技术领域
[0001] 本
发明涉及一种道路用固化剂及基层固化方法，属于道路及建筑施工技术领域。
背景技术
[0002] 道路用固化剂是在道路施工过程中使散碎状的泥土固结为具有一定强度的整体性固体物质的添加物质。传统的固化技术分为物理固化和化学固化两种。物理固化是不使用任何外掺材料而使泥土性质得到改善，达到稳定固化目的的方法，例如利用相应的设备将泥土
压实来减少泥土的孔隙体积，由不同的泥土类型混合等等。导致泥土稳定固化的实际物理变化包括
蒸发、
温度变化、
吸附等，例如
沥青乳液固化时主要的物理变化是蒸发变干，拌入泥土中的热沥青
凝固时主要的物理变化是温度降低即温度变化，将各种低稠度的沥青、
煤沥青或沥青乳液、焦油等物质，与天然状态的泥土拌合，通过沥青与颗粒之间的裹覆和粘附，以及而后在自然因素作用下沥青的稠化过程，减小土粒的吸
水性，提高泥土的
稳定性。化学固化方法是将某种化学添加物质即固化类材料均与拌入待固化的泥土中，借助固化类材料与泥土之间或固化类材料自身的物理化学作用来改善
土壤的组成和结构，从而达到加固的目的。到目前为止，用于固化的主要化学反应包括水化，离子交换，沉淀作用，聚合以及
氧化，水化主要利用无机结合料自身与水结合成水合物，以及结合料与土之间发生化学反应生成凝胶状水化物，最终形成网状结晶，把土粒和土的微团粒粘结和硬化。离子交换是利用离子在固相介质与溶液之间的交换以改变土粒的吸附络合物，例如盐溶液加固土，通过离子交换、降低溶液压
力，降低
冰点和提高表面
张力等，使土的结构得到改善，粘聚力得到提高和稳定，抗冻性有所改善。沉淀作用是指由于环境的变化引起溶质的
溶解度降低，造成固体凝聚物，或溶液中某种组分浓度增加，达到饱和而析出的作用。聚合是在某些条件下，集中简单的化合物相互作用产生新的大分子化合物，这种化合物起到一种稳定剂的作用，例如高分子
树脂加固土是通过
单体在土中发生聚合反应形成高强度稳定的高聚物，与土粒之间以物理化学相互作用而构成坚强稳定的集合。集合是加入
水泥或其他具有
火山灰活性的物质，通过水泥水化和火山灰作用，生成具有凝聚作用的物质，使土粒之间的连接增强，并提高土体的密实度，通过离子交换，形成吸附交换离子的微集料结构，使土塑性下降，内
摩擦力增加，提高泥土的稳定性。
现有技术中的固化剂强度低，干缩大，易开裂，并且其性质受土质影响较大，对塑性指数高的粘土、有机土和盐渍土固化效果差甚至无固化作用，不利于道路及建筑施工的正常进行。因此，开发经济适用的新型道路用固化剂及基层固化方法成为研究的热点。
[0003] 现有技术中已有多种固化剂，例如文献CN101812300A公开了一种岩土固化剂，所述岩土固化剂按其重量百分比计包括如下成份：第一金属盐10％～30％；第二金属盐5％～10％；水20％～40％；酸10％～20％；早强剂1％～5％；
减水剂2％～10％；分散剂0.2％～
1％；氟
碳表面活性剂和聚
羧酸型表面活性剂1％～11％。所述酸为浓
硫酸或者浓
盐酸或者
甲酸，所述第一金属盐为含一价
金属离子的金属盐，所述第二金属盐为含二价或者三价金属离子的金属盐；所述第一金属盐为
硫酸钾或者硫酸钠或者
氯化钾或者
氯化钠，所述第二金属盐为硫酸亚
铁或者三氯化铁或者硫酸锌或者氯化锌；所述早强剂为三
乙醇胺或者三乙丙醇胺；所述减水剂为
萘系高效减水剂或者脂肪族高效减水剂或者
氨基超速高性能减水剂或者减水激发剂或者普糖糖酸钠或者木质素磺酸钠或者木质素磺酸
