一种疏水型抗冲刷黄土固化剂

技术领域

本发明涉及一种疏水型抗冲刷固化剂，尤其是涉及一种用于黄土高原地区的疏水型抗冲刷固化剂。

背景技术

淤地坝是指在水土流失地区各级沟道中，以拦泥淤地为目的而修建的坝工建筑物，其拦泥淤成的地叫坝地。一条沟内修建多个淤地坝是中国黄土高原水土流失严重地区重要而独特的治沟工程体系。主要目的是滞洪、拦泥，淤地、蓄水、建设农田、发展农业生产、减轻黄河泥沙。淤地坝是黄土高原地区广大人民群众在长期同水土流失斗争实践中总结出来的一种行之有效的沟道治理工程，广泛分布于黄土高原的沟岔中，形成一道道封堵泥沙输送通道的人工屏障，发挥着淤地造田和保持水土的双重功效。

CN1273687C公开了一种黄土集流场表面增流减糙固化方法，首先去掉地表表层杂土，将土挖松，除去杂草、杂物：将土壤固化剂和黄土按重量比1∶6～1∶8配制，洒水拌合均匀，铺平夯实，使其干密度大于1.60g/cm3；在夯实的集流面上拍出浆液，在浆液上撒纯固化剂收面抹光，使其糙率达到0.012即可：制好后的集流场表面定期洒水养护。本发明建造的黄土坡地集流面，集流效率可达80％～90％，使用寿命为15～20年，与混凝土集流面集流效率基本相同，而且对环境无污染，其建造成本为3～5元/平方米，仅为混凝土集流面建造成本的三分之一；可广泛应用于广大黄土高原和其它无砂、石料地区，对推动旱区集雨补灌农业的发展具有重要的实际意义和实用价值。

CN108102658A本发明公开了一种适用于粉质粘土路基施工的土质固化剂，其主要成分包括氯化镁、氯化铝、三乙醇胺、硫酸钠、氨基苯磺酸盐、水、有机表面活性剂混合制备而成,工艺简单，便于批量生产；本发明涉及的土质固化剂是一种弱酸性离子溶液型土质固化剂，使用方便，能够很好地稳定固化粉质粘土，特别适用于陕西榆林地区的黄土。该土质固化剂无毒、无害，无腐蚀性，用量微，效果明显；使用本发明土质固化剂稳定粉质粘土，能够明显提高路基土的抗水损害能力与抗变形能力，提高路基整体强度。能够改善粉质粘土难以压实、水稳定性差的缺点，并能节省大量石灰、水泥等传统筑路材料。

目前修筑的淤地坝由大坝和泄水建筑物组成，大坝一般是就地采用黄土筑坝，修建为均质土坝，防洪标准较低。由于淤地坝的数量大、布局分散，管护任务巨大，再加上淤地坝的防洪标准低，在汛期遇超标准洪水翻坝时，易造成淤地坝溃坝冲毁，上游淤地坝溃坝形成的超标洪水又会对下游淤地坝构成威胁，从而形成连锁反应。近几年，随着全球气候变化的影响，黄河流域发生区域高强度暴雨和极端暴雨的可能性加大，持续强降雨产生的洪水使坝体长时间浸水，以及相对高水位运行导致溃坝的几率加大。黄土具有典型的湿陷性特点，浸泡条件下会发生明显的强度降低和变形增大，不仅导致淤地坝的防汛安全形式严峻，而且使得淤地坝的安全运行受阻。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种防洪标准高、防冲刷破坏能力强、防水性能好的黄土高原地区疏水型抗冲刷黄土固化剂。

为实现以上目的，本发明可采用以下技术方案：

本发明所述一种疏水型抗冲刷固化剂，由粉体固化组分和液体防水组分两部分组成。其中粉体固化组分的组成为：

矿渣粉50～75份，水泥15～30份，粉煤灰5～25份，合成纤维1～7份，硫酸钙2～5份，氢氧化钙1～5份，氯化钙1～5份。

在一些实施例中，所述矿渣粉为S95级以上磨细粒化高炉矿渣粉。

在一些实施例中，所述水泥为等级42.5以上硅酸盐或普通硅酸盐水泥。

在一些实施例中，所述粉煤灰为采用F类二级以上粉煤灰粉磨而成，细度800目以上。

在一些实施例中，所述合成纤维为PP纤维、PVA纤维或PE纤维，长度为5～10mm，当量直径20～50μm。

将上述粉体材料在高速混合机内混合3～5min，之后加入合成纤维材料，采用低速混合2～3min，至混合均匀。

其中液体防水组合物组成为：

疏水剂2～50份，界面剂1～20份，稳定剂1～15份，水20～90份。

在一些实施例中，疏水剂为白油、椰子油、液体石蜡、硅油等疏水原料的一种或多种。

在一些实施例中，所述界面剂为聚醚改性硅油、月桂酰胺丙基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、椰油两性咪唑啉等材料中的一种或多种。

