一种沙漠固化剂及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种施工原料技术领域，特别是一种沙漠固化剂及其制作方法。

背景技术

光热光伏发电，作为一种新型的清洁能源，近年正在飞速发展。随着世界对环境保护的重视以及土地资源成本日益增大，在沙漠戈壁中建设光热、光伏电站已成为世界各国争相发展趋势；在沙漠中修建光热电厂，利用沙漠里充足的光照条件来进行发电以节约其他资源，其既能开发利用清洁能源，减少环境污染，又可利用沙漠广袤土地并同时治理沙漠。但是在光热或者光伏电站修建的时候引发了一系列的问题

固化剂又名硬化剂、熟化剂或变定剂，是一类增进或控制固化反应的物质或混合物。近年来，随着沙漠光热光伏电站的开发，研究固砂材料，就地固结当地沙漠砂，称为公路、井场、房屋等建筑工程的垫层、基层、石层材料等代替部分砼、砾石等工程材料进行了技术研究。沙漠固化剂是一种新型的环保工程材料，与沙漠中的颗粒混合发生一系列的物理和化学反应使土壤颗粒凝聚固化，提高其抗压强度，从而替代大量的石灰和水泥等传统筑路材料等用于沙漠道路工程，具有节省资源和能源、保护制备等显著经济和环境效益。沙漠固化剂在沙漠地区电站的施工中具有一定的指标要求，如强度、耐久性、刚度等，这样在重复和在的作用下不至于产生过大变形而使得电厂路基破坏而失效。固化剂加固效果的指标主要有两种：一种是强度指标，通常用龄期为7天的无侧限抗压强度来表示；另一种是耐久性指标，常用冻融循环试验和疲劳试验来衡量。

现有技术中沙漠环境下的固化剂通常采用如下的形式：

如非专利文献“咸宁核电厂场平工程现场第一阶段碾压试验”中公开了开挖区强、中风区泥质粉砂岩和粉砂质页岩第一阶段碾压试验方法，碾压前，使用洒水车喷头在碾压层洒水。

如非专利文献“在塔尔沙漠区域露天矿剥离工程中主干道路的修筑与维护”中公开了用开挖出来的硬质泥砂岩铺垫在路基上作为面层，将硬质泥砂岩均匀碾碎，再洒水；

如非专利文献“风积沙路基大摊铺机全断面大厚度摊铺技术研究”中公开了风积沙路基大摊铺机全断面大厚度摊铺施工方法，在铺筑前必须对工作面进行洒水碾压。

然而以上方法中存在如下技术缺陷：

1、原材料无法就地取材，需要运输或者其他方式获取，运输等获取成本高；

2、就地取材形成的固化剂往往不进行后期处理或者后期处理不当，无法达到固沙和行车条件；

3、材料处理的物理和化学工序繁琐，不适应于大面积光热电站的建设。

发明内容

为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，本发明提供一种沙漠固化剂及其制作方法，需要固化剂对沙漠内的砂子具有一定的润湿和渗透性；固化剂在固化后其本身具有较高的强度；具有较长的耐久性；具有较好的抗风蚀和抗冻性；具有较低廉的价格，由此在沙漠地区就地取材，挖取深层含盐(碱)Gypsum结晶砂岩，通过实验，科学配比形成面层固化材料；沙漠场地平整后，采用固化材料铺设面层，使表面形成一层具有抗压强度的硬壳，达到快速、经济固沙的目标。

由此，本发明的目的在于提供一种沙漠固化剂，由沙漠深层的盐碱土材料组成，其中所述盐碱土材料具有含盐或含碱Gypsum结晶砂岩、Catch砂岩以及浅棕色大颗粒砂岩材料，将所述沙漠固化剂混合搅拌、洒水，在原始沙漠场平完成面，大面积摊铺、碾压、洒水，使沙面层上形成一层硬壳，为了保证固沙原材料的质量，所述盐碱土材料盐含量在0.2％～0.8％，并且压实度超过90％，所述盐碱土材料洒水后确保含水量为15％。

根据本发明的另一方面，所述含盐或含碱Gypsum结晶砂岩为30-40份，所述Catch砂岩为30-40份，其余为浅棕色大颗粒砂岩材料以及少量杂质。

本发明的目的在于提供一种沙漠固化剂，由下列重量份的原料制成：沙漠深层的盐碱土材料80份以及碎石20份，其中所述盐碱土材料具有含盐或含碱Gypsum结晶砂岩、Catch砂岩以及浅棕色大颗粒砂岩材料，将所述沙漠固化剂混合搅拌、洒水，在原始沙漠场平完成面，大面积摊铺、碾压、洒水，使沙面层上形成一层硬壳，为了保证固沙原材料的质量，所述盐碱土材料盐含量在0.2％～0.8％，并且压实度超过90％，所述盐碱土材料洒水后确保含水量为15％。

