土壤稳定剂的制作方法

1.本发明涉及用于稳定土壤的方法，并且具体地是用于道路基层(base)或道路底基层(sub-base)的稳定的土壤。


背景技术：

2.耐用路面的建造对道路基底的稳定性和耐久性的依赖程度与对路面本身的稳定性和耐久性的依赖程度一样高。因此，多年来开发了许多技术以通过特别关注道路基质或道路基层的质量来增强道路。例如，采用大量引入碎石和/或压缩土壤基质的方法经常用于提供稳定和耐用的道路基层。
3.然而，此类方法涉及去除有问题的现场土壤并用优质材料代替，或接受现场土壤的特性并设计相应的工程进行补偿。在任一情况下，由于存在不理想的道路基层和/或底基层，修筑此类道路所花费的时间和成本显著增加。
4.基于化学的土壤稳定剂是已知的，但它们在实验室外的有效性往往会限制它们在许多应用特别是在耐用的道路基层和/或底基层的建造中的使用。
5.提供用于稳定道路基层的替代方法将是有利的。


技术实现要素：

6.在第一方面，本发明提供了一种用于稳定一定体积的土壤(例如，界定道路基底层或道路底基层的一定体积的土壤)的方法。所述方法包括将包含一种或多种衍生自椰子油的脂肪酸盐的涂层剂施用于所述土壤，由此所述土壤中的土壤颗粒被所述涂层剂所涂覆。随后，将包含能够与所述一种或多种衍生自椰子油的脂肪酸盐反应的金属盐的固化剂施用于所述土壤，从而形成固化产物，之后将所述土壤压实，由此使涂覆的土壤颗粒固结。
7.本发明有利地提供了一种化学方法，当在一定体积的土壤上实施时，所述化学方法具有稳定土壤的效果，使得能够制造土壤的基本不透水层，其具有针对水分进入的高阻力和足以抵抗交通引起的负载的强大的支撑能力。如下文将更详细描述的，本发明人已发现用于本发明的涂层剂具有极大地促进其涂覆土壤颗粒的能力的物理特性。此外，涂层剂和固化剂的反应产物具有有益于固结且压实的一定体积的经处理的土壤的形成的物理特性。本发明已由发明人成功地在许多实际情况中进行了试验，其中本发明实现的化学和物理特性的组合产生了具有高强度、耐久性和防水性的道路基层。
8.因此，本发明至少为当前的土壤稳定化方法提供了一种替代方案。使用本发明的方法而不是常规的机械结构可以节省大量的时间和金钱，因为通常需要较少的设备和人力。例如，可以降低运输成本，因为涂层剂和固化剂可以以浓缩形式运输并在现场稀释。发明人发现，例如，可以施用200l的涂层剂和100l的固化剂以产生稳定的一定体积的土壤，其具有与使用28卡车容量的碎石制备的道路基层相当的有效性。这样做的经济和环境效益是显而易见的。
9.本发明的方法相对容易实施并且可以使用已经可能在建筑工地找到的设备来实
现。发明人还注意到，在合理的范围内，本发明的实施可以在任何阶段中断，而不必影响所得的稳定的土壤。此外，在至少优选的实施方案中，涂层剂和固化剂都是相对安全的、环境可接受的并且易于处理的。优选地，它们可以是无毒的、无危害的、在储存或使用中不易燃的、无腐蚀性的并且通常对人类和动物无害的。在用固化剂处理之前，涂层剂本身是水溶性的和可生物降解的。
10.所述涂层剂包含一种或多种衍生自椰子油的脂肪酸盐(也被称为“椰子脂肪酸”)。在本发明人试验的一些具体实施方案中(并且在下文中进一步详细描述)，所述涂层剂可以包含衍生自椰子脂肪酸的皂。本发明人已使用的市售椰子脂肪酸的特征在于具有48％的月桂酸、16％的肉豆蔻酸、4％的硬脂酸和其余的其他脂肪酸(4％至10％的己酸、3％至12％的油酸、最多3％的反亚油酸、5％至13％的棕榈酸和4％至8％的辛酸)的混合物。
