一种抗水性固化剂及其制备方法和应用

本发明涉及一种固化剂，尤其涉及一种抗水性固化剂，还涉及其制备方法和应用，属于土壤固化剂。

背景技术：

1、随着经济社会的不断发展，由于人类建设活动日益增加，从而导致了一系列土壤生态环境问题。为有效解决这些环境问题，土壤固化剂及其相关技术随之而生。根据土壤固化剂形态的不同，可分为粉体和液体固化剂两类，而从组成上可分为无机型、有机型和生物酶型三大类。传统无机型土壤固化剂是在水泥、石灰石等基础上进行改进，这种固化剂稳定性好、成本低，但是容易干裂，且掺量大，前期强度不够理想。生物酶类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而影响寿命。相较于传统的无机类和生物酶类土壤固化剂不仅掺入量大，还会对环境造成污染等问题，有机型是具有环境友好的特点，将会成为下一代工程适用的新一代高性能土壤固化剂。以大分子为主成分的有机液体固化剂，用量少，易于强度控制和调变抗水性，被广泛应用于土壤固化领域，但其不足之处是存在抗水性能较差的，而导致其施工效果不佳及应用受限。因此，开发具备高抗水性能的有机物体系土壤固化剂对于解决工程技术问题具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有固化剂技术存在的掺杂量大、固化强度不足、抗水性差等缺点，本发明的第一个目的是在于提供一种抗水性固化剂。该固化剂稳定性好，固化能力强，同时还具有优异的抗水性能。

2、本发明的第二个目的是在于提供一种抗水性固化剂的制备方法。该方法简单，成本低廉，适合工业化生产。

3、本发明的第三个目的是在于提供一种抗水性固化剂的应用。该固化剂作为土壤固化剂时，能够使得土壤从亲水性变成憎水性，减小粘土的塑限及液限，提高土壤施工质量及固化效果，固化后土壤强度高，抗水性好。

4、为了实现上述技术目的，本发明提供了一种抗水性固化剂，其包括以下质量份组分：聚丙烯酸酯树脂45～55份；分散剂40～50份；增粘剂3～5份；填料2～3份；引发剂0.5～1.0份；所述增粘剂包含具有烯基的有机硅化合物。

5、本发明的抗水性固化剂以疏水性强的聚丙烯酸酯树脂为主体，引入低粘度的增粘剂和填料，可保证体系稳定性，提高抗水性能。抗水性固化剂在与土壤作用过程中，主体有机高分子聚丙烯酸酯树脂能够在土壤中形成网格结构，从而把土壤颗粒胶结在一起，并且填充土中的空隙，从而把土壤中的水排出来，通过外力碾压形成密实结构。而通过在高分子体系中添加低粘的增粘剂，一方面利用低粘度的增粘剂的低表面能以及疏水有机硅来进一步提高主体树脂的疏水性，另一方面，增粘剂的末端携带有与土壤相容性好的极性基团，可与土壤颗粒表面基团结合，将土壤粘结成网络状结构整体，进一步增加固化土壤的固化强度；此外通过体系中的填料与土壤中的难溶性矿物和难溶性盐，主要为sio2和ca(oh)2等，生成水化硅酸钙胶粒，从而实现使最终固化土壤具有抗水性强、强度高、稳定性好的优点。此外，特别是增粘剂中包含具有烯基的有机硅化合物，其可以在引发剂作用下，通过自由基反应与土壤中的活性基团进行交联，从而实现固化强度增加。

6、作为一个优选的方案，所述分散剂为包含十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚的复合乳液。选用十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚的复合乳液一方面可提高体系油水混合稳定性和均匀性，另外十二烷基硫酸钠可提高表面活性剂的耐碱性，提高体系稳定性和耐久性。

7、作为一个优选的方案，所述增粘剂为有机硅化合物。所述有机硅化合物的粘度优选为500～1000cst。采用低粘度的有机硅化合物作为增粘剂能够与丙烯酸体系具有更好的相容性，提高固化剂稳定性。

