CN118771843A - 一种软土渗透固化材料、其制备方法及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程施工材料领域，具体提供了一种软土渗透固化材料、其制备方法及使用方法，软土渗透固化材料包括如下重量份数的组分：有机盐5‑20份；表面活性剂5‑20份；固化剂15‑80份；各组分均为水溶性材料；有机盐为含有非极性基团的有机盐；表面活性剂为含有非极性基团的表面活性剂，固化剂包括硅酸盐、铝酸盐、有机硅和激发剂；激发剂选自氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种；或激发剂选自EDTA、EDTA‑Na₂、葡萄糖酸或柠檬酸中的至少一种。本发明的软土渗透固化材料，能够实现通过渗透作用向软土径向和纵向迁移的目的，进而可以实现无扰动的软土固化。本发明还提供了上述软土渗透固化材料的制备方法和使用方法，能够配合实现无扰动的软土固化目的。

Description

一种软土渗透固化材料、其制备方法及使用方法

技术领域

本发明属于工程施工材料领域，具体涉及一种软土渗透固化材料、其制备方法及使用方法。

背景技术

软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭质土、泥炭等，其具有压缩性高、 强度低、渗透性小等特性，进而造成地基承载力弱、变形大等缺点，地层易发生变形和沉降，成为制约工程发展的一个重要因素。固化软土是解决软土上述问题的重要手段，现有的软土固化方式均是通过添加特定的固化剂来改善软土的工程性质，提高其承载力和稳定性。

通过将固化剂与软土均匀混合，使得固化剂与土壤中的水分发生反应，生成稳定的化学产物，从而增强土壤的结构和强度，进而实现对软土的原位固化。

现有技术实现固化剂与软土均匀混合的方式，常规采用的是两种方式：一种是旋转搅拌的固化方式；一种是高压注浆的固化方式。

如专利CN116396024A、专利CN113912373A等均公开了一种通过搅拌固化方式固化软土的材料；其中，专利CN116396024A公开了一种用于淤泥固化的纳米改性二元固化剂及其使用方法，该材料实施时需开挖淤泥后脱水，掺入固化剂搅拌，回填养护，对提高淤泥固化体的强度、降低渗透性以及提高抗液化能力具有积极作用。专利CN113912373A公开了一种高含水率软土快速固化为路基填料的高性能固化剂，通过固化剂和软土按照质量比5-15:100的比例搅拌混合后养护实现对具有高含水率的软土挂糊达到具有早强，高强和高水稳定性等特点。这类固化方式多用于公路软土地基施工处理中，采用强力搅拌头等就地固化设备将固化剂和软土原位进行搅拌，使土体固化形成强度更高的混合土体，从而实现浅层软土就地利用的目的，通过就地固化技术能够在软土地基表面快速形成一定厚度的硬壳层或板块，不仅能够提高软土地基承载力，提供施工作业平台，施工速度快，还可与桩基等深层处理方法联合使用。

如专利CN103437340A、专利CN116397621A等则公开了通过高压注浆方式加固软土的方法或装置；其中专利CN103437340A公开了一种高压旋喷注浆加固软土地基的方法，通过在软土地基上布设孔位并钻孔，通过旋转注浆管向孔内旋转注射高压浆料实现注浆材料和软土的充分混合；专利CN116397621A则公开了一种软土地基高压注浆处理设备及工艺，通过在注浆前对软土夯实，以及对多个角度注浆，提高高压注浆的效果。

然而，无论是搅拌固化还是高压劈裂注浆的方式均难以适用于运营中的地铁修复，这是因为，这类工法对地表施工环境要求高，需要施工平台和大型施工机械，在穿过城市建筑时难以开展工作；而且，对于埋深大的盾构隧道，地表加固机械往往无法达到对应深度；在设备工作时还会对柔性的盾构隧道产生极大的扰动，盾构隧道无法承受高压以及旋转带来的反力。

基于此，现有技术也有相应地应用于运营中的地铁隧道软土加固方式的研究，如专利CN116291566A公开了一种软土地区地下隧道的变形控制及恢复方法，采用发泡材料通过注浆管注入，利用发泡剂膨胀挤密附近的土体，认为地层的孔隙和空洞也不断被充实。而发泡剂的膨胀体积和膨胀过程难以控制，一旦注浆过量，极易导致膨胀过度，对运营隧道和地表结构造成不可逆的损害。

