[发明专利]一种用于生态修复的新型环保材料泥土固化剂

说明书

一、土壤固化技术的发展现状和技术特点及用途

土壤固化技术是近代才研发出来的一种用于土壤固化、稳定的工艺，通过土壤固化剂激活少量水泥中的有效成分，去进一步激活土壤活性、胶结土壤颗粒，把松散的土壤凝结成具有一定承载力、抗渗透力以及耐久性的的固结土。对治理水土流失，改善生态环境将起积极地作用。

土壤固化技术在欧美先进发达国家从20世纪40年代开始，蓬勃发展至今已经形成为一门综合的交叉学科，涉及建筑基础、公路建设、堤坝工程、井下作业、石油开采、垃圾填埋、防尘固沙、污染土壤处理等多种领域。综合了力学、结构理论、胶体化学、表面化学等众多理论。它的处理对象也扩充到砂土、淤泥、生活垃圾、工业、矿业固体废弃物等多种固体、半固体。处理目的已从单一的增强土壤强度发展到增加抗渗透性、提高抗冻能力、防止污染物质泄露、资源循环利用等诸方面。我国直到20世纪90年代才开始研究土壤固化剂。目前主要是高等院校、研究所、部分科技公司，以研究、开发土壤固化剂为主。而真正应用到实际项目中很少。土壤固化技术的实施是一项复杂的系统工程。

泥土固化剂的特点是：①快速硬化各种淤泥和残土；②能改良泥土团粒结构；③有封闭重金属作用；④有消臭作用；⑤中性、无毒、无二次污染；(6)能使固结的坡面上生长植物、使固结的水底为水生动植物提供更好的生长环境。

用途和使用范围：①江河、湖泊、海湾的淤泥处理；②疏浚泥土的早期处理；③施工用辅助道路的铺设、加固；④路基、路肩、路坡的加固；⑤鱼池湖泊堆积淤泥的土质改良；⑥油泥油土及其他废弃物的固化处理；⑦高尔夫球场的土质改良；⑧住宅地的硬度加固和土质改良；⑨公园道路、草坪的铺设及土质改良；⑩一般产业废弃物的固化处理。

土壤固化原理

本土壤固化剂主要特性是以无机材料为主结合少量高分子材料组成。土体经过土壤固化剂处理后，在压力的作用下紧密接触在土壤颗粒附近，生成硅酸钙、拖勃莫来石类、沸石、方钠石及硅酸钙等胶凝性物质，使粘土颗粒表面形成凝结硬化壳。土壤固化剂中的激发剂能有效地破坏胶凝材料中含有的玻璃体结构，促使玻璃体中的SiO2阴离子与土体中矿物质发生物理化学作用，形成水铝酸盐、含水硅酸盐、磷酸盐等胶凝物质。绝大部分粘土是由Si-O四面体和Al-O八面体硅酸盐组成的。土壤本身是一个松散体系，即使使用外力提高它的密实度，也很难形成一个致密结构使它少受外来侵蚀，当固化剂与土壤混合后，土壤中过多的水分在反应中被“夺取”，生成含32个结晶水的钙矾石针状结晶体3CaO-和q3OaO-q3CaS，使土壤中大量的自由水以结晶的形式固定下来。同时这种水化反应形成的结晶体是的材料的体积增加，它有效地填充土团粒间的空隙，使固化土变得致密起来。在电子显微镜下，可以看到土壤颗粒C-S-H凝胶包围，并相互连成一片，在土壤粒子之间形成一个牢固的网状结构体，从而提高了密实度，对抗压、抗渗、抗盐酸盐侵蚀等性能都大大提高。

一般粘土团表面带有大量的一介Na+，K+等，这些离子又具有极大的吸水性，水分的进入使得离子颗粒之间形成了松散的结合体，当固化剂与水作用产生大量的CaZ+，以及激发剂中含有的高阶阳离子，如Fe+，AP+等，由于具有较高的离子强度，与土颗粒中的Na+、K+、Ca+进行离子交换作用，使得粘土胶团表面E电位降低，胶团所吸附的双层减薄，电解质浓度增强、颗粒趋于凝聚，清除土壤中的液相和气相，生成的硫酸钙结晶体积膨胀而进一步填充孔隙，同时与针状结晶体相互交叉，形成链状和网状结构而紧密结合，从而提高了土壤的强度、耐水性和抗冻性。