11.本发明人已经证明了衍生自椰子油的脂肪酸盐特别适用于本发明，因为它们已被发现具有粘性和韧性，可在施用了涂层剂的整个一定体积的土壤中均匀地涂覆土壤颗粒。其中的铝盐也是完全不可溶的。
12.在一些实施方案中，所述一种或多种脂肪酸盐可以是脂肪酸的钠盐和/或钾盐。脂肪酸皂具有润滑性，本发明人认为这种润滑性通过促进溶胶颗粒在压实过程中相对于彼此的运动，可以显著有助于一定体积的土壤的固结。如下文将描述的，在一些实施方案中，使用衍生自椰子油的脂肪酸的钠盐和钾盐被发现为试剂提供了比单独使用一种盐时更好的性能。
13.所述固化剂包含一种或多种金属盐，或者，在一些实施方案中，由一种或多种金属盐组成，所述一种或多种金属盐可以与一种或多种椰子脂肪酸的盐反应，从而最终形成固化产物(即，其结合了土壤颗粒)。本发明人已经发现，涂层剂和固化剂(以及因此夹带的土壤颗粒)之间形成固化产品的反应不会立即发生，而是通过具有油灰状稠度的中间产品发生。在此期间的土壤的压实将中间产物挤压到土壤颗粒之间的间隙空间中，置换空气和水，随后在该处固化。本发明人已经发现该固化产品在实验室内外都具有显著的硬度、防水性和耐用性。事实上，下面描述的数据清楚地证明了本发明的现实适用性。
14.在一些实施方案中，所述固化剂可以包含铝盐，例如硫酸铝。在所述涂层剂包含椰子脂肪酸的钾盐和钠盐的混合物的实施方案中，例如，用金属盐溶液处理已经施用了所述涂层剂的一定体积的土壤使得所述涂层剂不可溶。
15.在一些实施方案中，所述涂层剂可以以还包含分散剂的液体组合物的形式提供。例如，本发明人发现，乙二醇单硬脂酸酯的添加进一步促进了所述试剂在整个所述一定体积的土壤中的分散。
16.在一些实施方案中，所述涂层剂可以以还包含醇(例如2-丙醇)的液体组合物的形式提供，醇可以有助于降低所述试剂的倾点并有助于防止其在储存期间固结。
17.在一些实施方案中，所述方法还可以包括在施用所述固化剂之前将一种或多种附加材料混合到所述一定体积的土壤中的步骤。通常，所述附加材料将在施用所述涂层剂之前混合到所述一定体积的土壤中，此时可能会发生其他物理混合步骤，尽管情况不一定总是如此。例如，所述附加材料可以选自以下材料中的一种或多种：碎废塑料(shredded waste plastic)、沙子、骨料和碎玻璃(crushed glass)。可以理解的是，这样的实施方案可以为原本会是废品的材料提供有益的用途，或者可以产生甚至更稳定的表面。
18.在一些实施方案中，所述方法还可以包括将石灰添加到所述一定体积的土壤中的步骤。这种添加可以进一步稳定所述土壤并改善其机械性能(尤其是重粘土)。
19.本发明可以用于任何土壤类型，特别是粘土。
20.在第二方面，本发明提供了一种用于稳定土壤的试剂盒，所述试剂盒包括第一容器和第二容器。所述第一容器包括涂层剂，所述涂层剂包含一种或多种衍生自椰子油的脂肪酸盐，并且当所述涂层剂施用于土壤时，涂覆所述土壤中的土壤颗粒。所述第二容器包括固化剂，所述固化剂包含能够与所述一种或多种衍生自椰子油的脂肪酸盐反应的金属盐，并且当所述固化剂施用于土壤时，使得涂覆的土壤颗粒固结并因此得到本文所述的土壤稳定效果。
21.在一些实施方案中，本发明的第二方面的试剂盒可以用于本发明的第一方面的方法中。
22.在第三方面，本发明提供了一种组合物，其包含一种或多种衍生自椰子油的脂肪酸盐、醇和分散剂，当所述组合物在本发明的第一方面的方法中用作凝结剂时。在一些实施方案中，所述一种或多种衍生自椰子油的脂肪酸盐可以如本文在本发明的方法的上下文中所述的一样。
23.在一些实施方案中，本发明的第三方面所述的组合物可以包含在本发明的第二方面所述的试剂盒的所述第一容器中。