又如申请人的在先申请CN117843316A则是公开了一种高渗透性软土注浆加固复合材料及其制备方法，研究了利用自耗水材料消耗软土中的水分，使得软土中的水得以固化，以解决现有技术中加固材料对高含水量软土的加固效果差的技术问题。但是该专利依然需要采用注浆机压力注浆的方式将软土固化材料注入软土中，仍然会存在因为注浆压力大而对运营隧道造成的扰动损害。

综上，亟需开发一种极低扰动甚至无扰动的软土固化材料及其固化方式，以适用于对城市运营隧道修复时的软土固化。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种软土渗透固化材料，以实现无扰动的软土固化。

本发明的第二目的在于提供上述软土固化材料的制备方法，以实现对该软土固化材料的稳定制备。

本发明的第三目的在于提供上述软土固化材料的使用方法，以实现对软土地区的无扰动固化。

为了实现上述目的，本发明提供了如下具体方案：

本发明首先提供了一种软土渗透固化材料，包括如下重量份数的组分：有机盐 5-20份；表面活性剂 5-20份；固化剂 15-80份；所述软土渗透固化材料的各组分均为水溶性材料；所述有机盐为含有非极性基团的有机盐；所述表面活性剂为含有非极性基团的表面活性剂，所述固化剂包括硅酸盐、铝酸盐、有机硅和激发剂；所述激发剂为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种；或所述激发剂为乙二胺四乙酸（EDTA）、二钠盐形式的乙二胺四乙酸（EDTA-Na₂）、葡萄糖酸或柠檬酸中的至少一种。

优选的，在应用于富含碱土金属的软土中时，所述激发剂为乙二胺四乙酸（EDTA）、二钠盐形式的乙二胺四乙酸（EDTA-Na₂）、葡萄糖酸或柠檬酸中的至少一种；在应用于不含碱土金属的软土中时，所述激发剂为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种。

具体的，在本发明中，以（Ca+Mg）/（Si+Al）的摩尔比来界定软土的性质，（Ca+Mg）/（Si+Al）≥1时，称为富含碱土金属的软土，（Ca+Mg）/（Si+Al）＜1时，称为不含碱土金属的软土。

本发明创造性地提出了“采用渗透的方式实现软土固化材料进入软土中以实现对软土地区无扰动固化”的技术构思，为了实现该技术构思，发明人进一步地进行了如下设计：

（1）首先，由于本发明要实现在纯渗透作用下使得固化材料进入软土中，因此，本发明的各组分都是水溶性的，能够在水溶液中形成大大小小离子基团，这些离子基团会在渗透压的作用下从高浓度区域向低浓度区域渗透，进而实现能够一步步地在软土中径向或纵向渗透，实现对软土的固化。

（2）其次，为了更好地实现固化剂成分在纯渗透作用下的有效迁移，本发明在材料配方中设计足够量的有机盐，以提高整个材料的渗透压，使得材料中的主要成分能够在渗透压差的作用下进入软土中，与软土中的水发生反应，使得软土固化。

（3）同时，为了实现对软土中水分的有效固化，本发明在材料配方中设计足够量的表面活性剂，以将与软土颗粒紧密结合的水分子释放出来，进而与固化剂发生固化反应。具体的：因为软土颗粒表面通常带有电荷，这导致其周围形成双电层，内层为紧密吸附的离子层，外层为扩散的对离子层，外层的对离子与水分子相互作用，形成水合离子，使得这些水分子牢固地吸附在颗粒表面，难以与固化剂产生反应。本发明通过在材料配方中设计表面活性剂，表面活性剂具有亲水基团和疏水基团，亲水基团与带有电荷的土壤颗粒表面发生静电吸附作用，使得与土壤颗粒静电吸附的水分子被释放出来；同时吸附在土壤颗粒表面的亲水基团会使疏水基团朝向水相或其他土壤颗粒排列，使得土壤颗粒表面表现为疏水性，进而进一步降低了土壤颗粒对水的束缚能力，从而将水分子释放出来以与固化剂发生固化反应。

（4）本发明在材料配方中设计了固化剂，通过固化剂在土壤中发生固化反应，形成坚硬的固体结构，进而增强土壤结构强度。

（5）需要说明的是，由于本发明要实现在纯渗透作用下使得固化材料进入软土中，因此本发明配方中不能包含不溶于水的水泥，也不能使用双液浆（氯化钙与硅酸钠）这类会迅速固化的体系。因此如何在离子渗透情况下使软土达到固化强度，则是本发明要解决的核心问题之一。

