一種用于生態(tài)修復(fù)的新型環(huán)保材料泥土固化劑的制作方法
【專利說(shuō)明】一種用于生態(tài)修復(fù)的新型環(huán)保材料泥土固化劑
[0001] -、土壤固化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)特點(diǎn)及用途
[0002] 土壤固化技術(shù)是近代才研發(fā)出來(lái)的一種用于土壤固化、穩(wěn)定的工藝，通過(guò)土壤固 化劑激活少量水泥中的有效成分，去進(jìn)一步激活土壤活性、膠結(jié)土壤顆粒，把松散的土壤凝 結(jié)成具有一定承載力、抗?jié)B透力以及耐久性的的固結(jié)土。對(duì)治理水土流失，改善生態(tài)環(huán)境將 起積極地作用。
[0003] 土壤固化技術(shù)在歐美先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)40年代開(kāi)始，蓬勃發(fā)展至今已經(jīng)形 成為一門(mén)綜合的交叉學(xué)科，涉及建筑基礎(chǔ)、公路建設(shè)、堤壩工程、井下作業(yè)、石油開(kāi)采、垃圾 填埋、防塵固沙、污染土壤處理等多種領(lǐng)域。綜合了力學(xué)、結(jié)構(gòu)理論、膠體化學(xué)、表面化學(xué)等 眾多理論。它的處理對(duì)象也擴(kuò)充到砂土、淤泥、生活垃圾、工業(yè)、礦業(yè)固體廢棄物等多種固 體、半固體。處理目的已從單一的增強(qiáng)土壤強(qiáng)度發(fā)展到增加抗?jié)B透性、提高抗凍能力、防止 污染物質(zhì)泄露、資源循環(huán)利用等諸方面。我國(guó)直到20世紀(jì)90年代才開(kāi)始研究土壤固化劑。 目前主要是高等院校、研究所、部分科技公司，以研究、開(kāi)發(fā)土壤固化劑為主。而真正應(yīng)用到 實(shí)際項(xiàng)目中很少。土壤固化技術(shù)的實(shí)施是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。
[0004] 泥土固化劑的特點(diǎn)是：①快速硬化各種淤泥和殘土；②能改良泥土團(tuán)粒結(jié)構(gòu)；③ 有封閉重金屬作用；④有消臭作用；⑤中性、無(wú)毒、無(wú)二次污染；(6)能使固結(jié)的坡面上生長(zhǎng) 植物、使固結(jié)的水底為水生動(dòng)植物提供更好的生長(zhǎng)環(huán)境。
[0005] 用途和使用范圍：①江河、湖泊、海灣的淤泥處理；②疏浚泥土的早期處理；③施 工用輔助道路的鋪設(shè)、加固；④路基、路肩、路坡的加固；⑤魚(yú)池湖泊堆積淤泥的土質(zhì)改良； ⑥油泥油土及其他廢棄物的固化處理；⑦高爾夫球場(chǎng)的土質(zhì)改良；⑧住宅地的硬度加固和 土質(zhì)改良；⑨公園道路、草坪的鋪設(shè)及土質(zhì)改良；⑩一般產(chǎn)業(yè)廢棄物的固化處理。
[0006] 土壤固化原理
[0007] 本土壤固化劑主要特性是以無(wú)機(jī)材料為主結(jié)合少量高分子材料組成。土體經(jīng)過(guò)土 壤固化劑處理后，在壓力的作用下緊密接觸在土壤顆粒附近，生成硅酸鈣、拖勃莫來(lái)石類、 沸石、方鈉石及硅酸鈣等膠凝性物質(zhì)，使粘土顆粒表面形成凝結(jié)硬化殼。土壤固化劑中的 激發(fā)劑能有效地破壞膠凝材料中含有的玻璃體結(jié)構(gòu)，促使玻璃體中的Si02陰離子與土體 中礦物質(zhì)發(fā)生物理化學(xué)作用，形成水鋁酸鹽、含水硅酸鹽、磷酸鹽等膠凝物質(zhì)。絕大部分粘 土是由Si-Ο四面體和A1-0八面體硅酸鹽組成的。土壤本身是一個(gè)松散體系，即使使用外 力提高它的密實(shí)度，也很難形成一個(gè)致密結(jié)構(gòu)使它少受外來(lái)侵蝕，當(dāng)固化劑與土壤混合后， 土壤中過(guò)多的水分在反應(yīng)中被"奪取"，生成含32個(gè)結(jié)晶水的鈣礬石針狀結(jié)晶體3Ca〇-和 q30a〇-q3CaS，使土壤中大量的自由水以結(jié)晶的形式固定下來(lái)。同時(shí)這種水化反應(yīng)形成的結(jié) 晶體是的材料的體積增加，它有效地填充土團(tuán)粒間的空隙，使固化土變得致密起來(lái)。在電子 顯微鏡下，可以看到土壤顆粒C-S-H凝膠包圍，并相互連成一片，在土壤粒子之間形成一個(gè) 牢固的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，從而提高了密實(shí)度，對(duì)抗壓、抗?jié)B、抗鹽酸鹽侵蝕等性能都大大提高。