24.下面将描述本发明的其他方面、实施方案和优点。
具体实施方式
25.一般而言，本发明涉及土壤的稳定化，特别强调了用于道路建设的土壤底基层的制备。本发明还涉及相对容易制造且价格低廉并且在诸如道路工程等应用中有助于土壤的稳定化的液体制剂。
26.因此，本发明提供了一种用于稳定一定体积的土壤的方法。所述方法包括将涂层剂(下文描述的)施用于土壤，由此该土壤中的土壤颗粒被涂层剂涂覆，然后将能够与涂层剂反应从而形成固化产品的固化剂(下文描述的)施用于该土壤。最后，压实该土壤，并且使涂覆的土壤颗粒固结。
27.本文将主要在用于稳定界定(例如将用作)道路基层或道路底基层的一定体积的土壤的背景下描述本发明的方法。然而，应当理解的是，所述方法也可以用于在各种土壤处理和稳定情况中达到类似的效果。例如，所述方法可以用于密封的停车场、车道、机场、简易机场、游乐场、网球场等的建造。
28.此外，本发明还可以用于稳定不被铺路材料覆盖但仍需要比未经处理的表面所能提供的耐久性更好的耐久性的表面。此类表面的实例包括路肩、泥土的或“未密封的”内部道路和辅助道路、非封闭的停车场、非封闭的简易机场、密集的牛饲养场、垃圾场、水库、水坝、水道、堤岸等。实际上，本发明人期望本发明将在土壤稳定化是被需要的或将是有益的任何情况下均适用。
29.如上所述，本发明提供了一种用于稳定一定体积的土壤(例如，定义了道路基层或道路底基层的一定体积的土壤)的方法。所述方法包括将涂层剂(例如，包含涂层剂的液体组合物)施用于土壤，使得已施用所述剂的一定体积的土壤中的土壤颗粒被所述试剂涂覆。
随后，将固化剂施用于土壤，所述固化剂能够与涂层剂反应，该反应使得涂覆的土壤颗粒团硬化。在这些反应进行的同时压实土壤会使得涂覆的土壤颗粒的固结(使得存在于土壤颗粒之间的间隙空间中的空气和水被置换)，并最终产生适合包括例如作为道路基层或底基层的用途的稳定的土壤。
30.本发明特别适合用于劣质粘土，使它们被转化为坚硬的、不透水的基质。本发明提高了处理过的土壤对水的毛细作用上升而流入的抵抗能力，这种流入如果不加以控制就会引起土壤颗粒的分离并可能导致颗粒在压力下的流体流动。已经发现处理过的土壤即使在高负载条件下也能保持其承载能力，甚至在存在水分的情况下也是如此。
31.下面将更详细地描述本发明方法的特征和由此产生的土壤稳定效果。
32.涂层剂
33.所述涂层剂包含一种或多种衍生自椰子油的脂肪酸盐(在本文中也被称为“椰子脂肪酸”)，并且可以以能够涂覆施用了所述试剂的一定体积的土壤的土壤颗粒的很大一部分的任何形式提供。涂层剂的流变特性使其能够流过土壤颗粒，从而分散在所述一定体积的土壤的大部分中。所述试剂还具有使土壤颗粒在其上保留薄涂层的韧性。
34.所述涂层剂还必须能够与固化剂反应以固化、硬化或以其他方式产生本文所述的功能效果和土壤稳定化。主要是涂层剂与固化剂反应以引起土壤颗粒的固结。
35.所述涂层剂可以液体或固体形式提供，并且可以以准备好施用于土壤的形式或以需要在施用前稀释或分散成液体的浓缩物形式提供。
36.衍生自天然油的脂肪酸倾向于包含相对一致的脂肪酸混合物。尽管仅包括一种脂肪酸的涂层剂可能是有效的，但本发明人已经发现包括脂肪酸混合物的涂层剂能赋予更好的功能，例如更具有韧性、更容易处理和更快固化。
37.本发明的涂层剂包含一种或多种衍生自椰子油的脂肪酸盐。此类脂肪酸包括至少月桂酸、肉豆蔻酸和硬脂酸的混合物。已经发现椰子脂肪酸是特别合适的，因为它自由流动的且相对具有韧性，并且其铝盐是完全不可溶的。