为了解决这一问题，发明人创造性地设计了包含硅酸盐、铝酸盐、有机硅和激发剂的固化剂。通过激发剂激发软土中的矿物活性，使得软土中的矿物与外加固化剂的有效成分之间发生相互作用，进而能够形成稳定的固化产物，增强固化后软土的强度。

进一步的，本发明根据软土的特性不同，激发其活性的激发剂的选择不同。

对于富含碱土金属矿物的软土，即富含方解石CaCO₃、白云石CaMg(CO₃)₂等矿物的软土，激发剂选择乙二胺四乙酸（EDTA）、二钠盐形式的乙二胺四乙酸（EDTA-Na₂）、葡萄糖酸或柠檬酸中的至少一种。渗透固化材料进入软土中后，激发剂中的电子给体原子（如氧、氮）会与矿物表面的金属离子（如Ca²⁺、Mg²⁺）发生配位作用，形成环状结构的螯合物，这种螯合物在溶液中更加稳定，降低了金属离子的游离能量，从而提高了软土中碱土金属离子的溶解度。同时，螯合物是一种不稳定物质，能够缓慢释放出碱土金属离子，这使得碱土金属离子能够与硅酸根和铝酸根发生水化反应，在土壤颗粒周围形成水化硅铝酸凝胶，释放出碱土金属离子的螯合物又继续从软土中螯合碱土金属离子。随着水化反应的进行，这一循环不断重复，软土颗粒周围形成凝胶骨架，提高软土整体强度。

对于不含碱土金属矿物的软土，即以黏土矿物（如高岭土Al₂(Si₂O₅)(OH)₄、蒙脱石(Al₂O₃)·(SiO₂)·(nH₂O)、伊利石KAl₂[(SiAl)₄O₁₀]·(OH)₂·nH2O等）为主的软土，激发剂选用氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。在高pH值环境下，这些矿物（高岭石、蒙脱石、伊利石）中的部分结构解体，释放出硅酸根和铝酸根，此时的硅酸根和铝酸根比例不足以使其聚合形成高强度的固化物，而通过固化剂中引入的额外硅源、铝源，使得Si/Al元素比例达到1.0~3.5之间，在激发剂的作用下，硅酸根和铝酸根形成长链状或三维网状的硅铝酸盐骨架结构，并且在缩聚过程中逐渐排除水分，凝胶相逐渐固结硬化，形成坚硬的固体结构，增强土壤的结构强度。

（6）本发明的渗透固化材料从进入软土后向软土径向或纵向逐步渗透，当该渗透固化材料进入软土后，在软土中会依次实现水分从软土表面的释放，以及固化剂在土壤溶液离子环境中反应固化形成固化产物等过程，而固化产物的生成，一定程度会阻碍本发明的渗透固化材料的进一步深入渗透。

为了解决这一问题，本发明的固化剂中除了水溶性的硅酸盐和铝酸盐外，还含有一定量的水溶性有机硅，有机硅能够水解生成活性硅醇基团（Si-OH），这些基团与固化物中的硅氧网络相互作用，形成Si-O-Si键，有机硅分子结构中具有疏水基团R（如甲基、辛基或氟代烷基），加入这些组分会在固化物中引入疏水性，使得软土中的固化产物表面布满了非极性基团，不容易与水分子和离子基团形成氢键或强烈的静电相互作用，为后续的渗透固化材料提供了渗透通道，避免其被软土表层生成的固化物截留。

有机硅的存在，除了能够提供后续渗透固化材料的渗透通道外，还能够促进固化产物的形成以及增强固化产物的强度。具体的：有机硅除了能够与土壤中的金属离子（如Ca²⁺、Mg²⁺等）反应形成固化效果更好的有机网络状的甲基硅酸盐凝胶外，有机硅能够水解生成活性硅醇基团（Si-OH），这些基团与固化物中的硅氧网络相互作用，形成更庞大的Si-O-Si键网络，进而促进固化产物的整体强度提升。

（7）除此之外，本发明选择表面活性剂为含有非极性基团的表面活性剂，将水分从软土表面释放后，非极性基团会和土壤颗粒表面结合，形成一层非极性保护膜，使得本发明的渗透固化材料中的有效成分（固化剂）不被土壤颗粒截留，能顺利在渗透压差的作用下向软土深层迁移。

