间，在加入土壤中后，不会改变土壤的pH值，因此本发明所提供土壤固化剂的加入量和固化效果更容易控制，固化后也非常稳定。
综上可见，本发明实施例所提供的土壤固化剂是一种非强酸、非强碱的液态土壤固化剂，不仅具有pH值可调、使用安全性高、不污染环境、抗压能力强、水稳定性和冻稳定性大幅提高等优点，而且实现了地沟油的有效合理化利用，为避免地沟油重新流入餐桌做出了积极贡献。本发明实施例所提供的土壤固化剂可以对各类土壤或沙土进行固化，并使其工程技术性能达到施工要求，例如：在道路路基施工中，本发明实施例所提供的土壤固化剂可以实现就地取材，避免了大量建筑材料的运输，不仅降低了材料成本、运输成本，而且延长道路的使用寿命，环保无污染。
(二)土壤固化剂的制备方法
一种土壤固化剂的制备方法，具体可以包括如下工序：
工序一，按照重量份计，将7份蒸馏水加热到至少60℃，并将份木质素磺酸钙、份聚羧酸钠、份氢氧化锂加入到蒸馏水中，搅拌混合直至各组分(即木质素磺酸钙、聚羧酸钠和氢氧化锂三种组分)完全溶解，再保持60℃恒温静置至少24小时，从而制得碱性中和液。
具体地，在木质素磺酸钙、聚羧酸钠、氢氧化锂均加入到蒸馏水中后，通常搅拌1～2小时，即可将木质素磺酸钙、聚羧酸钠和氢氧化锂三种组分完全溶解。这一工序主要是为了制备与后续酸性脂肪醇硫化物混合的碱性中和液。
工序二，将地沟油与液体磷酸二氢铝按照重量比：1的比例混合，并且以100转/分
钟的速度进行加热搅拌(即边加热边搅拌)；当加热至35～45℃时，维持这一温度并且再搅
拌30分钟，从而制得地沟油稀释液。
具体地，液体磷酸二氢铝可以直接采用可商业手段购买的工业液体磷酸二氢铝，在液体磷酸二氢铝中，五氧化二磷的重量百分含量至少为35％，氧化铝的重量百分含量至少为9％。这一工序主要是对地沟油的稀释过程，磷酸二氢铝主要是工序三中地沟油与氨基磺酸发生磺化反应的催化剂。
工序三，以60转/分钟的速度继续对工序二中制得的地沟油稀释液进行加热搅拌，当加热至100～120℃时，维持这一温度并且向地沟油稀释液中加入氨基磺酸，氨基磺酸的用量至少为地沟油和液体磷酸二氢铝总重量的二分之一，再以200转/分钟的速度搅拌4小时，停止加热并继续搅拌直至液体温度降到100℃以下，从而制得酸性脂肪醇硫化物。
具体地，将氨基磺酸加入到地沟油稀释液这一过程最好在1小时内完成，并且边加入边搅拌，这是因为地沟油与氨基磺酸的反应需要加热和搅拌，如果加入氨基磺酸的过程持续很长时间，那么后加入的氨基磺酸可能没有充足的时间参与反应，如果延长加热和搅的时间，那么不仅会增加大量的能耗，而且会导致先发生反应的硫化物离析。这一工序主要是为了制备与碱性中和液混合的酸性脂肪醇硫化物，该酸性脂肪醇硫化物是一种黄棕色粘稠状液体。
工序四，在温度至少为60℃的条件下，将碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物相混合，
并以300转/分钟的速度搅拌～1小时，调整碱性中和液和酸性脂肪醇硫化物的用量，直至制得pH值在5～9之间的土壤固化剂初始液。
具体地，当碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物按照重量比1：1混合时，所制得的土壤固化剂的pH值在～之间；通过调整碱性中和液和酸性脂肪醇硫化物的用量，可以使所制得的土壤固化剂的pH值在5～9之间，例如：可以分别取少量碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物作为样品，然后先将两种样品按照1:1的重量比混合均匀并检测混合后的pH值，再根据检测的pH值与目标产品的pH值之间的差距，选择继续添加碱性中和液或酸性脂肪醇硫化物，逐渐添加，记录每次添加量并检测每次添加后的pH值，直至达到目标产品的pH 值要求时，计算出此时碱性中和液的总加入量与酸性脂肪醇硫化物的总加入量之间的比值，最后按照该比值将实际工序中的碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物混合，从而即可制得符合目标产品pH值要求的土壤固化剂初始液。在实际应用中，碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物的重量比最好为～：1，这不仅可以保证所制得的土壤固化剂的pH值在5～9之间，而且可以大幅提高土壤固化剂的适用范围和固化土的抗压能力、水稳定性和冻稳定性。