根据本发明的另一方面，所述含盐或含碱Gypsum结晶砂岩为30-40份，所述Catch砂岩为30-40份，其余为浅棕色大颗粒砂岩材料以及少量杂质。

根据本发明的另一方面，所述含盐或含碱Gypsum结晶砂岩以及所述Catch砂岩来自强风化砂岩。

本发明的目的还在于提供一种沙漠固化剂的制作方法，包括如下步骤：

步骤1，在沙漠地区就地取材，通过施工机械自带爬犁进行地面破口后扩展面积呈条形开挖形成料坑，通过料坑获得盐碱土，堆放至料坑两侧；

步骤2，进行材料分析，确保选择所述盐碱土中含有强风化砂岩，所述强风化砂岩具有一定组分含量的含盐或含碱Gypsum结晶砂岩、Catch砂岩以及浅棕色大颗粒砂岩材料的作为沙漠固化剂的原料；

步骤3，确定强风化砂岩与水的最佳配比、湿度、施工位置以及施工碾压方式，形成施工用沙漠固化剂。

根据本发明的另一方面，所述施工位置为大面积沙漠，所述施工碾压方式为：进行混合搅拌、洒水，在原始沙漠场平完成面，大面积摊铺、碾压、洒水，摊铺碾压方式10t压路机来回碾压3遍，厚度控制15cm后洒水含水率达到15％，使沙面层上形成一层硬壳，达到快速固沙和行车条件。

根据本发明的另一方面，所述施工位置为施工面层上设置的沙漠渗水沟，所述施工碾压方式为：在原始沙漠场平完成面，直接摊铺、碾压、洒水，控制厚度施工，达到固化并能渗透雨水的技术效果。

本发明的目的还在于提供一种沙漠固化剂的制作方法，包括如下步骤：

步骤1，在沙漠地区就地取材，通过施工机械自带爬犁进行地面破口后扩展面积呈条形开挖形成料坑，通过料坑获得盐碱土，堆放至料坑两侧；

步骤2，进行材料分析，确保选择所述盐碱土中含有强风化砂岩，所述强风化砂岩具有一定组分含量的含盐或含碱Gypsum结晶砂岩、Catch砂岩以及浅棕色大颗粒砂岩材料的作为沙漠固化剂的原料；

步骤3，确定强风化砂岩与碎石的最佳配比、湿度、施工位置以及施工碾压方式，形成施工用沙漠固化剂。

根据本发明的另一方面，所述施工位置为道路面层，所述施工碾压方式为：将含盐或含碱Gypsum结晶砂岩、Catch砂岩、浅棕色大颗粒砂岩材料与碎石按4：1比例混合后，摊铺、碾压、洒水，控制厚度施工道路面层，其中碎石将被直接填铺在覆盖材料层上，然后由平地机进行平整，对于转运道路，覆盖材料层填平后，碎石层同时填平，然后用压路机压实5次。

与现有技术相比，本发明具有以下一个或多个技术效果：

1、固化剂对沙漠内的砂子具有一定的润湿和渗透性；固化剂在固化后其本身具有较高的强度；具有较长的耐久性；具有较好的抗风蚀和抗冻性；具有较低廉的价格。

2、固沙效率高(常规1天8小时固沙面积可达3000㎡)，完成面能满足建筑施工用地要求。抗水性能优，保持时间长，且本固沙施工在面层设置渗水沟槽，能经受沙漠地区50年一遇大暴雨。

3、用于面层固化施工的原材料，为天然无污染的盐碱土与水，无需添加任何化学试剂，不会对环境造成污染，环境友好度高。

附图说明

为了能够理解本发明的上述特征的细节，可以参照实施例，得到对于简要概括于上的发明更详细的描述。附图涉及本发明的优选实施例，并描述如下：

图1为根据本发明优选实施例五的沙漠固化剂制作方法流程图；

图2为根据本发明优选实施例六的沙漠固化剂制作方法流程图。

具体实施例

现在将对于各种实施例进行详细说明，这些实施例的一或更多个实例分别绘示于图中。各个实例以解释的方式来提供，而非意味作为限制。例如，作为一个实施例的一部分而被绘示或描述的特征，能够被使用于或结合任一其他实施例，以产生再一实施例。本发明意在包含这类修改和变化。