在一些实施例中，所述稳定剂为鞣酸、水杨酸、椰油脂肪酸钾、三乙醇胺油酸皂等材料中的一种或多种。

液体防水组合物的制备方法为：

将上述材料在60～80℃反应釜中拌机2小时，至均匀，即得液体防水组分。

使用时，根据要求，按粉体材料：进行拌合均匀，之后按照搅拌后混合粉体材料：液体＝100:1～2的比例均匀喷洒液体材料，在喷洒过程中注意翻拌，额外加水至粉体材料击实试验的最优含水率。然后进行塑形即可。

相比现有技术，本发明具有如下的技术效果：

与已有技术相比，本发明固化剂固化后土体的无侧限抗压强度可达到5MPa以上，通过纤维增加固化后土体的韧性和抗裂性能，形成高强高韧的固化土材料。采用制备的液体防水组分使土体具有憎水性，能够有效避免外部水分的大量渗入，减小黄土湿陷性。同时，掺入本发明固化剂的黄土样品的抗冲刷性能也得到加强。

具体实施方式

在下文中更详细地描述了本发明以有助于对本发明的理解。

所属领域的技术人员将认识到：本发明所描述的化学反应可以用来合适地制备许多本发明的其他化合物，且用于制备本发明的化合物的其它方法都被认为是在本发明的范围之内。例如，根据本发明那些非例证的化合物的合成可以成功地被所属领域的技术人员通过修饰方法完成，如适当的保护干扰基团，通过利用其他已知的试剂除了本发明所描述的，或将反应条件做一些常规的修改。另外，本发明所公开的反应或已知的反应条件也公认地适用于本发明其他化合物的制备。

本发明所述黄土高原地区疏水型抗冲刷固化剂，由粉体固化组分和液体防水组分两部分组成。其中粉体固化组分的组成为：

矿渣粉50～75份，水泥15～30份，粉煤灰5～25份，合成纤维1～7份，硫酸钙2～5份，氢氧化钙1～5份，氯化钙1～2份。

其中，所述矿渣粉可采用S95级磨细粒化高炉矿渣粉，品质符合现行国家标准《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046)的规定；所述水泥可采用为普通硅酸盐水泥42.5水泥，品质符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB/T175)的规定；所述粉煤灰可采用F类二级粉煤灰粉磨而成，细度1000目，磨细前粉煤灰品质符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596)的规定；所述合成纤维为PVA纤维，长度为10mm，当量直径20μm，其他性能符合现行国家标准《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》GB/T21120的规定。

上述粉体固化组合物制备的具体工艺为：

将上述粉体材料在高速混合机内混合3～5min，之后加入合成纤维材料，采用低速混合2～3min，至混合均匀。

其中液体组合物的组成以及制备方法为：

疏水剂2～50份，界面剂1～20份，稳定剂1～15份，水20～90份。

所述疏水剂为白油、椰子油、液体石蜡、硅油等疏水原料的一种或多种，主要为提升材料的疏水性能；所述界面剂为聚醚改性硅油、月桂酰胺丙基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、椰油两性咪唑啉等材料中的一种或多种，主要用于优化疏水剂与水及水性材料的接触界面，提升疏水剂的水溶性，同时提高与土壤中金属离子的结合能力；所述稳定剂为鞣酸、水杨酸、椰油脂肪酸钾、三乙醇胺油酸皂等材料中的一种或多种，主要液体防水组分pH的调制，提升溶液的稳定性。