钙；所述分散剂为十二烷基硫酸钠或者聚乙烯醇或者六偏
磷酸钠；所述氟碳表面活性剂为杜邦公司FSN的系列氟碳表面活性剂或者杜邦公司的FSO系列氟碳表面活性剂或者3M公司的FC系列氟碳表面活性剂，所述
聚羧酸型表面活性剂为TH-928聚羧酸系高性能减水剂。该岩土固化剂的制造方法，包括以下步骤：在反应装置中按重量百分比加入20％～50％的水；将按重量百分比为10％～30％的第一金属盐和5％～10％的第二金属盐依次加入反应装置，并进行第一次搅拌；将按重量百分比为10％～20％的酸缓慢加入反应装置，并进行第二次搅拌；将按重量百分比为1％～5％的早强剂、2％～10％的减水剂、0.2％～1％的分散剂和1％～11％的氟碳表面活性剂和聚羧酸型表面活性剂依次加入反应装置，并进行第三次搅拌，即可制得岩土固化剂。所述第一次搅拌的时间为20分钟～40分钟；所述第二次搅拌的时间为20分钟～40分钟；
所述第三次搅拌的时间为1小时～3小时。
[0004] 文献CN 104817297A也公开了一种岩土固化剂，包括以下原料组分及重量份：氟
石膏粉35～45份；硫酸锌15～20份；聚酯树脂粉3～7份；酸20～30份；
甲苯8～15份；早强剂1～3份；十二
烷基磺酸钠3～7份；木质素磺酸盐2～5份；所述酸为浓硫酸；所述早强剂选自三乙醇胺、
氯化钙、氯化钠、乙酸和乙酸盐中的一种或多种；所述三乙醇胺与乙酸的
质量比为3:1～1.5；所述三乙醇胺与乙酸盐的质量比为3:1～1.5。
[0005] 但是以上现有技术均没有解决现有技术中的固化剂强度低，干缩大，易开裂，并且其性质受土质影响较大，对塑性指数高的粘土、有机土和盐渍土固化效果差甚至无固化作用的技术问题，不能满足道路施工的综合要求。
发明内容
[0006] 本发明为了解决上述问题，提供一种新型的道路用固化剂。
[0007] 本发明所述的道路用固化剂包括以下成分：按重量百分比计，水泥10％-15％，石灰1％-5％，
粉煤灰2％-3％，石膏2％-3％，煤矸石1％-2％，沸石1％-2％，磺化油3％-15％，
磷酸盐1％-2％，苛性
碱1％-2％，高锰酸钾1％-2％，氯化钠2％-4％，碳酸钠2％-4％，碳酸钙2％-3％，
硅粉2％-3％，沥青1％-2％，水玻璃5％-10％，聚丙烯酰胺1％-2％，聚
丙烯酸1％-2％，
硫酸镁1％-2％，碳酸钙1％-2％，焦油7％-10％，
环氧树脂0.1％-1％，糠
醛苯胺
0.6％-1％，丙烯酸钙0.3％-1％和羧甲基
纤维素0.5％-2％，
[0008] 该固化剂在使用时加入水；
[0009] 所述的水泥，石灰，粉煤灰和石膏在水的作用下发生化学反应生成凝胶状的水化物，包括
水化硅酸钙，水化
铝酸钙以及氢
氧化钙，包围泥土颗粒，硬化形成骨架，与泥土颗粒作用生成络合物，形成相互连接的稳定的空间网状结构，增强土粒之间的粘结强度和稳定性；
[0010] 所述的磺化油用水稀释后，产生离子作用，使溶液呈现
导电性，与泥土混合后，与泥土颗粒表面吸附的活性阳离子进行交换，破坏泥土颗粒表面的双电层结构，降低泥土表面与水的化学作用力，使粘土颗粒中的吸附水游离出来，转化为自由水排出，将泥土的亲水性永久转变为憎水性，在压力作用下使得泥土形成稳定的整体板
块；
[0011] 所述的固化剂与土混合作用后产生含32个结晶水的钙矾石针状结晶体，将土中的自由水以结晶水的形式固定下来；