工序五，将60℃的氯化钠饱和溶液加入到工序四制得的土壤固化剂初始液中，并在60℃下以200转/分钟的速度搅拌～1小时，然后停止加热和搅拌，静置至少48小时，得到明显分为两层的分层液；再取分层液的上层油状液并通过400目过滤网过滤，即制得
pH值在5～9之间的成品土壤固化剂；该成品土壤固化剂就是上述技术方案中所描述的土壤固化剂。
具体地，氯化钠饱和溶液的用量是土壤固化剂初始液总重量的15％～30％，其主要用途是实现土壤固化剂初始液的分层，还可以将未反应完的剩余原料洗出，但并不与土壤固化剂初始液发生发应，因此在明显分为两层的分层液后，分层液的下部水溶液主要成分就是氯化钠溶液，此时可以先将分层液的下部水溶液放出，并将其存储作为下次工序五的氯化钠溶液重复利用，而在分层液的下部水溶液完全放出后，即可取得分层液的上层油状液。将分层液的上层油状液通过400目过滤网过滤可以去除分层液的上层油状液中的杂质，当分层液的上层油状液过滤完成后，可以将成品土壤固化剂装入存储罐或直接灌装。
需要说明的是，上述各工序均可以在反应釜中进行，而各工序中的加热、搅拌、测量温度、检测pH值、过滤等操作均可以采用现有技术中本领域的常规技术手段。
综上可见，该土壤固化剂制备方法在各个工序中所采用的最高加热温度才120℃，
因此与现有土壤固化剂制备方法相比，本发明实施例所提供的土壤固化剂制备方法能耗较低。此外，该土壤固化剂制备方法在各个工序中均未排除任何污染物，因此本发明实施例所提供的土壤固化剂制备方法解决了现有土壤固化剂制备方法污染环境的问题，安全环保。
(三)土壤固化剂的使用方法
一种土壤固化剂的使用方法，将无机结合料以及上述技术方案中所制得的成品土壤固化剂加入到待固化土壤中，搅拌均匀；其中，无机结合料的用量占待固化土壤总重量的3％～6％，而土壤固化剂的用量是待固化土壤和无机结合料总重量的％～％，无机结合料为水泥、石灰、粉煤灰或其他矿粉中的至少一种。
具体地，在实际应用中需要根据待固化土壤的最大干密度(土壤的最大干密度是指单位体积土的质量，其单位为g/cm3)来确定无机结合料和土壤固化剂的用量，例如：通过击实试验得出某待固化土壤的最大干密度为cm3，即每立方待固化土壤的质量为1800kg；无机结合料的用量可以采用待固化土壤总重量的3％，即为1800kgx3％＝54kg；而土壤固化剂的用量可以采用待固化土壤和无机结合料总重量的％，即为(1800kg+54kg)％＝。
进一步地，在各种土壤的固化处理中，可以按照该土壤固化剂使用方法将上述技术方案中所制得的成品土壤固化剂进行应用，从而能够实现就地取材，避免大量建筑材料的运输，这不仅降低了材料成本、运输成本，而且延长了使用寿命，环保无污染。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以几个具体实施例对本发明实施例所提供的土壤固化剂及其制备方法和使用方法进行详细描述。
实施例1
一种土壤固化剂A，采用了上述技术方案中所述土壤固化剂的制备方法制备而成；其特别之处是：在工序四中，碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物之间的混合比例为1：1的重量比；从而最终制得pH值为的土壤固化剂A。
实施例2
一种土壤固化剂B，采用了上述技术方案中所述土壤固化剂的制备方法制备而成；其特别之处是：在工序四中，碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物之间的混合比例为：1的重量比；从而最终制得pH值为的土壤固化剂B。
实施例3
一种土壤固化剂C，采用了上述技术方案中所述土壤固化剂的制备方法制备而成；其特别之处是：在工序四中，碱性中和液与酸性脂肪醇硫化物之间的混合比例为：1的重量比；从而最终制得pH值为的土壤固化剂C。
实施例4
取上述实施例1中的土壤固化剂A与现有技术中的土壤固化剂a(土壤固化剂a是现有技术中国内某品牌的土壤固化剂，其主要成份为氢氧化铝、偏铝酸钠等，其pH值为14，呈强碱性)和土壤固化剂b(土壤固化剂b是现有技术中国外某品牌的土壤固化剂，其主要成份为氢氟酸等，其pH值为1，呈强酸性)进行无侧限抗压强度对比试验。