同时，本发明选择含非极性基团的有机盐加入，有机盐中的非极性基团、表面活性剂中的非极性基团以及有机硅会在水溶液中形成疏水团紧密结合，这一结合过程同时也会使得溶液中的其他成分如硅酸根、铝酸根、激发剂等形成相对稳定的离子团聚，一系列的离子团聚体会整体在渗透压差的作用下向软土深层迁移。

通过上述设计，使得本发明的渗透固化材料能够持续稳定地向软土径向和纵向渗透，进而实现对软土材料各个地层的有效固化。

作为优选的，本发明的有机盐选自亚甲基双萘磺酸钠、亚甲基双甲基萘磺酸钠、萘二磺酸钠、萘磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。

首先，上述有机盐中均含有亲水性极强的磺酸钠基团（SO₃Na），使得有机盐在水中能够溶解形成溶液；而且，上述有机盐在水中溶解后会解离出Na⁺、萘磺酸根等多种离子，增加溶液的总离子浓度，有助于促进整个渗透固化剂中的有效成分向低浓度区域迁移；除此之外，上述有机盐中含有一个或多个萘环或苯环，这使得分子具有较高的平面性，有助于分子在介质中形成稳定的均匀的溶液分散。更为重要的是，萘环或苯环本身具有一定的非极性特征，尤其是π电子系统，提供给这两个基团更大的非极性，这使得这两个基团能够和表面活性剂中的非极性基团形成稳定的非极性聚集，进而一方面能够更好地在土壤颗粒表面形成憎水膜，另一方面后续注入的渗透固化剂材料中的离子基团也能够更好地一起向深层软土迁移。

作为优选的，本发明的表面活性剂根据土壤特性选择两性表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂中的一种；进一步优选的，本发明的两性表面活性剂选择椰油酰胺丙基甜菜碱、椰油酰胺乙基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、三乙醇胺中的至少一种。本发明的阳离子表面活性剂选择十六烷基三甲基溴化铵、氯化十二烷基苄基二甲基铵、四乙基溴化铵中的至少一种。本发明的阴离子表面活性剂选择萘系减水剂、聚羧酸减水剂、木质素磺酸钠、十二烷基硫酸钠、石油磺酸钠、烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种。

选择两性表面活性剂，是为了在不同的pH值条件下都能够表现出离子特性，离子特性可以中和土壤颗粒表面的电荷，破坏双电层结构，使得与双电层结合的水分被释放；同时，上述表面活性剂还是水溶性的，其中含有的亲水基团可以与水分子通过氢键或静电作用结合，进一步的从软土表面释放水分子；更进一步的，土壤颗粒表面的水分释放后，上述表面活性剂中的疏水基团更倾向于吸附到土壤颗粒表面，与颗粒发生疏水相互作用，从而在土壤颗粒表面形成一层憎水膜，有机盐中的疏水基团也会进一步的结合至该憎水膜，以避免后续渗透固化材料被土壤颗粒表面截留。

针对性的，在土壤表面带负电荷的碱性土壤中可选择阳离子表面活性剂，在土壤表面带正电荷的酸性土壤中可以选择阴离子表面活性剂。

进一步优选的，所述固化剂包括如下重量份的组分：硅酸盐 5-35份；铝酸盐 5-35份；有机硅5-35份；激发剂5-15份。

通过合理地设置硅酸盐、铝酸盐、有机硅和激发剂的配比，保证能够有效地形成固化产物，且形成的固化产物的强度能够达到实际施工要求。

具体的，水溶性硅酸盐，常用的即为硅酸钠和硅酸钾，水溶性铝酸盐，常用的即为偏铝酸钠、偏铝酸钾、铝酸钾；有机硅，常用的为甲基硅酸钠、甲基硅酸钾、十三氟辛基三乙氧基硅烷或正辛基三乙氧基硅烷中的至少一种；其在水中解离后形成K⁺/Na⁺、硅酸根、铝酸根等。一方面促进整体渗透固化材料的离子浓度提升，另一方面能够提供固化反应所需硅酸根和铝酸根。

在实际应用中，考虑到成本，进一步优选所述硅酸盐为硅酸钠；所述铝酸盐为偏铝酸钠，所述有机硅为甲基硅酸钠。其中，硅酸钠由固含量为25%~30%的硅酸钠溶液提供；甲基硅酸钠由固含量为30%~99%的甲基硅酸钠溶液提供，铝酸盐为偏铝酸钠固体提供。