[0008] -般粘土團(tuán)表面帶有大量的一介Na+，K+等，這些離子又具有極大的吸水性，水分 的進(jìn)入使得離子顆粒之間形成了松散的結(jié)合體，當(dāng)固化劑與水作用產(chǎn)生大量的CaZ+，以及 激發(fā)劑中含有的高階陽(yáng)離子，如Fe+，AP+等，由于具有較高的離子強(qiáng)度，與土顆粒中的Na+、 K+、Ca+進(jìn)行離子交換作用，使得粘土膠團(tuán)表面E電位降低，膠團(tuán)所吸附的雙層減薄，電解質(zhì) 濃度增強(qiáng)、顆粒趨于凝聚，清除土壤中的液相和氣相，生成的硫酸鈣結(jié)晶體積膨脹而進(jìn)一步 填充孔隙，同時(shí)與針狀結(jié)晶體相互交叉，形成鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而緊密結(jié)合，從而提高了土壤 的強(qiáng)度、耐水性和抗凍性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.BEC 土壤固化劑主要組成材料來(lái)源于廣泛的硅、鋁酸鹽材料、高分子有機(jī)材料等，根 據(jù)不同的土壤穩(wěn)定、固化的要求，選用Si02、Fe203、A1203、Ca0、Mg0、CaCo3、CaS04表面活性 劑、堿性鹽激活劑等進(jìn)行合宜的組合，再進(jìn)行混合細(xì)磨達(dá)到表面積為300-800平方納米粉 劑。制成的土壤固化劑適用于沙壤土、淤泥、風(fēng)化砂、建筑垃圾、工業(yè)廢渣等材料固化。固化 體具有較好的整體性、水穩(wěn)定性、耐候性，干收縮小，硬化快、不需要特別養(yǎng)護(hù)等特點(diǎn)。 土壤固化物的測(cè)試結(jié)果及對(duì)照表1) 土壤粒度、水分范圍： 土壤粒度小于5_ 土壤水分含量：25% -35% 2) 拌合物碾壓時(shí)間 攪拌需要混合物均勻度達(dá)到80%以上，碾壓時(shí)間控制在攪拌后的兩小時(shí)之內(nèi)； 3) 強(qiáng)度試驗(yàn) 試驗(yàn)采用70. 7mmX70. 7mmX70. 7mm標(biāo)準(zhǔn)制樣，按照無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試。強(qiáng)度測(cè)試時(shí)間 為制模后7天、30天。 4) 浸泡試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)樣制模14天干化后，進(jìn)行浸泡試驗(yàn)，檢驗(yàn)固化劑配比的抗浸泡能力。 5) 抗凍能力試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)樣制模14天干化后，浸泡一天，進(jìn)行冷凍試驗(yàn)，檢測(cè)抗凍融能力。 6) 浸出毒性測(cè)試 標(biāo)準(zhǔn)樣14天干化后，擊碎浸泡24小時(shí)，進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)重金屬、氰化物、氟化物等安全 性。 土壤固化劑應(yīng)用的安全性 土壤固化劑在水利建設(shè)中的應(yīng)用，其無(wú)毒安全性是十分重要的。從上表可見(jiàn)，固化后毒 性浸出液檢測(cè)分析，水質(zhì)符合漁業(yè)用水要求。
【專利摘要】我們研制的新型環(huán)保材料泥土固化劑，卻截然不同，經(jīng)過(guò)十多年的實(shí)踐證明，已經(jīng)完全克服了上述缺點(diǎn)。在少量水泥和土壤混合過(guò)程中，加入含有一定比例的固化劑水(先將0.3％的固化劑溶于水中)，去激發(fā)少量水泥中的有效成分更好地與土壤發(fā)生作用，使其產(chǎn)生了氫氧化鈣、含水硅酸鈣、鋁酸鈣、磷酸鹽等，與土壤顆粒生成穩(wěn)定結(jié)晶物，改變了原有的土壤物理性能，形成具有較高的承載力和抗?jié)B透力的固結(jié)土壤，并有效地封閉了土壤中的重金屬等有害物質(zhì)。在治理水土流失，改善生態(tài)環(huán)境、農(nóng)田水利建設(shè)中具有十分重要的推廣價(jià)值。與同類型建設(shè)工程相比，施工簡(jiǎn)單、工程造價(jià)低、建設(shè)周期短。
【IPC分類】B09C1/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105268731
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410270963
【發(fā)明人】沈煒敏
【申請(qǐng)人】沈煒敏
【公開(kāi)日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2014年6月9日