[发明专利]一种飞灰基土壤固化剂及其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种飞灰基土壤固化剂，由以下重量份的原料制成：飞灰60‑70份，树脂10‑15份，水15‑25份，电荷调节剂2‑5份，表面活性剂1‑1.5份，树脂固化剂1‑1.5份。本发明还公开了该土壤固化剂的制备与应用。本发明利用飞灰无机成分和金属离子，结合水性环氧树脂，得到了一种新型无机‑有机复合的土壤固化剂，固化土体压实度高，在各组分的协同作用下，具有高的无侧限抗压强度和抗回弹模量，同时具备优异的水稳定性，浸水吸水率低，抗冲刷能力强。此外，该飞灰基土壤固化剂实现了对飞灰固体废弃物的高价值再利用，一方面解决了飞灰的处理，另一方面降低了土壤固化剂的成本。

技术领域

本发明涉及固化剂技术领域，尤其涉及一种飞灰基土壤固化剂及其制备方法及应用。

背景技术

我国道路建设发展迅速，对路基路面结构的使用性能提出了更高的要求，并对工程建设的环保性提出了额外的要求。传统工程建设的地基材料一般采用天然砂石料、砂砾料等，然而这类资源的过度开采，造成了日益严重的生态破坏。近年来，通过固化土壤替代砂石的方法成为路基建设的新趋势，由于土壤来源广泛，其合理利用，一方面降低了工程造价，另一方面减少了对自然资源的破坏。因此，土壤固化技术受到愈来愈多的关注。

然而，我国疆土辽阔，土壤类型繁多且差异巨大，有黄土、粉土、沙土、软土、冻土、淤泥等土质。目前，我国使用的土壤固化剂以水泥、石灰、粉煤灰等传统无机固化剂为主，该类材料对使用土壤基本物理力学性能要求高，固化土壤强度较低，易产生较大形变而形成裂缝。而高效土壤固化剂多为国外引进的液体土壤稳定剂，如美国路邦EN-1电离土壤稳定剂，美国PALMA土壤固化酶，贝赛尔高分子聚合物乳液，美国ISS等，价格昂贵。因此，研究开发并市场化国产的土壤固化剂是当务之急。

固化土壤性质取决于颗粒间的结构粘结力，如何粘结土壤，促进土壤固化剂中的分散，增加粘结效率，是土壤固化剂开发的核心问题。土壤中富含矿物、游离离子、水和气，土壤颗粒表面带有电荷，内含结合水和自由水，这些对于土壤的塑性、收缩性和水敏感性都有直接关系。此外，土壤颗粒细小，比表面积大，表面能大，与溶液相互作用后易出现一系列界面现象，如双电层、离子交换、粘粒的聚沉与稳定。不难得出，带电性质、结合水形式、颗粒大小等因素对土体的分散，吸附，可塑，絮凝，膨胀，收缩和渗透等一系列性质有很大影响。目前，市售土壤固化剂种类虽多，但普遍存在以下问题：（1）抗压强度达不到行业标准；（2）价格昂贵；（3）耐水性不好，高性价比的高效土壤固化剂仍是稀缺产品，需求日趋明显。

近年来，垃圾焚烧逐步成为垃圾处理的主流趋势。垃圾焚烧过程中会产生大量飞灰（焚烧垃圾量的3%～15%），其富含SiO₂，CaO，Fe₂O₃和Al₂O₃，并富集了大量的金属离子，包括重金属（飞灰量的0.5%～3.0%，以Pb、Cd等居多）。飞灰在无害化处置后，一般进行填埋处理。从飞灰成分角度看，其与水泥、玻璃等多种成分相似，国外已将飞灰应用于水泥制造、路基填料、土壤改良剂和吸附剂等多个领域。因此，进一步研究开发飞灰的应用价值，实现其再利用，对于可持续发展具有积极的意义。

发明内容

本发明提供一种飞灰基土壤固化剂及其制备方法及应用，利用飞灰中富含的无机成分，发挥其粘结作用，通过富集的金属离子结合电荷调节剂，实现对土壤表层电荷的调控，减少结合水膜厚度，增加粒间吸引，促使土粒聚集凝结，提升压实密度；通过引入有机树脂组分，弥补土壤微缝和孔隙，能够进一步提高土体强度和抗渗透能力；添加的表面活性剂能够调节土壤固化剂溶液的表面张力，使固化剂能够快速分散于土壤界面和孔隙，加速固化过程和改善固化均匀性。本发明所制土壤固化剂具有适用范围广、固化效果好的优点，同时解决了飞灰固废处理和再利用的问题。

一种飞灰基土壤固化剂，由以下重量份的原料制成：飞灰，60-70份；树脂，10-15份；水，15-25份；电荷调节剂，2-5份；表面活性剂，1-1.5份；树脂固化剂，1-1.5份。