液体防水组合物的制备方法为：

将上述材料在60～80℃反应釜中拌机2小时，至均匀，即得液体防水组分。

实施例1

本发明所述黄土高原地区疏水型抗冲刷固化剂，由粉体固化组分和液体防水组分两部分组成。其中粉体固化组分的组成为：

市售矿渣粉70份，水泥15份，粉煤灰10份，合成纤维2份，硫酸钙2份、氢氧化钙1份。

将上述粉体材料在高速混合机内混合3～5min，之后加入纤维材料，采用低速混合2～3min，至混合均匀。

其中液体组分的制备方法为：

疏水剂：白油10份，椰子油10份；

界面剂：聚醚改性硅油2份，椰油酰胺丙基甜菜碱8份；

稳定剂：椰油脂肪酸钾5份；

水65份。

将上述材料在60℃反应釜中拌机2小时，至均匀，即得液体防水组分。

实施例2

本发明所述黄土高原地区疏水型抗冲刷固化剂，由粉体固化组分和液体防水组分两部分组成。其中粉体固化组分的组成为：

市售矿渣粉65份，水泥20份，粉煤灰10份，合成纤维2份，硫酸钙2份、氢氧化钙1份。

将上述粉体材料在高速混合机内混合3～5min，之后加入纤维材料，采用低速混合2～3min，至混合均匀。

其中液体组分的制备方法为：

疏水剂：硅油15份，液体石蜡8份；

界面剂：月桂酰胺丙基甜菜碱6份，椰油两性咪唑啉10份；

稳定剂：三乙醇胺油酸皂10份；

水62份。

将上述材料在60℃反应釜中拌机2小时，至均匀，即得液体防水组分。

实施例3

本发明所述黄土高原地区疏水型抗冲刷固化剂，由粉体固化组分和液体防水组分两部分组成。其中粉体固化组分的组成为：

市售矿渣粉60份，水泥25份，粉煤灰10份，合成纤维1份，硫酸钙2份、氢氧化钙2份。

将上述粉体材料在高速混合机内混合3～5min，之后加入纤维材料，采用低速混合2～3min，至混合均匀。

其中液体组分的制备方法为：

疏水剂：白油20份，硅油15份

界面剂：聚醚改性硅油5份，月桂酰胺丙基甜菜碱10份

稳定剂：鞣酸15份

水60份。

将上述材料在60℃反应釜中拌机2小时，至均匀，即得液体防水组分。

黄土取自陕西榆林典型黄土地区黄土，粉碎至100目，晾干备用。按粉体材料：黄土18：82进行拌合均匀。喷洒加入4％的液体材料，翻拌均匀，加入适量水调节至最优含水率状态。制备无侧限抗压强度试样和湿陷系数测试试样，同时成型空白试样(本发明所用的空白试样不含有液体材料)。

黄土由于其独特的工程性质和结构特性，黄土具有不同程度的湿陷性。因其直接关系到工程的造价和安危，所以一直是岩土工程界关注的重要问题。我国国土西部地区存在在大面积的黄土土壤，因此对于西部地区黄土地上建筑物施工前，都需要对其所在的土壤的黄土湿陷系数进行测试，以确保安全。

黄土湿陷系数(coefficient of collapsibility of loess)是评价黄土湿陷性的力学参数。指在一定压力下，土样浸水前后高度之差与土样原始高度之比。

据中国《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025～2018)第4.3.2条，湿陷

系数δs按下式求算：

式中：h

h’

h

测定湿陷系数δs的试验压力时，应按土样深度和基底压力确定。土样深度自基础底面算起，基底标高不确定时，自地面下1.5m算起；试验压力应按下列条件取值：

1.基底压力小于300kPa时，基底下10m以内的土层应用200kPa，10m以下至非湿陷性黄土层顶面，应用其上覆土的饱和自重压力；

2.基底压力不小于300kPa时，宜用实际基底压力，当上覆土的饱和自重压力大于实际基底压力时，应用其上覆土的饱和自重压力；

3.对压缩性较高的新近堆积黄土，基底下5m以内的土层宜用(100～150)kPa压力，5m～10m和10m以下至非湿陷性黄土层顶面，应分别用200kPa和上覆土的饱和自重压力。

得到实施1～3的固化剂样品后，继续将其使用至黄土地区，测试其性能。黄土的样品取陕西榆林典型黄土地区黄土若干，粉碎至100目，晾干备用。按粉体材料：黄土18：82进行拌合均匀。喷洒加入4％的液体材料，翻拌均匀，过程中加入适量水调节至最优含水率状态。制备无侧限抗压强度试样和湿陷系数测试试样，同时成型空白试样(不添加液体材料)。实验结果如下表所示。

表1

养护7天后固化试样无侧限抗压强度高达6.5MPa，空白试样为1.1MPa；固化试样的湿陷系数低至0.010，空白试样的湿陷系数为0.048。可见，本发明的固化剂显著提高了土体的强度并降低了土体的湿陷性。

本发明实施例1～3得到本发明的疏水抗冲刷黄土固化剂后，按照料不同比例的粉(固)体和液体，掺入黄土样品中，制备出样品，测试抗冲刷性能。具体样品采用如下方法制成：取黄土地区典型黄土若干，粉碎至100目，晾干备用。按粉体材料：黄土比例进行拌合均匀。喷洒加入一定比例的液体材料，翻拌均匀，加入适量水调节至最优含水率状态。在特定的模具中，施加压力保持一定时间，最终成型制备试样，同时成型空白试样/对比例(不含液体成分)。对试样的吸水率、湿干强度、水稳系数、质量损失率进行测试，用作评价黄土的抗冲刷性能。性能如下表所示。

表2

表3

表4

由表2～4，可以表明，本发明实施例得到固化剂(同时含有固体和液体成分)掺进黄土样品后，使得黄土的抗冲刷性能也得到加强。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。