一种耐水土壤固化剂及其制备方法和使用方法与流程

本发明涉及固废资源化利用及土壤固化，具体涉及一种耐水土壤固化剂及其制备方法和使用方法。

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。对于需加固的土壤，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。

2、土壤固化剂涉及的领域广泛，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防止渗透污染环境。

3、土壤固化剂从形态上可分为粉体和液体，从组成上可分为无机型、有机型和生物酶型等三大类。无机型土壤固化剂以粉体型为主，包括石灰水泥类固化剂、矿渣硅酸盐类固化剂等，稳定性好成本低但容易开裂，早期强度不够理想；有机型土壤固化剂是以大分子为主的高聚物类液体型固化剂，用量少，抗水性较好，但使用范围有限且易老化；生物酶型固化剂属于生物固化剂，对高塑型黏土固化效果明显但制备成本较高且容易降解从而影响寿命。目前已知的固化剂大多都存在耐水性能不够好的问题，已施工的土壤固化剂水稳定性能不够，尤其是液体型固化剂在雨水长时间浸泡后无法固结地基土壤。

4、基于综合性能的考量，在寻求固化剂高强度性能的前提下，高耐水性是固化剂强度保持和耐久性使用的重要指标，而廉价可再生的原料如生物质在强度、耐水性和包括材料价格、废物利用和施工便利等经济性上达成满意度是当前土壤固化剂开发的紧迫任务。其中对于关联强度和耐久性使用有较高要求的如道路、河岸工程，有机(尤其是生物质有机物)无机复合固化剂在这方面有着优势。

5、有机硅是一类品种众多、性能优异、应用广阔的新型化工产品，素有“工业味精”之称。各类硅烷、硅氧烷中间体以及由它们制得的硅油、硅橡胶、硅树脂(包括它们的二次加工品)、偶联剂等产品，已在电子电气、建筑、汽车、纺织、轻工、化妆品、医疗、食品等行业获得广泛的应用，并发挥了积极的作用。经过实践证明，有机硅乳液具有良好的耐水效果，掺入少量有机硅乳液就能较大幅度地提升土壤水稳定性。

6、磷石膏是湿法制磷酸产生的一种工业固体废弃物，含有一定有机磷和无机磷残留成分，使得磷石膏呈酸性。生产1t磷酸约排放4～5t磷石膏，目前我国磷石膏堆存量约6亿吨，堆场已接近饱和，然而磷石膏、磷矿渣等大宗固体废弃物的利用率不足10％，堆存量大消耗量低造成土地资源大量浪费，不仅威胁环境安全，且易引发滑坡、泥石流等安全事故，造成严重人员伤亡和财产损失。如管控不善，磷石膏中的磷、硫、重金属等也会随雨水的渗透、流出堆场，对周围土壤、地下水、河流等造成一定污染。原状磷石膏活性低、水化慢的特性限制其资源化利用途径的拓展，通过活性激发可以改善这种情况，目前主要的活性激发方法有物理激发、热力激发与化学激发。物理激发是采用机械的方法提高磷石膏的细度，从而提高磷石膏活性；热力激发是指向磷石膏中提供热量来提高磷石膏的活性；化学激发是引入少量激发剂，在碱性条件下参与并加速磷石膏材料的水化反应。磷石膏当前的应用场景有：作为水泥、硫酸、建筑石膏的原料；作为缓凝剂；与其他工业废料一同制备胶凝材料等，但对于磷石膏的消耗量低，且存在成本高、耐水性差等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种耐水土壤固化剂及其制备方法和使用方法。

2、为实现上述发明目的，第一方面，本发明提供了一种耐水土壤固化剂，包括a组份和b组份，所述a组份和所述b组份分别包括以下重量份的各原料：

3、所述a组份包括以下重量份的原料：磷石膏500～700份；焦炭粉1～5；粉煤灰80～160；铝酸钙10～20份；硅酸盐水泥熟料50～100份；钢渣粉100～200份；矿粉100～200份；生石灰5～10份；硫酸钠5～10份；煅烧明矾石2～8份；速溶固体水玻璃1～5份；

4、所述b组份包括以下重量份的原料：羟基硅油乳液10～90份；甲基含氢硅油乳液5～20份；环氧多胺加成物15～30份；醋酸锌5～12份；氢氧化锆1～5份；三乙醇铵1～5份；偶联剂1～4份；润湿剂1～5份；水600～850份。

5、在一个实施例中，所述磷石膏的成分包括cas04·2h20、p2o5、mgo、fe2o3、al2o3和cao；

6、所述焦炭粉为冶金用含碳量＞90％的精炼焦煤磨细粉，细度280目～400目；

7、所述钢渣粉比表面积为400～800m2/kg，目数为380～600目，其成分包括al2o3、sio2、cao、fe2o3、so3、c4a3、c2s和c4af；