[0012] 所述的苛性碱，高锰酸钾，氯化钠，碳酸钠和碳酸钙用于激发固化剂的早期活性，参与反应生成具有胶凝性的成分，起胶结作用以密实混合料结构；
[0013] 所述的硅粉与水泥的水化产物发生反应，提高净浆强度，填充水泥颗粒间的孔隙，降低水灰化；
[0014] 所述的沥青包括地沥青和焦油沥青，沥青与土粒之间发
生物理-
化学吸附反应，在土粒周围形成沥青
薄膜并构成稳定的凝聚结构，降低土粒表面自由能，沥青中的沥青酸与土粒表面的阳离子相互作用，生成稳定的
有机酸盐，在土粒表面形成憎水层；
[0015] 所述的水玻璃与土中的金属离子或PH值低于9的孔隙水生成硅酸钙以及硅胶颗粒，填塞土粒之间的孔隙，提高土体强度，而且水玻璃与土粒之间发生化学胶结作用，与水泥
水解产生的氢氧化钙发硬生成水化硅酸钙凝胶体；
[0016] 所述的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸作为激发剂，用于激发泥土的潜在活性；
[0017] 所述的硫酸镁和碳酸钙用于提高泥土孔隙中的钙镁阳离子浓度，使土粒表面的电位降低，缩短土粒之间的距离，使水化膜楔入作用力减小，结构连接进入分子间相互作用力范畴，促进土粒之间凝聚；同时钙镁阳离子填入泥土中的矿物层间的六
角网眼中，加强层间连接，促进泥土固化；
[0018] 所述的焦油，环氧树脂，糠醛苯胺，丙烯酸钙和羧甲基
纤维素在土中发生聚合反应，形成网状的空间结构，填充土中孔隙，并利用
聚合物交联形成立体结构包裹和胶结土粒，使其表面产生吸附作用，提高土体强度。
[0019] 所述的粉煤灰的粒径介于0.005mm-0.100mm之间，
密度介于1.9-2.9克/立方厘米之间，堆积密度介于0.531-1.261克/立方厘米之间，密实度介于25.6％-47.0％之间，
比表面积介于0.8-19.5平方米/克之间。
[0020] 所述的硅粉的平均粒度为0.15-0.20微米，耐火度大于1600℃，容重介于200-250千克/立方厘米，比表面积介于15000-20000平方米/千克之间。
[0021] 所述水玻璃的水玻璃模数介于1.5-3.5之间。
[0022] 所述的固化剂中的氢氧化钙与土中的
二氧化硅直接生成水化硅酸钙凝胶，使得土粒之间产生新的有效润滑，消除土粒之间的摩擦力。
[0023] 所述的水化硅酸钙凝胶的结构被土中的钾离子和/或钠离子破坏，生成碳酸钙。
[0024] 所述的固化剂中还掺有糯米汁、
桐油以及
牛血和/或
马血。
[0025] 所述的固化剂中还掺有羊桃藤汁。
[0026] 所述的水泥为
硅酸盐水泥，铝酸盐水泥或磷酸盐水泥。
[0027] 一种基层固化方法，采用上述的道路用固化剂进行固化，包括以下步骤：
[0029] B、确定道路中心线、边线和标高，确定施工层厚度；
[0030] C、用路拌机或旋耕机翻土和
破碎两次以上，最大土颗粒小于15mm；
[0031] D、将所述的道路用固化剂均匀混入泥土中，用路拌机拌匀洒有固化剂的泥土两次以上，使固化剂充分渗透；
[0032] E、用洒水机向混合了固化剂的泥土喷洒水；
[0033] F、用平地机
整理出横坡比为2％-3％的路拱；
[0034] G、先用振动压路机，不开振动，稳压1-2遍，然后打开振动，振动碾压3-4遍，再用16吨以上的三轮光碾碾压1-2遍，最后由胶轮压路机碾压1-2遍赶光成活；
