技术领域
[0001] 本发明属于路基固化技术领域，尤其涉及一种酸性岩土用固化剂、制备方法及其使用方法。
相关背景技术
[0002] 岩土固化的本质就是将原本碎散的土壤颗粒通过某种手段统一为具有强度的整体，提高其工程特性和耐久性。自1824年Aspdin发明水泥之后，水泥成为除石灰外应用最为重要的岩土固化材料，在修建港口、道路、地基加固等工程中，得到了广泛应用。
[0003] 现有技术中，采用单一水泥作为固化剂固化岩土时，固化土的强度有所改善，但也存在一定的缺陷，比如水泥生产成本高，会排放二氧化碳污染环境。另一方面，也正因为我国固化土技术主要应用在道路交通以及水利防渗等工程，水泥固化土抗渗能力差、水稳性不强、不能抵抗干湿循环等恶劣环境的缺点，难以达到工程耐久性的要求。因此，寻求一种新型的岩土固化材料，可以最大程度上解决固化土中“水”的问题，从而提固化土的工程性质，对于工程实践的应用具有一定的科学及现实指导意义。
[0004] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
具体实施方式
[0048] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种岩土固化剂、改性岩土材料及其制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
[0049] 实施例中所用原料来源：
[0050] 水泥：P.O 42.5普通硅酸盐水泥，金隅集团；
[0051] 表6水泥化学成分组成(％)
[0052]
[0053] 表7水泥的主要指标
[0054]
[0055] 离子外加剂：自制。
[0056] 实施例1：
[0057] 一种岩土固化剂，按照重量份数计算，包括如下组分：
[0058] 水泥 100份
[0059] SZ离子外加剂 0.5份。
[0060] 一种改性岩土材料的制备方法，包括如下步骤：
[0061] S01：依据目标区域的岩土的特性，确定岩土固化剂用量；
[0062] 土样取自云南宣会高速公路隧道开挖渣土，土样的XRF分析结果见表8，可见土的化学成分主要为SiO2、Al2O3、Fe2O3，含量达90％以上。本实施例中，岩土固化剂占岩土的比例为10％。
[0063] 表8试验土样的化学成分组成(％)
[0064]
[0065] S02：将离子外加剂掺入水中混合均匀；
[0066] S03：充分混合岩土和水泥；
[0067] S04：利用离子外加剂的水溶液进行拌和，之后摊铺、整平、压实，获得所述改性岩土材料。
[0068] 实施例2：
[0069] 一种岩土固化剂，按照重量份数计算，包括如下组分：
[0070] 水泥 100份
[0071] PDL离子外加剂 0.5份。
[0072] 一种改性岩土材料的制备方法，包括如下步骤：
[0073] S01：依据目标区域的岩土的特性，确定岩土固化剂用量；土样同实施例1，本实施例中，岩土固化剂占岩土的比例为15％。
[0074] S02：将离子外加剂掺入水中混合均匀；
[0075] S03：充分混合岩土和水泥；
[0076] S04：利用离子外加剂的水溶液进行拌和，之后摊铺、整平、压实，获得所述改性岩土材料。
[0077] 实施例3：
[0078] 一种岩土固化剂，按照重量份数计算，包括如下组分：
[0079] 水泥 100份
[0080] GC离子外加剂 1份。
[0081] 一种改性岩土材料的制备方法，包括如下步骤：
[0082] S01：依据目标区域的岩土的特性，确定岩土固化剂用量；土样同实施例1，本实施例中，岩土固化剂占岩土的比例为12％。
[0083] S02：将离子外加剂掺入水中混合均匀；
[0084] S03：充分混合岩土和水泥；
[0085] S04：利用离子外加剂的水溶液进行拌和，之后摊铺、整平、压实，获得所述改性岩土材料。
[0086] 对比例1：
[0087] 一种岩土固化剂，按照重量份数计算，包括如下组分：
[0088] 水泥 100份
[0089] 阳离子表面活性剂 0.5份
[0090] 一种改性岩土材料的制备方法，包括如下步骤：
[0091] S01：依据目标区域的岩土的特性，确定岩土固化剂用量；土样同实施例1，本实施例中，岩土固化剂占岩土的比例为10％。
[0092] S02：将离子外加剂掺入水中混合均匀；
[0093] S03：充分混合岩土和水泥；
[0094] S04：利用离子外加剂的水溶液进行拌和，之后摊铺、整平、压实，获得所述改性岩土材料。
[0095] 对比例2：
[0096] 一种岩土固化剂，按照重量份数计算，包括如下组分：
[0097] 水泥 100份
[0098] Ca(OH)2 0.5份