38.可以使用本文所述的任何脂肪酸盐，只要本发明的效用没有受到不利影响(例如，由于溶解性或毒性问题等)。通常，一种或多种脂肪酸盐是脂肪酸的钠盐或钾盐，这些是工业中常用的盐(脂肪酸的钠盐或钾盐通常被称为脂肪酸皂)。本发明人已经发现椰子脂肪酸皂赋予了一定体积的土壤的润滑性，如上所述，这可能有助于一定体积的土壤的固结，因为它促进了溶胶颗粒在压实过程中相对于彼此的运动。
39.在某些情况下，使用一些脂肪酸的钠盐和钾盐的组合可能是有利的，这取决于使用本发明的土壤类型。例如，与椰子脂肪酸的钠皂和钾皂的混合物相比，仅使用椰子脂肪酸钠皂会产生一种相对柔软的皂，并且对于某些土壤类型，它可能无法牢固地保持住土壤颗粒。另一方面，椰子脂肪酸钾皂在浓缩形式时可能会结块，并且可能不像椰子脂肪酸钠皂和椰子脂肪酸钾皂的混合物那样分散。本领域技术人员有能力使用来自给定地点的土壤样本来进行基于实验室的试验以确定最合适的涂层剂形式。
40.通常，所述涂层剂将形成施用到一定体积的土壤上的液体组合物的一部分。与典型的工业实践一致，这种液体组合物通常被称为“a部分”液体组合物(固化剂是“b部分”组合物)。在这样的实施方案中，所述液体组合物可以由涂层剂组成或包含涂层剂，任选地与可以赋予所述组合物有利功能的其他组分组合。
41.在这样的实施方案中，脂肪酸盐在液体组合物中的比例的范围可以为低至约10％(重量/重量)至约100％(重量/重量)。在一些实施方案中，例如，脂肪酸盐可以构成约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％(重量/重量)的液体组合物。通常，脂肪酸盐构成10％至30％，例如15％至25％或17％至22％的液体组合物。在这样的实施方案中，液体组合物中脂肪酸盐的比例可以是液体组合物的约15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％或22％(重量/重量)。
42.如上所述，包含涂层剂的a部分液体组合物还可以包括附加组分，前提是这些组分不会对涂层剂的功能产生不利影响。
43.在一些实施方案中，a部分液体组合物还可以包含醇。向涂层剂中添加醇可以提供有益的流变效应，例如降低试剂的倾点并防止其在储存期间固结。合适的醇包括2-丙醇和乙醇。当存在时，a部分液体组合物中的醇的比例范围可以为低至约1％(体积/体积)至高达约3％(体积/体积)。在一些实施方案中，例如，所述液体组合物可以包含约1％、1.5％、2％、2.5％或3％(体积/体积)的醇。
44.在一些实施方案中，a部分液体组合物还可以包含分散剂。添加分散剂可以提供有益效果，例如更有效地将涂层剂分散到处理中的一定体积的土壤中。合适的分散剂包括例如乙二醇单硬脂酸酯、醇乙氧基化物和山梨醇酐单硬脂酸酯。当存在时，a部分液体组合物中分散剂的比例的范围可以为低至约1％(体积/体积)至高达约4％(体积/体积)。在一些实施方案中，例如，所述液体组合物可以包含约1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％或4％(体积/体积)的分散剂。
45.固化剂
46.所述固化剂能够以这样的方式与涂层剂反应，从而使涂覆有涂层剂的土壤颗粒最终由于它们已经被压实并发生固化而发生固结。所述固化剂是以使其与涂层剂反应以在涂覆的土壤颗粒周围产生固化产物从而使土壤颗粒固结的形式、量和条件提供的。随后的土壤压实得到本文所述的土壤稳定效果。
