專利名稱：一種復合功能的固土劑及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護領(lǐng)域，特別是涉及城市正在修建的道路、礦山路面、尾礦庫、 荒地、沙丘的穩(wěn)定土等領(lǐng)域，具體涉及一種復合功能的固土劑及其使用方法。
背景技術(shù)：
處于裸露狀態(tài)的土壤、沙丘等場所，每逢干燥刮風季節(jié)，表面粉塵在風力推動下極易發(fā)生揚塵。不僅造成空氣、清潔地面和水環(huán)境污染，影響農(nóng)作物生長，而且還會威脅到人體的健康。面對日益嚴峻的粉塵污染問題，因此開發(fā)一種固土劑，將其施用于土壤、沙丘等的表面，使其形成相對穩(wěn)定的狀態(tài)，將會解決這一問題。目前，除了經(jīng)常使用的固土劑，如石灰、水泥以及各種工業(yè)廢渣等，一些科技工作者也已經(jīng)研制了許多新型的固土劑，如ISS-2500、LE-3001、LPC-600等。但現(xiàn)有針對化學固土劑的研究還比較薄弱，已有的各種固土劑存在不同的問題，如性能單一、工藝復雜、成本高、污染環(huán)境及應(yīng)用推廣度不夠等問題。因此，研究開發(fā)適用范圍更廣、性能更穩(wěn)定、價格更低廉的土壤固土劑具有明顯的經(jīng)濟及社會效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種固土效果好、固化周期長、成本低廉及污染小的新型土壤固土劑及其使用方法，其運用科學合理的劑量改善和提高土的物理力學性質(zhì)及工程性質(zhì)(如抗壓、抗剪、抗沖刷和抗?jié)B能力)，使土壤成為穩(wěn)固持久的固化土。一種復合功能的固土劑配方為以下4種之一1)質(zhì)量濃度為0. 05% -0. 2%的陰離子型聚丙烯酰胺水溶液；2)陰離子型聚丙烯酰胺與硅酸鈉的混合溶液，陰離子型聚丙烯酰胺質(zhì)量濃度為 0. 05% -0. 2%，硅酸鈉質(zhì)量濃度不高于10% ；3)陰離子型聚丙烯酰胺溶液與硫酸鋁的混合溶液，陰離子型聚丙烯酰胺質(zhì)量濃度為0. 05% -0.2%，硫酸鋁質(zhì)量濃度不高于0.2% ；配制時，先將硫酸鋁溶解，再加入陰離子型聚丙烯酰胺混合溶解；4)陰離子型聚丙烯酰胺溶液、硅酸鈉與硫酸鋁的混合溶液，陰離子型聚丙烯酰胺的質(zhì)量濃度為0. 05% -0.2%,硅酸鈉的質(zhì)量濃度不高于10%，硫酸鋁質(zhì)量濃度不高于 0. 2% ；配制時，先將硫酸鋁溶解，再在其中加入陰離子型聚丙烯酰胺，最后加入硅酸鈉混合溶解；所述的固土劑的使用時，直接噴施于土壤中。在噴施前，各組分按各自配比混合溶解于水中制成固土劑，其中固土劑的摻量為土樣總質(zhì)量的25%。本發(fā)明各組分作用如下(1)成膜劑、粘結(jié)劑一聚丙烯酰胺(PAM)具有高粘性及交聯(lián)性，能降低土壤的表面能，削弱土壤的親水性，且高分子凝膠體可將土顆粒包圍起來，從而形成了一個高強度的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
(2)保濕劑、粘結(jié)劑一硅酸鈉溶于水形成粘稠溶液，是一種無機粘合劑，可作為土壤固化劑加固土壤。(3)固化劑一硫酸鋁溶液中含有A13+、A1 (OH) 3、A102_等離子，當加入到土中會與土壤中的離子發(fā)生反應(yīng)，生成氫氧化鋁、偏鋁酸鹽等難溶化合物，從而穩(wěn)定了土壤。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)應(yīng)先加入硫酸鋁，再加入陰離子型聚丙烯酰胺，最后加入硅酸鈉，這樣可消除形成膠體之間的靜電斥力，使顆粒通過架橋作用和網(wǎng)捕作用迅速長大。在選擇使用試劑及其配方時，必須綜合考慮實際現(xiàn)場效果和經(jīng)濟成本，選出有效固土的最優(yōu)配比。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果如下(1)本發(fā)明固土劑安全、環(huán)保，它不僅能固結(jié)土壤，抑制揚塵，而且能夠使得土壤保持長時間的濕潤狀態(tài)。固土劑的各成分均是環(huán)境友好型材料，對人體健康和生態(tài)環(huán)境均無傷害。(2)本發(fā)明固土劑制備工藝簡單，無需任何復雜設(shè)備，且配方科學合理。利用 L9 (34)正交試驗，得到固土劑的最佳配比為0. 聚丙烯酰胺+5%硅酸鈉+0.2%硫酸鋁， 避免了盲目加大試劑用量而帶來的成本浪費。(3)本發(fā)明制成的固土劑具有較好的穩(wěn)定性，其固化效果明顯高于灑水，且工作量小。該固土劑的保濕、粘合和固結(jié)三種作用，彌補了其它固土劑的不足，且適用范圍非常廣泛，可用于城市道路，建筑場地，礦山道路、尾礦庫，沙漠等。