[0035] H、检测压实度，达到设计标准后，暂停压实；
[0036] I、洒水养护，边洒水边压实，养护七天；
[0037] J、铺筑沥青路面。
[0038] 本发明的有益效果在于：
[0039] 本发明所述的道路用固化剂与现有技术相比，能够与泥土发生一系列的物理-化学反应，改善泥土的物理力学性质，提高泥土的工程性质，减小泥土的水敏感性，提高土的水稳性，使普通土成为稳固持久的固化土，提高土的力学强度，使土具有适宜的
刚度即适宜的模量，使土具有良好的稳定性，包括水稳定性和冻稳定性。同传统工艺相比，本发明提出的新型道路用固化剂用来固化路基或基层时，具有固化速度快、相对强度高，收缩量小，抗渗性好，经固化的土体不会出现二次泥化，路用性能好，污染少，施工周期短和综合成本低的优点，可以解决水泥、石灰等胶接材料在土体中无法解决的问题，效益非常明显，可用于砂石、泥浆、粘土、垃圾、有机物和重金属
污泥等材料，固化对象广泛，制作工艺无毒无害，符合环境保护要求，具有很高的性能价格比，工程实践表明与传统技术相比，采用本发明的道路用固化剂施工平均可节省30％-60％的
费用。
附图说明
[0040] 图1是本发明所述的基层固化方法的流程示意图。
具体实施方式
[0041] 下面将结合附图对本
申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的
实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0042] 实施例一
[0043] 本发明所述的道路用固化剂包括以下成分：按重量百分比计，水泥10％-15％，石灰1％-5％，粉煤灰2％-3％，石膏2％-3％，煤矸石1％-2％，沸石1％-2％，磺化油3％-15％，磷酸盐1％-2％，苛性碱1％-2％，高锰酸钾1％-2％，氯化钠2％-4％，碳酸钠2％-4％，碳酸钙2％-3％，硅粉2％-3％，沥青1％-2％，水玻璃5％-10％，聚丙烯酰胺1％-2％，聚丙烯酸1％-2％，硫酸镁1％-2％，碳酸钙1％-2％，焦油7％-10％，环氧树脂0.1％-1％，糠醛苯胺
0.6％-1％，丙烯酸钙0.3％-1％和
羧甲基纤维素0.5％-2％，
[0044] 该固化剂在使用时加入水；
[0045] 所述的水泥，石灰，粉煤灰和石膏在水的作用下发生化学反应生成凝胶状的水化物，包括水化硅酸钙，水化铝酸钙以及氢氧化钙，包围泥土颗粒，硬化形成骨架，与泥土颗粒作用生成络合物，形成相互连接的稳定的空间网状结构，增强土粒之间的粘结强度和稳定性；
[0046] 所述的磺化油用水稀释后，产生离子作用，使溶液呈现导电性，与泥土混合后，与泥土颗粒表面吸附的活性阳离子进行交换，破坏泥土颗粒表面的双电层结构，降低泥土表面与水的化学作用力，使粘土颗粒中的吸附水游离出来，转化为自由水排出，将泥土的亲水性永久转变为憎水性，在压力作用下使得泥土形成稳定的整体板块；
[0047] 所述的固化剂与土混合作用后产生含32个结晶水的钙矾石针状结晶体3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，将土中的自由水以结晶水的形式固定下来；钙矾石针状结晶体的针状结构交错穿插于土团粒中，起到“显微加筋”的作用，增加固化土的强度，水化反应生成的结晶体使得材料的体积增加，有效地填充土团粒间的孔隙，使固化土变得致密。