在以下对于附图的描述中，相同的参考标记指示相同或类似的部件。一般来说，只会对于个别实施例的不同之处进行描述。除非另有明确指明，否则对于一个实施例中的部分或方面的描述也能够应用到另一实施例中的对应部分或方面。

本实施例为中建三局二公司700MW光热+250MW光伏电厂项目位于阿联酋迪拜沙漠腹地，自行研究实施的高温沙漠腹地大面积场平固沙施工工法中采用的沙漠固化剂。

本实施例中，沙丘平整后，在表面使用覆盖材料来防止风沙在风力作用下流失。大面积场平施工，覆盖材料的需求量较大，因地制宜地选用合适的覆盖材料很重要。沙漠地区盐碱土较多，盐碱土在洒水压实后固沙效果也较好，所以在场平施工前应探清场地盐碱土覆盖材料的位置，以方便后期材料的转运。通过进行地质勘察及探坑试验来确定盐碱土位置：先在全场做地质勘察，通过地勘结果，进行探坑挖掘试验，最终确定盐碱土位置。

1、地质勘察

进行地质勘察的目的是确定拟选址的地表和地下条件以及地基的物理、机械和化学性质，为工程提供足够的信息。进行全场地质勘察，准确的确定盐碱土分布情况。测绘实际的地面条件，并根据钻孔获得地下土壤剖面与岩土参数，为全场场平提供岩土参数和承载力。

为了获得准确的岩土参数，需要进行动力触探试验和现场电阻率等试验。

从钻孔中获得扰动、未扰动样品和劈裂试样。未受扰动的样品是使用内径为93毫米的双芯筒获得，由岩土工程师进行分类，按正确的顺序放置在木箱中，潮湿的样品先放在密封的塑料袋里，然后再放在木箱里，并送往实验室对回收的样品进行动力触探试验和现场电阻率等试验。

2、探坑

为进一步查明本工程场地内固沙覆盖材料的分布情况，在全场地势平坦的戈壁滩地形处进行探坑查明。场地内共布置6个探坑，探坑开挖深度以挖机最大开挖能力作为控制条件，同时做好记录、描述和拍照等工作。

3、盐碱土覆盖材料分析

根据探坑开挖情况和已有的勘察资料，场地内地层分布如下：

①粉细砂：灰白色～黄褐色，松散～密实。表层含有一薄层小碎石，棱角-次棱角状，碎石粒径2～20mm，分选性差。

②全风化砂岩：灰白色～黄褐色，非常密实，胶结较差，手捏易碎，呈砂土状。

③强风化砂岩：灰白色～红褐色，岩芯呈块状，有一定胶结，锤击易碎，不宜作为固沙覆盖材料。

④强风化砂岩：灰白色～黄褐色，节理裂隙发育，岩芯呈碎块状，锤击易碎，局部含有少量Gypsum晶体，可作为固沙覆盖材料。

⑤强风化砂岩：灰白色，节理裂隙发育，岩芯呈碎块状，锤击不易碎，局部含有少量Catch，可作为固沙覆盖材料。

⑥强风化～中等风化砂岩：灰白色～黄褐色，较硬～坚硬，挖机很难挖掘，未揭穿，不宜作为固沙覆盖材料。

可用固沙覆盖材料分析：

根据探坑揭露的浅层土特征，根据强风化砂岩所含物质可分为3类：

(1)含少量Gpysum晶体强风化砂岩，可作为固沙覆盖材料；

(2)含少量Catch强风化砂岩，可作为固沙覆盖材料；

(3)强风化砂岩，不宜作为固沙覆盖材料。

戈壁滩等硬质土壤区域用推土机自带爬犁进行地面破口，再用推土机扩展面积。盐碱土开挖方式同戈壁滩区域开挖，料坑呈条形开挖，盐碱土堆放至料坑两侧。

实施例一：

沙漠固化剂，由沙漠深层的盐碱土材料组成，其中盐碱土材料具有含盐或含碱Gypsum结晶砂岩、Catch砂岩以及浅棕色大颗粒砂岩材料，将所述沙漠固化剂混合搅拌、洒水，在原始沙漠场平完成面，大面积摊铺、碾压、洒水，使沙面层上形成一层硬壳，为了保证固沙原材料的质量，盐碱土材料盐含量在0.2％，并且压实度超过90％，盐碱土材料洒水后确保含水量为15％。含盐或含碱Gypsum结晶砂岩为30份，Catch砂岩为40份，其余为浅棕色大颗粒砂岩材料以及少量杂质。含盐或含碱Gypsum结晶砂岩以及Catch砂岩来自强风化砂岩。