圖1為強度試驗原理圖。(a)無側(cè)限抗壓強度試驗(b)間接抗拉強度試驗
具體實施例方式以下結(jié)合實施例旨在進一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。實施例11. 土料與試劑的選擇土樣取于長沙地區(qū)典型的原始土坡，將采回的普通土樣捏碎置于瓷盤并均勻攤開，然后置于烘箱中風干，之后剔除土中的雜質(zhì)進行土壤的研磨，并使研磨后的土樣通過20 目標準篩，最后將篩后的土料放入密閉的容器內(nèi)，并置于陰涼處保存。試劑的篩選本著吸水、保水、凝結(jié)等幾大功能的原則，同時充分考慮到以下幾點 1)穩(wěn)固性能好，性能穩(wěn)定，易分散成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)體系，且周期長；幻膠結(jié)好，滲透性強，粘度相當；幻用量少，快速持久，經(jīng)濟合理；4)無污染或污染小，易生物降解力)配方科學合理， 制備工藝簡單，施用方便。最終選擇聚丙烯酰胺、硫酸鋁、硅酸鈉三種基料作為新型土壤固土劑的組成成分。2.實驗儀器和方法(1)儀器。實驗使用的主要儀器有強度路測儀、模具、電子分析天平、烘箱、標準篩、瓷盤、玻璃培養(yǎng)皿、量筒、燒杯、玻璃棒、藥匙、秒表等。(2)各配比固土劑溶液的制備。根據(jù)L9(34)正交設(shè)計，各試劑濃度選取3個水平，如表1。按照表1中的各成分的濃度水平混合溶解，配得所需的固土劑溶液。表1正交試驗設(shè)計因素水平表
權(quán)利要求
1.一種復合功能的固土劑，其特征在于所述的固土劑配方為以下4種之一1)質(zhì)量濃度為0.05% -0. 2%的陰離子型聚丙烯酰胺水溶液；2)陰離子型聚丙烯酰胺與硅酸鈉的混合溶液，陰離子型聚丙烯酰胺質(zhì)量濃度為 0. 05% -0. 2%，硅酸鈉質(zhì)量濃度不高于10% ；3)陰離子型聚丙烯酰胺溶液與硫酸鋁的混合溶液，陰離子型聚丙烯酰胺質(zhì)量濃度為 0. 05% -0.2%,硫酸鋁質(zhì)量濃度不高于0.2%;4)陰離子型聚丙烯酰胺溶液、硅酸鈉與硫酸鋁的混合溶液，陰離子型聚丙烯酰胺的質(zhì)量濃度為0. 05% _0.2%，硅酸鈉的質(zhì)量濃度不高于10%，硫酸鋁質(zhì)量濃度不高于0.2%。
2.權(quán)利要求1所述的固土劑的使用方法，其特征在于噴施于土壤中。
3.權(quán)利要求1所述的固土劑的使用方法，其特征在于在噴施前，各組分按各自配比混合溶解于水中制成固土劑，其中固土劑的摻量為土樣總質(zhì)量的25%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復合功能的固土劑及其使用方法，固土劑用于防止土壤、沙丘等發(fā)生風蝕、水蝕和污染環(huán)境。選取陰離子型聚丙烯酰胺、硅酸鈉和硫酸鋁作為固土劑的組分，并根據(jù)L9(34)正交設(shè)計，各試劑濃度選取3個水平。運用無側(cè)限抗壓強度試驗、間接抗拉強度試驗、浸水試驗對形成的標準試件進行了測試，得到了固土劑的最佳配方。同時由試驗結(jié)果得出，噴施研制的新型固土劑能夠達到很好的固化作用和取得良好的綜合經(jīng)濟效益。該固土劑是一種理想的環(huán)保產(chǎn)品，具有巨大的生態(tài)環(huán)保效益。
文檔編號C09K17/40GK102504827SQ20111030724
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者吳超, 張巖 申請人:中南大學