47.所述固化剂包含金属盐，所述金属盐可以与上述一种或多种脂肪酸盐反应，从而形成包括土壤颗粒的稳定物质。本发明人发现，当固化剂包含衍生自椰子油的脂肪酸皂时，金属盐是非常有效的，例如铝盐，特别是硫酸铝(其很容易获得、相对便宜且环境友好，并且是高度可溶的)。
48.所述固化剂通常以“b部分”液体组合物的形式提供并单独施用于土壤(如下文将更详细地描述的)。所述固化剂需要与涂层剂分开存放，以防止过早反应。如果使用相同的设备施用两种试剂，则必须小心地彻底清洗该设备。通常选择b部分液体中固化剂的浓度，以便在现场施用a部分：b部分的简单体积比(例如，2份的“a部分”和1份的“b部分”)。
49.同样，所述固化剂可以浓缩液体或固体形式提供，准备用于稀释和施用于土壤。
50.附加材料
51.在一些实施方案中，将一种或多种附加材料(反应性或非反应性)结合到本发明的方法中可能是有利的，如果这样会提供有益效果并且不会有害地影响本发明的性能。
52.这种土壤可能具有增强的强度或其他特性(例如防水性)、增加的体积和/或摩擦特性。然而，将所述附加材料加入土壤的益处可能只是将原本打算进入垃圾填埋场的产品重新利用。所述附加材料的实例包括碎废塑料、沙子、骨料和碎玻璃。
53.例如，可以在施用所述固化剂之前将附加材料混合到所述一定体积的土壤中，以便结合到土壤中。然而，附加材料通常会在施用涂层剂之前混合到所述一定体积的土壤中，以确保随后施用的涂层剂均匀地分散在整个所述一定体积的土壤中。
54.在一些实施方案中，可以将石灰添加到所述一定体积的土壤中，以帮助进一步稳定土壤并改善其机械性能(尤其是重粘土)。
55.将包含涂层剂的液体组合物施用于土壤
56.在本发明方法的一个实施方案中，例如，可以将包含涂层剂的“a部分”液体组合物施用于土壤，使得土壤中的土壤颗粒被涂层剂所涂覆。
57.a部分液体组合物可以以任何有效地使涂层剂与土壤颗粒接触的方式施用于土壤。鉴于建筑工地的性质和目前可用的设备，将组合物喷洒在土壤上是本发明人目前设想的最实用的方法。
58.本发明人指出，用于喷洒a部分组合物(以及实际上是固化剂)的合适设备是水车(优选地，配备有泵)，其能够使液体作为喷雾均匀地分布在表面上。使用时，应在水车中置入足量的水，并根据现场土壤的相关实验室测试(如下所述)所确定的量来添加涂层剂(等)。然后加入水以构成a部分组合物(水必须不含盐、酸和有机物，以防止污染或过早反应)。在车中混合后，将液体尽可能均匀地喷洒在土壤的顶面上。理想情况下，喷洒应该从边缘向中心进行，并且应该一直进行直至达到合理均匀的覆盖范围。
59.a部分组合物可以“按原样”施用于土壤，或者在施用组合物之前可以对所述一定体积的土壤进行扰乱。例如，在道路基层建造中，本发明人设想首先使待处理的土壤平整(tined)或松散，然后用a部分组合物喷洒。为了在处理之前破坏或撕裂现有的道路基层，可以使用例如配备有松土机和刀片的自动平地机。在一些实施方案中，可以根据工程要求将待处理区域平整至正确的路线和水平，之后对土壤进行松土和粉碎。
60.一旦施用，a部分组合物可以简单地沉入一定体积的土壤中，或者，组合物可以物理混合到一定体积的土壤中。这种混合将确保涂层剂(和任何其他组分)更均匀地分布在整个一定体积的土壤中，这可能是有益的。同样，在道路建造环境中，可以在喷洒后使用粉碎机/混合机(例如松土拌和机)或其他合适的粉碎设备(例如圆盘犁)将涂层剂(和固化剂)混合到土壤中。
61.在涂层剂(或固化剂)以固体形式或作为浓缩物提供的实施方案中，所述方法还将包括在涂层剂应用于土壤之前，将其混合到一定体积的水中的步骤(即，为了生产a部分组合物)。
62.应用包含固化剂的液体组合物