[0048] 所述的硅粉与水泥的水化产物发生反应，提高净浆强度，填充水泥颗粒间的孔隙，降低水灰化。
[0049] 所述的沥青包括地沥青和焦油沥青，沥青与土粒之间发生物理-化学吸附反应，在土粒周围形成沥青薄膜并构成稳定的凝聚结构，降低土粒表面自由能，沥青中的沥青酸与土粒表面的阳离子相互作用，生成稳定的有机酸盐，在土粒表面形成憎水层，使沥青土具有较高的强度和水稳性；
[0050] 所述的粉煤灰的粒径介于0.005mm-0.100mm之间，密度介于1.9-2.9克/立方厘米之间，堆积密度介于0.531-1.261克/立方厘米之间，密实度介于25.6％-47.0％之间，比表面积介于0.8-19.5平方米/克之间。粉煤灰是由少部分结晶物质，一部分非晶形物质和
石英成分组成的细粉状物质。粉煤灰的粒度成分与燃煤性质、
煤粉细度、燃烧条件以及吸尘方式等因素有关，作为固化剂使用的粉煤灰要求颗粒级配均匀。由于粉煤灰的多孔结构，球形粒径的特性，在松散状态下具有良好的渗透性。粉煤灰的活性主要取决于其玻璃体的含量。粉煤灰的活性也称火山灰活性，原指火山石、凝灰石、
浮石等天然火山灰物质所具有的与石灰或水泥发生反应的能力，即粉煤灰所含硅酸盐或硅铝质玻璃体的微细颗粒在常温和有水条件下与氢氧化钙发生活性反应并生成具有胶凝性水化物的能力，粉煤灰的活性主要来自于玻璃体二氧化硅和玻璃体三氧化二铝在一定碱性条件下的水化作用，这些水化作用产生的水化产物交叉连接，对促进土体强度增长尤其是
抗拉强度的增长起了主要的作用。虽然玻璃体一般是碾不碎并且磨不细的，但是
申请人通过大量的试验发现，将粉煤灰的粒径限定在0.005mm-0.100mm之间时，粉煤灰所含的玻璃体表面出现明显的擦痕，有利于提高粉煤灰的化学反应能力及颗粒界面的结合。
[0051] 所述的硅粉的平均粒度为0.15-0.20微米，耐火度大于1600℃，容重介于200-250千克/立方厘米，比表面积介于15000-20000平方米/千克之间。硅粉具有极强的表面活性，颗粒比表面积大，表面
原子配位不饱和，能够显著提高泥土的抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及
耐磨性能，具有保水，防止
离析，
泌水，大幅度降低砼
泵送阻力的作用，能够延长砼的使用寿命，特别是在氯盐污染侵蚀、
硫酸盐侵蚀、高湿度等恶劣环境下，可使砼的耐久性提高一倍甚至数倍，大幅度降低喷射砼和浇注料的落地灰，提高单次喷层厚度，具有5倍水泥的功效，在普通砼和低水泥浇注料中应用可降低成本，提高耐久性，有效防止发生砼碱
骨料反应，提高浇筑型耐火材料的致密性，易生成
莫来石相，增强高温强度和抗热振性。
[0052] 所述水玻璃的水玻璃模数介于1.5-3.5之间。水玻璃模数越大，氧化硅含量越高，水玻璃的密度和
粘度越大，硬化速度越快，粘结力增大，硬化后的强度、耐热性与耐酸性越强，越难溶于水。水玻璃是一种具有胶体特征又具有溶液特征的
胶体溶液，硬化后主要成分是二氧化硅凝胶和氧化硅，具有较高的粘结力和强度。
[0053] 所述的固化剂中的氢氧化钙与土中的二氧化硅直接生成水化硅酸钙凝胶。水化硅酸钙凝胶的形成使得土粒之间产生新的有效润滑，消除土粒之间的摩擦力，使得泥土在碾压过程中达到更高的密实度，更容易压实，同等压实会取得更好的压实效果，得到更高得到压实密度。碾压完成后，随着土粒之间的内部