实施例二：

沙漠固化剂，由沙漠深层的盐碱土材料组成，其中盐碱土材料具有含盐或含碱Gypsum结晶砂岩、Catch砂岩以及浅棕色大颗粒砂岩材料，将所述沙漠固化剂混合搅拌、洒水，在原始沙漠场平完成面，大面积摊铺、碾压、洒水，使沙面层上形成一层硬壳，为了保证固沙原材料的质量，盐碱土材料盐含量在0.4，并且压实度超过90％，盐碱土材料洒水后确保含水量为15％。含盐或含碱Gypsum结晶砂岩为40份，Catch砂岩为30份，其余为浅棕色大颗粒砂岩材料以及少量杂质。含盐或含碱Gypsum结晶砂岩以及Catch砂岩来自强风化砂岩。

实施例三：

沙漠固化剂，由下列重量份的原料制成：沙漠深层的盐碱土材料80份以及碎石20份，其中盐碱土材料具有含盐或含碱Gypsum结晶砂岩、Catch砂岩以及浅棕色大颗粒砂岩材料，将所述沙漠固化剂混合搅拌、洒水，在原始沙漠场平完成面，大面积摊铺、碾压、洒水，使沙面层上形成一层硬壳，为了保证固沙原材料的质量，盐碱土材料盐含量在0.6，并且压实度超过90％，盐碱土材料洒水后确保含水量为15％。含盐或含碱Gypsum结晶砂岩为30份，Catch砂岩为40份，其余为浅棕色大颗粒砂岩材料以及少量杂质。含盐或含碱Gypsum结晶砂岩以及Catch砂岩来自强风化砂岩。

实施例四：

沙漠固化剂，由下列重量份的原料制成：沙漠深层的盐碱土材料80份以及碎石20份，其中盐碱土材料具有含盐或含碱Gypsum结晶砂岩、Catch砂岩以及浅棕色大颗粒砂岩材料，将所述沙漠固化剂混合搅拌、洒水，在原始沙漠场平完成面，大面积摊铺、碾压、洒水，使沙面层上形成一层硬壳，为了保证固沙原材料的质量，盐碱土材料盐含量在0.8，并且压实度超过90％，盐碱土材料洒水后确保含水量为15％。含盐或含碱Gypsum结晶砂岩为35份，Catch砂岩为35份，其余为浅棕色大颗粒砂岩材料以及少量杂质。含盐或含碱Gypsum结晶砂岩以及Catch砂岩来自强风化砂岩。

实施例五

参见图1，一种沙漠固化剂的制作方法，包括如下步骤：

步骤1，在沙漠地区就地取材，通过施工机械自带爬犁进行地面破口后扩展面积呈条形开挖形成料坑，通过料坑获得盐碱土，堆放至料坑两侧；

步骤2，进行材料分析，确保选择所述盐碱土中含有强风化砂岩，所述强风化砂岩具有一定组分含量的含盐或含碱Gypsum结晶砂岩、Catch砂岩以及浅棕色大颗粒砂岩材料的作为沙漠固化剂的原料；

步骤3，确定强风化砂岩与水的最佳配比、湿度、施工位置以及施工碾压方式，形成施工用沙漠固化剂。

采用实施例五的固化剂针对不同施工位置进行固化施工的方法：

(1)沙漠地区就地取材，利用其特有的含盐(碱)Gypsum结晶砂岩、Catch砂岩、浅棕色大颗粒砂岩材料，通过实验，确定最佳配比、湿度、施工碾压方式，混合搅拌、洒水，在原始沙漠场平完成面，大面积摊铺、碾压、洒水，使沙面层上形成一层硬壳，达到快速固沙和行车条件(该技术实施面44km

(2)沙漠地区就地取材，利用其特有的含盐(碱)Gypsum结晶砂岩、Catch砂岩、浅棕色大颗粒砂岩材料，在原始沙漠场平完成面，直接摊铺、碾压、洒水，注意控制厚度，施工施工面层上设置的沙漠渗水沟，可达到固化并能渗透雨水的技术效果。