8、所述矿渣粉中氧化铁的含量为50％～60％，氧化硅的含量为30％～40％；

9、所述速溶固体水玻璃的成分包括2.5％～3.8％的速溶固体硅酸钠。

10、在一个实施例中，所述羟基硅油乳液摩尔质量30～60g/mol，ph值5.5～7；

11、所述甲基含氢硅油乳液粘度<50mm2/s，ph值3～4，氢质量分数1～1.5％；

12、所述醋酸锌为二水合醋酸锌，含2个分子结晶水；

13、所述氢氧化锆为工业级，含8个分子结晶水；

14、所述润湿剂为有机硅；

15、所述水为去离子水。

16、第二方面，本发明提供了一种耐水土壤固化剂的制备方法，包括：

17、步骤一：对原状磷石膏进行浮选除杂、固液分离和干燥处理，得到除杂处理之后的磷石膏；

18、步骤二：将所述除杂处理之后的磷石膏与焦炭粉、硫酸钠和煅烧明矾石充分混合，得到第一混合料；

19、步骤三：采用微波发生器对所述第一混合料进行辐照，得到微波辐照后的第一混合料；

20、步骤四：将所述微波辐照后的第一混合料与硅酸盐水泥熟料、钢渣粉、矿粉、粉煤灰按照比例进行混合并送至超细超微粉碎机进行粉碎，得到第二混合料；

21、步骤五：将所述第二混合料与铝酸钙、生石灰、速溶固体水玻璃进行混合过磨，得到所述a组分；

22、步骤六：向水中依次加入羟基硅油乳液、甲基含氢硅油乳液、环氧多胺加成物、醋酸锌、氢氧化锆、三乙醇铵、偶联剂、润湿剂，室温下持续搅拌使其溶解，得到所述b组分。

23、在一个实施例中，所述步骤三中，采用300mhz～945ghz的微波发生器对所述第一混合料145℃下辐照20～40min，得到微波辐照后的第一混合料。

24、在一个实施例中，所述步骤四中将所述微波辐照后的第一混合料与硅酸盐水泥熟料、钢渣粉、矿粉、粉煤灰按照比例进行混合并送至超细超微粉碎机粉碎至380～480目，得到第二混合料；

25、所述步骤六中，向水中依次加入羟基硅油乳液、甲基含氢硅油乳液、环氧多胺加成物、醋酸锌、氢氧化锆、三乙醇铵、偶联剂、润湿剂，室温下以100-200r/min持续搅拌使其溶解，持续搅拌30分钟得到所述b组分。

26、第三方面，本发明提供了一种耐水土壤固化剂在水利护坡、滩涂固化、道路基层与底基层、注浆材料和建筑环境中的应用。

27、第四方面，本发明提供了一种耐水土壤固化剂的使用方法，包括：

28、将所述a组分与被固化物进行第一混合，混合后添加所述b组分与水进行第二混合，得到混合料，将所述混合料进行填充或压实，后进行养护，得到固化土壤。

29、在一个实施例中，所述耐水土壤固化剂的a组分与所述被固化物的重量比为1:9～3:7，所述耐水土壤固化剂的b组分的用量为所述被固化物重量的2～10％；混合后添加所述b组分与水进行第二混合的步骤中，水的用量为所述被固化物重量的7～55％。

30、在一个实施例中，所述第一混合的时间为2～3min，所述第二混合的时间为3～5min。

31、本发明相对于现有技术的优点以及有益效果为：

32、(1)本发明中，磷石膏是多组分的复杂的结晶体，本发明提供的制备方法采用的是微波-物理-化学复合激发方式，将磷石膏中的可溶性p2o5和fe2+进行稳定，将其中的有害成分还原成晶体变成无害的稳定材料，并被胶凝剂所包裹。

33、(2)用微波辐照时，由于组成磷石膏的各种化学组分具有不同的性质，它们在微波场中的升温速率各不相同，在吸收微波、部分吸收微波和不吸收微波的矿物之间会形成明显的局部温差，一方面使矿物之间产生热应力，会促进在矿物之间的界面上裂缝产生同时又有效地促进吸收微波矿物的单体解离和增加吸收微波矿物的有效反应面积。另一方面，在加热过程中会使磷石膏脱水发生晶型转变、相变或化学反应。

34、(3)本发明中，有机硅类b组分，与a组分一同参与反应，同时在固化土表面形成一层有机硅膜，不仅有效提高土壤固化剂的固化性能，且有效提高了土壤固化后的耐水性，延长了使用寿命，能够降低社会成本，节省资源，提高土壤固化效率，适用于道路、机场和农地斜坡处于自然雨水侵蚀的土壤固化处理。