[0099] 一种改性岩土材料的制备方法，包括如下步骤：
[0100] S01：依据目标区域的岩土的特性，确定岩土固化剂用量；土样同实施例1，本实施例中，岩土固化剂占岩土的比例为10％。
[0101] S02：将Ca(OH)2和水泥混合均匀；
[0102] S03：充分混合岩土和岩土固化剂，进行拌和，之后摊铺、整平、压实，获得所述改性岩土材料。
[0103] 对比例3：
[0104] 本实施例中采用纯水泥作为岩土固化剂。
[0105] 一种改性岩土材料的制备方法，包括如下步骤：
[0106] S01：依据目标区域的岩土的特性，确定岩土固化剂用量；土样同实施例1，本实施例中，岩土固化剂占岩土的比例为10％。
[0107] S02：将Ca(OH)2和水泥混合均匀；
[0108] S03：充分混合岩土和岩土固化剂，进行拌和，之后摊铺、整平、压实，获得所述改性岩土材料。
[0109] 性能测试
[0110] 以最优含水率压实成型φ50*50mm圆柱形试件，成型后装袋放入标准养护室养护7d。进行水稳性测试的试件，最后一天浸水24h。对试件进行7d无侧限抗压强度及水稳性测试。
[0111]
[0112] 由数据可知：三种离子外加剂对固化土强度均一定程度的提高，相比于单掺10％水泥的固化土在7d无侧限强度3.51MPa的基础上，实施例1～3组分别提高了30.7％、18.2％、11.9％；其中，SZ离子外加剂的掺量为0.5份时，固化土的强度最高，这表明只添加极少量的离子外加剂，也可以显著改善固化土的强度。同时可知，除实施例3之外，掺加离子外加剂后固化土在浸水24h后的强度均有不同程度的提升，从而使得固化土的水稳性得到改善。
[0113] 如图1～3所示，三种离子外加剂均含有亲水基和疏水基，其中SZ离子外加剂中疏水基含量最高。
[0114] 由图1可知，SZ离子外加剂的红外光谱中，位于3436cm‑1的吸收峰对应于O‑H基团的‑1 ‑1伸缩振动，为亲水基团。而2961cm 和1455cm 则为阳离子结构单位中与N原子相连的甲基的特征吸收峰，表示为疏水基团。这说明离子外加剂分子两端可能具有不同的亲水性质。
‑1 ‑1
1731cm 吸收峰表示‑COO‑上的C＝O伸缩振动峰，1117cm 表示Si‑O的伸缩振动峰。通过红外吸收峰可确定SZ离子外加剂是含有阳离子疏水单体组成的有机物。
[0115] 由图2可知，PDL离子外加剂的红外光谱中，位于3441cm‑1的吸收峰对应于O‑H基团‑1 ‑1 ‑1的伸缩振动，为亲水基团。2944cm 和1476cm 、1404cm 则表示C‑H的伸缩振动吸收峰，表明这是疏水基团。与SZ离子外加剂相比，PDL离子外加剂的疏水特征峰明显降低，说明PDL离子‑1 ‑1 ‑1
外加剂中疏水基含量较少。1121cm 可能表示Si‑O键吸收峰，2066cm 和1637cm 可能表示羰基吸收峰。
[0116] 由图3可知，GC离子外加剂的红外光谱中，位于3427cm‑1的吸收峰对应于O‑H基团的‑1伸缩振动，为亲水基团，而在2960～2845cm 没有观察到明显的疏水基团特征峰。在1448cm‑1
处观察到C‑H吸收峰，说明GC离子外加剂疏水基团相比另外两种外加剂含量最少。1603cm‑1 ‑1 ‑1
可能表示苯环骨架伸缩吸收峰；1126cm 和1035cm 处表示Si‑O键特征峰。
[0117] 而如图4所示的三种离子外加剂分别复合水泥后固化土的FTIR图，可知，除了GC组外，并没有观察到新的基团出现，说明水泥复合SZ、PDL两种离子外加剂与岩土矿物反应过‑1程中没有新的物质生成，与XRD试验结果相印证。3700～3600cm 范围内的吸收峰为‑OH的伸‑1 ‑1
缩振动引起的。3620cm 附近的‑OH吸收峰是由岩土矿物内部OH引起的；而3700cm 附近的‑1
吸收峰则是由内表层或内表面OH引起的。3446cm 处的吸收峰为水分子H‑OH的伸缩振动吸收峰。通过对比可以发现，在这个区域的吸收峰中，SZ组的吸收峰强度最低，GC组的吸收峰强度最强，说明在SZ、PDL离子外加剂作用下，岩土颗粒结构层中的结合水发生了变化，SZ、‑1
PDL能够减少一部分的强结合水，而GC离子外加剂对结合水的改善作用较弱。在2910cm ～‑1 ‑1
2965cm 及1450cm 附近的对应的疏水基团吸收峰减弱，说明疏水基团与岩土颗粒变表面‑1
的的水结合过程中被消耗。此外，在1035cm 处的尖锐的Si‑O‑Si吸收峰为岩土矿物的主要吸收带，SZ组此处的吸收峰比率最低，表明岩土矿物中的硅酸盐矿物在反应过程中被逐渐消耗，对应地，CSH、CASH等水化产物增多，固化土的无侧限抗压强度增大。
[0118] 本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