本发明的渗透固化材料，优选包括如下重量份数的组分：有机盐 10-15份；表面活性剂 10-15份；固化剂 40-80份。

所述固化剂优选包括如下重量份的组分：硅酸盐 15-25份；铝酸盐 15-25份；有机硅25-35份；激发剂8-12份。

本发明还提供了上述渗透固化材料的制备方法，包括如下步骤：按比例称取各组分原料并将各组分原料充分混合，即制备得到所述软土渗透固化材料；或按比例称取各组分原料并将各组分原料充分溶解形成饱和水溶液，即制备得到所述软土渗透固化材料。

具体的，本发明的水溶液中的溶剂水，可以是其中某些成分本身就是由水溶液提供，如硅酸钠和甲基硅酸钠，也可以是由固体粉末溶解在水中形成。

本发明还提供了上述软土渗透固化材料的使用方法，包括如下步骤：将软土渗透固化材料装入储液装置中，通过一端与储液装置连通另一端插入软土中的注入管将储液装置中的渗透固化材料注入软土中；

软土渗透固化材料在注入压力P_注的作用下注入软土中，注入压力P_注满足：P_注-P_水=0.01MPa~0.05MPa；其中P_水为注入管出液口处所在位置的水头压力；

当待固化软土为不含碱土金属元素的软土时，所述渗透固化材料的所述激发剂选自氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种；当待固化软土为富含碱土金属元素的软土时，所述渗透固化材料的所述激发剂选自EDTA、EDTA-Na₂、葡萄糖酸或柠檬酸中的至少一种。

本发明仅需要提供渗透固化材料液体进入软土中的驱动压力即可，该压力仅仅高于水头压力0.01~0.05MPa，不会对软土地基产生干扰，可以很好地应用于运营中地铁隧道的修复。

优选的，在实际使用中，上述注入压力可以仅仅由储液装置和软土表面的水位差产生；也可以由液压泵提供。

更为优选的，所述注入管插入软土中的深度为0.1m~5m；所述注入管的出液口设置在所述注入管远离所述储液装置一端的端部，或所述注入管的出液口设置在所述注入管的侧壁。

在实际使用中，考虑到渗透固化材料的渗透半径可能会存在不能满足实际需求的情况，本发明设计在使用时，先在软土中钻深孔，将注入管插入深孔中，在注入管侧壁均匀开设多个出液口，使得渗透固化材料从径向和纵向多方向渗透，以保证整个软土地层的固化。注入压力则需要设计超过整个注入管的多个出液口中的最大水头压力0.01MPa~0.05MPa即可。

本发明的软土渗透固化材料在使用时，饱和水溶液的用量根据预期加固软土体积和软土含水量进行调整，优选的，本发明的软土渗透固化材料形成的饱和水溶液的用量要大于待固化软土中的含水量。以保证能够对软土进行有效地固化。

本发明的有益效果是：

（1）本发明创造性地提出了“采用渗透的方式实现软土固化材料进入软土进而实现无扰动固化”的技术构思，并进一步地设计全水溶的渗透固化材料组分，设计有机盐、表面活性剂和固化剂三类主要成分按照特定比例组合形成渗透固化材料；实现在高渗透压作用下有效成分向软土深层迁移、表面活性剂将与软土有效结合的水分释放、固化剂在软土中结合固化等过程，进而实现通过渗透方式实现无干扰的软土固化目的。

（2）为了保证渗透固化材料能够持续深入软土深层，本发明还特定地选择了具有疏水基团的表面活性剂、具有疏水基团的有机盐以及选择含有疏水基团的有机硅，通过表面活性剂的疏水基团与有机盐的疏水基团结合在土壤表面形成憎水层以提供后续渗透固化材料的渗透通道；通过有机硅在固化后的硅酸盐凝胶表面形成憎水层以提供给后续渗透固化材料的渗透通道。进而保证渗透固化材料能够持续稳定地向软土深层渗透，促进软土的有效固定。

（3）为了保证在无水泥等胶凝材料的加入下实现软土的固化强度达标，本发明设计了包含硅酸盐、铝酸盐、有机硅和激发剂的固化剂，通过激发剂激发软土矿物中的活性成分参与反应，与渗透固化材料中的硅酸盐、铝酸盐一起生成的结构稳定，强度达标的固化产物，保证了对软土的有效固化作用，提高了固化后软土的强度。