63.在本发明的方法中，将固化剂应用于涂覆的土壤颗粒上，这最终引起土壤颗粒固化成硬化块。
64.与上述关于涂层剂的描述类似，可以将固化剂喷洒到一定体积的土壤的顶部，然后物理混合到一定体积的土壤中。这种施用确保了整个一定体积的土壤的基本均匀性，以及最终一致的结构特性。
65.在具体的实施方案中，例如，可以通过将固化剂添加到预定体积的水中(例如，根据下文描述的实验室研究所计算的)，在另一个车中制备溶液。然后将含有固化剂的“b部分”液体组合物尽可能均匀地施用于土壤。如果此车与施用涂层剂的是同一辆，则必须在使
用之间仔细清洗每种溶液，以免它们之间发生导致喷嘴堵塞的化学反应。然后可以再次使用松土拌和机将固化剂混合到土壤/稳定剂的混合物中。
66.然后可以对土壤进行最终的水分含量检查。如果水分含量高，则土壤可能是同空气混合的，而如果水分含量低，则可以添加水。方便的是，加入的水可以是以另外的b部分溶液的形式，因为过量的固化剂是无害的并且会确保所有的涂层剂都能得到有效处理。
67.所述方法还包括在将固化剂施用到涂覆的土壤颗粒之后压实所述一定体积的土壤。可以使用任何合适的设备来完成这种压实。例如，各种重量的羊蹄压路机，无论是静态的还是振动的，可以用于在最终平整之前压实土壤。最终的平滑可以通过轮胎式压路机来完成。强烈建议使用具有足够动力以接收和驱动任何非自动化设备的轮胎式拖拉机。
68.当施工时，滚压操作应沿边缘开始并纵向进行，每个通道在直线段上平行并朝中心靠近，在弯曲段中从内边缘到外边缘，以使辊在每个通道中均匀地覆盖平行于道路轴线的前一个通道宽度的至少一半。在无法进行滚压的区域，或不建议使用辊的区域，应使用特殊的夯锤来实现压实。
69.完成的层应平整且无凸起、凹陷或车辙。如果不满足这些条件，路面可以被重新松土、粉碎、加湿和重新滚压。以这种方式对土壤进行的再加工实际上可以在任何时候进行，只要充分考虑如前所述的粉碎、加湿和滚压。
70.最终的表面精加工的进行应使用自动平地机，其仅以切削操作工作，不允许留下任何松散的材料或小的堆积物。使用轮胎式压路机完成滚压。为了最大限度地减少对已完成路面的磨损，建议根据需要应用适当的磨损层(即，饰面层)。
71.土壤预测试和评估
72.使用本发明的土壤稳定化使土壤现有特性的增强，从而产生能够更好地满足道路基层或底基层要求的新场地材料。然而，在施用于特定地点之前，应进行测试以确定所需的处理比例。
73.不希望受理论束缚，本发明人预期由于试剂的阳离子性与土壤颗粒的阴离子性静电结合，使得土壤中的颗粒(尤其是粘土颗粒)固结，从而使工程特性出现改善。实际上，粘土颗粒絮凝并结团，并且它们“凝聚”在一起或结团成更大的聚集体。有鉴于此，在实施本发明的方法之前，应考虑到待处理的土壤中的粘土、淤泥、沙子和砾石的比例。
74.如atterburg极限值和最大干燥压缩强度所示，土壤的内聚收缩、膨胀和可压缩性主要与粘土部分的数量和性质有关。atterburg极限提供了材料作为固体、半固体或流体的水分范围。因此，涂层剂和固化剂的添加的最佳比例可以基于粒度分布(粘土与淤泥的比例)和atterburg极限标准。
75.因此，在对一定体积的土壤实施本发明之前，通常需要对土壤本身进行表征。土壤调查提供了有关工作现场处土壤类型的位置和分布以及土壤中存在的水分环境的信息。可以收集每种土壤类型的代表性样本用于实验室测试，并使用标准土壤程序准备其剖面。应采集足够的样本以充分表征每一层土壤剖面的工程特性。