针对以上两个施工位置，在道路平整完成后进行固化工作。将覆盖材料从存储区转移到临时的路边后，首先用推土机将原地面平整；然后进行洒水，用压路机压实5次后，用推土机摊铺覆盖材料；此后平地机将覆盖材料铺满整个表面，其中覆盖材料(盐碱土)厚度约15cm，在覆盖材料摊铺完成后洒水并保证含水量约为15％；最后用压路机压实5次。施工中注意：从覆盖层储存区域运输到道路施工区域后，直接摊铺在道路基础上；盐碱土卸至道路一头，覆盖材料的摊铺应由平地机或推土机进行，将材料均匀地铺铺到设定的施工区域的全宽；用最少15吨重的压路机进行碾压，碾压方式应使滚轮的每一次碾压都能均匀地、逐步地与前一道次重叠，碾压工艺从填方区域的一端到另一端工作。压实后的覆盖层厚度应满足设计要求。转运道路基础为100mm厚覆盖材料层。

实施例六：

参见图2，沙漠固化剂的制作方法，包括如下步骤：

步骤1，在沙漠地区就地取材，通过施工机械自带爬犁进行地面破口后扩展面积呈条形开挖形成料坑，通过料坑获得盐碱土，堆放至料坑两侧；

步骤2，进行材料分析，确保选择所述盐碱土中含有强风化砂岩，所述强风化砂岩具有一定组分含量的含盐或含碱Gypsum结晶砂岩、Catch砂岩以及浅棕色大颗粒砂岩材料的作为沙漠固化剂的原料；

步骤3，确定强风化砂岩与碎石的最佳配比、湿度、施工位置以及施工碾压方式，形成施工用沙漠固化剂。

采用实施例六的固化剂针对不同施工位置进行固化施工的方法：

将含盐或含碱Gypsum结晶砂岩、Catch砂岩、浅棕色大颗粒砂岩材料与碎石按4：1比例混合后，摊铺、碾压、洒水，控制厚度施工道路面层，该施工技术用于槽式、塔式光热发电厂镜场主干道的施工。其中碎石将被直接填铺在覆盖材料层上，然后由平地机进行平整，对于转运道路，覆盖材料层填平后，碎石层应同时填平，然后用压路机压实5次。

在道路平整完成后进行固化工作。将覆盖材料从存储区转移到临时的路边后，首先用推土机将原地面平整；然后进行洒水，用压路机压实5次后，用推土机摊铺覆盖材料；此后平地机将覆盖材料铺满整个表面，其中覆盖材料(盐碱土)厚度约15cm，在覆盖材料摊铺完成后洒水并保证含水量约为15％；最后用压路机压实5次。施工中注意：从覆盖层储存区域运输到道路施工区域后，直接摊铺在道路基础上；盐碱土卸至道路一头，覆盖材料的摊铺应由平地机或推土机进行，将材料均匀地铺铺到设定的施工区域的全宽；用最少15吨重的压路机进行碾压，碾压方式应使滚轮的每一次碾压都能均匀地、逐步地与前一道次重叠，碾压工艺从填方区域的一端到另一端工作。压实后的覆盖层厚度应满足设计要求。转运道路基础为100mm厚覆盖材料层。

实施以上的四个实施例，从而：

1、固化剂对沙漠内的砂子具有一定的润湿和渗透性；固化剂在固化后其本身具有较高的强度；具有较长的耐久性；具有较好的抗风蚀和抗冻性；具有较低廉的价格。

2、固沙效率高(常规1天8小时固沙面积可达3000㎡)，完成面能满足建筑施工用地要求。抗水性能优，保持时间长，且本固沙施工在面层设置渗水沟槽，能经受沙漠地区50年一遇大暴雨。

3、用于面层固化施工的原材料，为天然无污染的盐碱土与水，无需添加任何化学试剂，不会对环境造成污染，环境友好度高。

该固化剂以及施工工艺和制作方法对沙漠固化施工提供了首创经济有效的指导方案，对沙漠环境改造，利用沙漠土地资源提供了便利，特别是对我国西部以及全世界广袤沙漠区域拟建的工程具有指导性意义，尤其是建设光热电厂发展研究中有非常积极的作用。

虽然前述内容是关于本发明的实施例，但可在不背离本发明的基本范围的情况下，设计出本发明其他和更进一步的实施例，本发明的范围由下列的权利要求确定。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，这些实施例中不互相违背的技术特征可彼此结合。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。