在该无侧限抗压强度对比试验中，选用的待固化土壤均为北京大兴区低液限粉土(Ip ＝，选用的无机结合料均为河北产级普通硅酸盐水泥。采用不同配比进行不同龄期的无侧限抗压强度对比试验，每组土壤固化剂均采用上述技术方案中所述土壤固化剂的使用方法将土壤固化剂和水泥加入到待固化土壤中并制成试件，每组试件压实度均为96％，试件密封后均采用20±1℃进行恒温养生。该无侧限抗压强度对比试验的结果可以如下表1中所示；其中，“水泥：待固化土壤”代表水泥与待固化土壤之间的重量比，“土壤固化剂用量”代表土壤固化剂的用量是水泥和待固化土壤总重量的重量百分比，即分别为％、％和％。
表1：
从表1中可以看出：在相同用量和相同龄期的情况下，土壤固化剂A的无侧限抗压强度均明显高于现有技术中的土壤固化剂a和土壤固化剂b；由此可见，与现有土壤固化剂相比，本发明实施例所提供的土壤固化剂的无侧限抗压强度大幅增强。
实施例5
取上述实施例1中的土壤固化剂A与现有技术中的土壤固化剂a(土壤固化剂a是现有技术中国内某品牌的土壤固化剂，其主要成份为氢氧化铝、偏铝酸钠等，其pH值为14，呈强碱性)和土壤固化剂b(土壤固化剂b是现有技术中国外某品牌的土壤固化剂，其主要成份为氢氟酸等，其pH值为1，呈强酸性)进行水稳定性对比试验。
水稳定性系数是衡量水稳定性的主要指标，它是以不同龄期饱水抗压强度与干抗压强度的比值来表示的，水稳定性系数越大，则水稳定性越好，因此在该水稳定性对比试验中主要对不同龄期的饱水抗压强度与干抗压强度进行测量，并计算出相应的水稳定性系数。在该水稳定性对比试验中，选用的待固化土壤均为北京大兴区低液限粉土(Ip＝，选用的无机结合料均为河北产级普通硅酸盐水泥，水泥与待固化土壤之间的重量比均为5：95，土壤固化剂用量均是水泥和待固化土壤总重量的％。每种土壤固化剂均采用上述技术方案中所述土壤固化剂的使用方法将土壤固化剂和水泥加入到待固化土壤中并制成试件，
每组试件压实度均为96％，试件密封后均采用20±1℃进行恒温养生。该水稳定性对比试
验的结果可以如下表2中所示。
表2：
从表2中可以看出：在相同用量和相同龄期的情况下，土壤固化剂A的水稳定性系数均明显高于现有技术中的土壤固化剂a和土壤固化剂b；此外，土壤固化剂A的水稳定性系随着龄期的增长而逐渐增大；由此可见，与现有土壤固化剂相比，本发明实施例所提供的土壤固化剂的水稳定性大幅提高，并且随着龄期的增长，水稳定性逐渐增大。
实施例6
取上述实施例1中的土壤固化剂A与现有技术中的土壤固化剂a(土壤固化剂a是现有技术中国内某品牌的土壤固化剂，其主要成份为氢氧化铝、偏铝酸钠等，其pH值为14，呈强碱性)和土壤固化剂b(土壤固化剂b是现有技术中国外某品牌的土壤固化剂，其主要成份为氢氟酸等，其pH值为1，呈强酸性)进行冻稳定性对比试验。
该冻稳定性对比试验主要参照现有技术中混凝土抗冻性能试验方法进行，通过冻融后的强度损失率对不同土壤固化剂的冻稳定性进行比较。在该冻稳定性对比试验中，选用的待固化土壤均为北京大兴区低液限粉土(Ip＝，选用的无机结合料均为河北产级普通硅酸
盐水泥，水泥与待固化土壤之间的重量比均为5：95，土壤固化剂用量均是水泥和待固化土壤总重量的％；每种土壤固化剂均采用上述技术方案中所述土壤固化剂的使用方法将土壤固化剂和水泥加入到待固化土壤中并制成试件，每组试件压实度均为96％。所有试件的
冻结温度范围是(-17±2)℃～0℃，每次冻结降温历时为～小时，每次冻结时间为～小时，融化温度范围是0℃～(8±2)℃，每次融化时间为～小时。该冻稳定性对比试验的结果可以
如下表3中所示。
表3：
从表3中可以看出：在相同用量情况下，土壤固化剂A的冻融循环后抗压强损失率明显低于现有技术中的土壤固化剂a和土壤固化剂b；由此可见，与现有土壤固化剂相比，本发明实施例所提供的土壤固化剂的冻稳定性大幅提高。
综上可见，本发明实施例所提供的土壤固化剂是一种非强酸、非强碱的液态土壤固化剂，不仅具有pH值可调、使用安全性高、不污染环境、抗压能力强、水稳定性和冻稳定性大幅提高等优点，而且实现了地沟油的废物利用；而本发明实施例所提供的土壤固化剂的制备方法不仅能耗低、而且无污染物排出，安全环保。