（4）本发明通过在不同软土成分下使用不同类型的激发剂，以实现在不同软土组成下均可以针对性地激发矿物中的活性成分参与固化反应，实现对软土的有效固化。

（5）本发明通过施加大于出液口水头压力0.01-0.05MPa的压力向软土中加入渗透固化材料，实现了真正的无扰动固化。

（6）本发明的软土渗透固化材料在使用时，仅需要配置储液装置、注入管等简单的设备即可，对设备要求低，推广应用前景大。

附图说明

图1为实验例1所用的实验装置的示意图；

图2为实验例1的实验组2的固化土的无侧限抗压试验中的状态示意图；

图3为实验例1的实验组2的固化土的破坏状态示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。实施例中未表注具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

实施例1-实施例12

实施例1-实施例12各提供了一种软土渗透固化材料，材料包括有机盐、表面活性剂和固化剂，其中固化剂包括硅酸盐、铝酸盐、有机硅和激发剂。其中硅酸盐由固含量为30%的硅酸钠溶液提供，有机硅由固含量为45%的甲基硅酸钠溶液提供。

实施例1-实施例12各组分的具体选择和用量如表1所示，表1中硅酸钠的量具体指代的干基硅酸钠，甲基硅酸钠的量具体指代的是干基甲基硅酸钠。

表1 各实施例的软土渗透固化材料的配比

实施例1-实施例12的软土渗透固化材料，均是先按比例称取各组分，然后将固体加入硅酸钠溶液和有机硅溶液中，搅拌，再适当加入水，继续搅拌直至固体粉末完全溶解得到饱和水溶液，即制备得到软土渗透固化材料。

对比例1-对比例6

对比例1-对比例6各提供了一种软土渗透固化材料，其各组分如表2所示；表2中硅酸钠由固含量为30%的硅酸钠溶液提供，甲基硅酸钠由固含量为45%的甲基硅酸钠溶液提供。表2中硅酸钠的量具体指代的是干基硅酸钠的量；表2中甲基硅酸钠的量具体指代的是干基甲基硅酸钠的量。

表2 各对比例的软土渗透固化材料的配比

对比例1-对比例6的软土渗透固化材料，均是先按比例称取各组分，然后将固体加入硅酸钠溶液和有机硅溶液中，搅拌，再适当加入水，继续搅拌直至固体粉末完全溶解得到饱和水溶液，即制备得到软土渗透固化材料。

实验例1：

分别取软土土样1和软土土样2进行渗透加固实验，对干燥土样进行元素分析，其中土样1中摩尔比满足：（Ca+Mg）/（Si+Al）=0.01，土样2中摩尔比满足：（Ca+Mg）/（Si+Al）=2.13。

采用如图1所示的实验装置进行渗透加固实验，按照GB/T 50123进行土样制作和性能测定，将含水率为35%的软土土样，装入无侧限抗压模具中，将配置好的各实施例和对比例的渗透固化材料100ml装入输液袋中，通过输液管将渗透固化材料输送至软土中，输液管远离输液袋一端的针头插入软土土样中，插入深度为3cm，输液袋距离软土表面高度为1m，调节流量，控制液体注入速率，72h内渗透完成。

取表层土样和底层土样，测定土样72h的下沉深度，评价材料渗透速率和固化时间，液体渗透完成后密封养护7天，对土样进行无侧限抗压强度测定，评价软土加固状态。

测定结果如表3所示：

表3 各实验组固化后土样性能测定数据

实验组1-12是本发明的渗透固化材料按照本发明的使用方法使用后固化土的性能测试，实验组13-14是本发明的渗透固化材料未按照本发明的使用方法使用，而是在不适用的土样上使用后的固化土的性能测试，实验组15-21是对比例1-6的渗透固化材料使用后固化土的性能测试；从表3数据可以得出：

（1）本发明的渗透固化材料按照本发明的使用方法使用后得到的固化土表层和底层土样的72h下沉深度均明显高于各对比例，说明本发明的渗透固化材料在使用72h后已经能够渗透到土样底层，且对土样进行了初步固化。而对比例1-6的渗透固化材料，由于不能有效在软土中渗透，或渗透后不能有效发生固化反应，使得其使用后软土强度并不能得到提升。