水循环进行，胶体极容易遇到钾、钠等离子，使得胶体结构被破坏，生成极难溶解的碳酸钙。
[0054] 作为优选，所述的固化剂中还掺有糯米汁、桐油以及牛血和/或马血。还可以掺有羊桃藤汁。这些有机物可以形成复合凝胶材料，大大提高泥土的加固强度，凝固后使得泥土甚至能够像花岗石一样坚硬。
[0055] 所述的水泥为硅酸盐水泥，铝酸盐水泥或磷酸盐水泥。硅酸盐水泥由硅酸盐
水泥熟料、0％-5％的石灰石或粒化
高炉矿渣、适量石膏磨细制成，是以高碱性硅酸盐为主要化合物的水硬性水泥的总称，在西方国家通称为波特兰水泥。铝酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料加入适量石膏共同磨细而成。
[0056] 如图1所示，本申请提供一种基层固化方法，采用上述的道路用固化剂进行固化，包括以下步骤：
[0057] A、清除表面杂草、垃圾及腐蚀物；
[0058] B、确定道路中心线、边线和标高，确定施工层厚度；
[0059] C、用路拌机或旋耕机翻土和破碎两次以上，最大土颗粒小于15mm；
[0060] D、将所述的道路用固化剂均匀混入泥土中，用路拌机拌匀洒有固化剂的泥土两次以上，使固化剂充分渗透；
[0061] E、用洒水机向混合了固化剂的泥土喷洒水；
[0062] F、用平地机整理出横坡比为2％-3％的路拱；
[0063] G、先用振动压路机，不开振动，稳压1-2遍，然后打开振动，振动碾压3-4遍，再用16吨以上的三轮光碾碾压1-2遍，最后由胶轮压路机碾压1-2遍赶光成活；
[0064] H、检测压实度，达到设计标准后，暂停压实；
[0065] I、洒水养护，边洒水边压实，养护七天；
[0066] J、铺筑沥青路面。
[0067] 实施例二
[0068] 作为进一步优选的实施例，所述的道路用固化剂包括以下成分：水泥120KG，石灰3KG，粉煤灰30KG，石膏30KG，煤矸石20KG，沸石20KG，磺化油100KG，磷酸盐20KG，苛性碱
20KG，高锰酸钾20KG，氯化钠30KG，碳酸钠30KG，碳酸钙30KG，硅粉30KG，沥青20KG，水玻璃
80KG，聚丙烯酰胺20KG，聚丙烯酸20KG，硫酸镁20KG，碳酸钙20KG，焦油90KG，环氧树脂10KG，糠醛苯胺10KG，丙烯酸钙10KG和羧甲基纤维素20KG。
[0069] 除了以上内容以外，实施例二所述的道路用固化剂与实施例一所述的道路用固化剂的其他部分相同。
[0070] 实施例三
[0071] 作为进一步优选的实施例，所述的道路用固化剂包括以下成分：按重量百分比计，水泥150KG，石灰50KG，粉煤灰30KG，石膏30KG，煤矸石20KG，沸石20KG，磺化油150KG，磷酸盐20KG，苛性碱20KG，高锰酸钾20KG，氯化钠40KG，碳酸钠40KG，碳酸钙30KG，硅粉30KG，沥青
20KG，水玻璃100KG，聚丙烯酰胺20KG，聚丙烯酸20KG，硫酸镁20KG，碳酸钙20KG，焦油100KG，环氧树脂10KG，糠醛苯胺10KG，丙烯酸钙10KG和羧甲基纤维素20KG，
[0072] 除了以上内容以外，实施例三所述的道路用固化剂与实施例一和实施例二所述的道路用固化剂的其他部分相同，在此不再赘述。
[0073] 以上显示和描述了本发明的主要特征及本发明的优点。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。