8、作为一个优选的方案，所述填料包括铝酸钙和硅酸钙。所述铝酸钙和硅酸钙的粒径优选为30～50nm。该粒度范围的填料具有良好的分散性，通过添加纳米级填料一方面可提高体系应用强度和高分子胶体强度，另一方面，使用过程中，通过填料中的铝、硅活性成分有助于激发土样中的难溶性矿物和难溶性盐，主要为sio2和ca(oh)2等，生成水化硅酸钙胶粒，提高应用效果。

9、作为一个优选的方案，所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰中的至少一种。引发剂进一步优选为过硫酸铵。

10、作为一个优选的方案，所述聚丙烯酸酯树脂包括聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸异丁酯、聚丙烯酸叔丁酯、聚丙烯酸羟乙酯中至少一种。

11、作为一个优选的方案，所述聚丙烯酸酯树脂的纯度不低于80％。

12、作为一个优选的方案，所述十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚在分散剂中的总质量浓度的总质量浓度为0.5～3％。控制分散剂的浓度在合适的范围有利于获得性能优良的固化剂，其浓度过低不利于完全实现增溶作用，浓度过高则使得填料团聚性增强，体系稳定性会相对降低。

13、作为一个优选的方案，所述十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚的质量比为0.5～2:1。采用该溶质比例关系的分散剂能够使得整个体系均一性和稳定性较理想。

14、作为一个优选的方案，所述具有烯基的有机硅化合物包括乙烯基硅油、乙烯基硅树脂、乙烯基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中至少一种。

15、作为一个优选的方案，所述增粘剂包含羟基硅油、环氧基硅油、三甲基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中至少一种。增粘剂选用有机硅化合物，有机硅能够改善土壤的疏水性，而且有机硅与土壤以及聚丙烯酸酯之间的相容性较好，特别是具有双键的有机物化合物可以通过化学交联结合土壤，有利于提高固化剂综合性能。优选的增粘剂包括乙烯基硅油和/或乙烯基硅树脂。乙烯基硅油使用过程中能通过自身乙烯基引发自由基反应形成低表面能胶体，显著提高固结体耐水和抗水性；同时，增粘剂末端大量的极性基团与土壤表面基团结合，提高抗水性的同时提高固结体强度。因此，采用该有机硅化合物组分能够获得最佳性能的固化剂。

16、作为一个优选的方案，所述铝酸钙和硅酸钙的质量比为0.5～2:1。控制铝酸钙和硅酸钙的质量比在合适的范围有利于提高固结体强度。

17、本发明还提供了一种抗水性固化剂的制备方法，该方法是将聚丙烯酸酯树脂、分散剂、增粘剂、填料和引发剂混合，即得。该方法简单，成本低廉。

18、本发明还提供了一种抗水性固化剂的应用，其作为土壤固化剂。将该固化剂加入土壤中，能够使土壤从亲水性变成憎水性，减小粘土的塑限及液限，提高土壤施工质量及固化效果，且固化剂用量少，固化后土壤强度高，抗水性显著提升。

19、作为一个优选的方案，所述抗水性固化剂在土壤中的添加量为0.1～1.0l/m3。

20、作为一个优选的方案，还包括土壤预处理，所述预处理方式为：在土壤中加入硅酸盐水泥。通过加入硅酸盐水泥对土壤进行预处理能够提高土壤中可活性激发成分的含量和混合度，增加后续固体的强度。

21、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

22、(1)抗水性固化剂稳定性高，固化性能及抗水性能优异，制备方法简单，成本低廉；

23、(2)作为土壤固化剂时，能够显著提升土壤的抗水性和固化稳定性，且所需掺杂量少，固化土壤强度高，且施工工艺简单，能够减少基层施工工程量，缩短施工周期，采用路拌和厂拌施工，整平、碾压完成，短暂养护便可通行，提高社会经济效益，能满足软土修复、修渠等要求，具有良好推广使用效果。