（2）本发明的渗透固化材料按照本发明的使用方法使用后，养护7天后其土样强度得到明显提升，在某些配比下，养护7天后土样强度已经能够超过1MPa，能够很好地达到实际施工要求。如图2中实验组2的固化土的无侧限抗压试验中的状态示意图，可以得知，在压力大于1MPa时，其仍未破坏；在压力大于1.065MPa，其被破坏，呈现出如图3中所示的固化土的破坏状态示意图。

（3）通过对比实验组2和实验组13的数据，实验组10和实验组14的数据，可以得知，同样的渗透固化材料，在不同性质的土样上使用后，固化结果差异较大；说明本发明的渗透固化材料在不同性质土样中使用时，对激发剂的选择不同，要根据土样性质选择合适性质的激发剂，进而促进合适的反应发生。

综上，本发明提供了一种渗透固化材料，并且提供了该渗透固化材料的对应使用方法，通过本发明的渗透固化材料，能够实现对土样的无扰动固化，在城市隧道修复中具有很好的应用前景。

本发明不限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种软土渗透固化材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：有机盐 5-20份；表面活性剂 5-20份；固化剂 15-80份；

所述软土渗透固化材料的各组分均为水溶性材料；

所述有机盐为含有非极性基团的有机盐；所述表面活性剂为含有非极性基团的表面活性剂，所述固化剂包括硅酸盐、铝酸盐、有机硅和激发剂；

所述激发剂选自氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种；

或所述激发剂选自EDTA、EDTA-Na₂、葡萄糖酸或柠檬酸中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的软土渗透固化材料，其特征在于，所述有机盐选自亚甲基双萘磺酸钠、亚甲基双甲基萘磺酸钠、萘二磺酸钠、萘磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的软土渗透固化材料，其特征在于，所述表面活性剂选自两性表面活性剂、阳离子表面活性剂或阴离子表面活性剂中的一种。

4.根据权利要求3所述的软土渗透固化材料，其特征在于，所述两性表面活性剂选自椰油酰胺丙基甜菜碱、椰油酰胺乙基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱和三乙醇胺中的至少一种；

所述阳离子表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、氯化十二烷基苄基二甲基铵和四乙基溴化铵中的至少一种；

所述阴离子表面活性剂选自萘系减水剂、聚羧酸减水剂、木质素磺酸钠、十二烷基硫酸钠、石油磺酸钠、烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的软土渗透固化材料，其特征在于，所述固化剂包括如下重量份数的组分：硅酸盐 5-35份；铝酸盐 5-35份；有机硅5-35份；激发剂5-15份。

6.根据权利要求1~5任一所述的软土渗透固化材料，其特征在于，所述硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾中的至少一种；所述铝酸盐为偏铝酸钠或铝酸钾中的至少一种；所述有机硅为甲基硅酸钠、甲基硅酸钾、十三氟辛基三乙氧基硅烷或正辛基三乙氧基硅烷中的至少一种。

7.一种权利要求1~6任一所述的软土渗透固化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

按比例称取各组分原料并将各组分原料充分混合，即制备得到所述软土渗透固化材料；

或按比例称取各组分原料并将各组分原料充分溶解形成水溶液，即制备得到所述软土渗透固化材料。

8.一种权利要求1~6任一所述的软土渗透固化材料的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述软土渗透固化材料装入储液装置中，通过一端与所述储液装置连通另一端插入软土中的注入管将所述储液装置中的所述软土渗透固化材料注入软土中；

所述软土渗透固化材料在注入压力P_注的作用下注入软土中，注入压力P_注满足：P_注-P_水=0.01MPa~0.05MPa；其中P_水为所述注入管出液口处所在位置的水头压力；

当待固化软土为不含碱土金属元素的软土时，所述渗透固化材料的所述激发剂选自氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种；

当待固化软土为富含碱土金属元素的软土时，所述渗透固化材料的所述激发剂选自EDTA、EDTA-Na₂、葡萄糖酸或柠檬酸中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的软土渗透固化材料的使用方法，其特征在于，所述注入管插入软土中的深度为0.1m~5m；

所述注入管的出液口设置在所述注入管远离所述储液装置一端的端部，或所述注入管的出液口设置在所述注入管的侧壁。

10.根据权利要求9所述的软土渗透固化材料的使用方法，其特征在于，所述注入压力由所述储液装置和所述注入管出液口的水位差产生；或所述注入压力由液压泵提供。