76.示例性程序将涉及分类测试，例如粒度分布、塑性极限和液限(即atterburg极限)和负载阻力(例如加州承载比(cbr))，以及使用proctor测试建立的水分密度关系。在proctor测试中，获得了天然土壤材料的最大干密度和最佳含水量。其他测试程序例如texas’triaxial会有助于表征材料。
77.此外，如果有必要，确定ph、盐度和有机物质含量等值的测试会有助于检测有害成分的存在。
78.此外，还可以对已经根据本发明的方法处理过的土壤样本进行测试，以提供土壤的改进的负载阻力、抗水性或其他增强的特性的测量。可以进行强度测试(例如cbr或texas’triaxial)以验证是否已实现所需的改进。尤其是加州承载比(cbr)，是本领域公知的测试，通常用作材料抗穿透性的测量。
79.在进行建议的常规定量测试之前，对涂层剂和/或固化剂的有效性进行定性评估以确定最小剂量率也可以被认为是合适的。这可以通过一下方式有效地进行：在proctor式压实模具中模制未处理的和处理过的材料，让样本干燥24小时，然后将它们放入约25mm的水中。
80.例如，在改进的proctor测试中，可以将土壤样本用不同百分比的涂层剂和固化剂处理，然后压实成圆柱形。然后将它们与未处理的样本一起放入一盘水中。在典型的测试中，未处理的样本很快就会饱和并沉到水盘的底部。
81.处理过的样本的稳定性也可以用于确定添加剂的正确比例。例如，当试样保持稳定、显示出一定的抗断裂性并且内部水分含量在最佳值附近时，即获得令人满意的结果。当测试样本放入水中时，应比较产生的毛细作用上升和任何的软化、膨胀、开裂或样本变质。
82.应当注意的是，如果土壤具有高粘土浓度，它们可能难以混合，并且可能需要更高量的涂层剂(以及相应的固化剂)以显著改变特性。例如，在实践中，仅使用涂层剂和固化剂可能无法稳定液限大于约50的粘土。然而，应该可以在用钙浆预处理(改性)之后使这种重粘土稳定，因此在一些实施方案中，本发明可以包括适当的预处理或土壤调理步骤，其可以，例如，减少土壤的塑性，使土壤更具有可加工性。
83.在准备在现场应用本发明的方法时，应当确定选定地点的自然水分水平。这可以通过快速测试或用其他适当的测试设备来完成。然后可以根据先前进行的实验室研究(proctor测试)，通过从最佳值中减去自然水分含量来确定以百分比表示的待添加的水量。
84.待处理的土壤总体积可以由估计的预期处理深度的现场计算来确定。然后根据proctor测试提供的总体积和最大干表观比重来计算干土壤的总质量。然后，可以利用最佳水分含量和自然水分含量之间的差异，并将该数字乘以上述确定的待处理土壤的总质量，来确定待添加的a部分溶液和b部分溶液的涂层剂和固化剂的总量。这可以用以下公式方便地表示：
85.所需的总水量＝103(d x t)[(r
–
m)/100]升/平方米
[0086]
其中：
[0087]
d＝土壤密度(吨/立方米)
[0088]
t＝路面厚度(米)
[0089]
r＝最佳水分含量(以百分比表示)
[0090]
m＝土壤水分含量百分比(现场测试)
[0091]
当如此获得待添加的总水量时，优选将其以60：40的比例分成两部分。第一部分是用于添加涂层剂(即a部分)的载体，而第二部分是用于添加固化剂(即b部分)的载体。
[0092]
待添加到每个相应部分的浓缩的涂层剂和固化剂(例如作为粒状盐)的量由实验室分析确定如下：
[0093]
涂层剂的量＝103(d x t)[c/100]升/平方米
[0094]
其中：
[0095]
c＝实验室报告要求的浓缩的涂层剂/固化剂的添加百分比
[0096]
d＝土壤密度(吨/立方米)
[0097]
t＝路面厚度(米)
[0098]
已经发现固化剂的量等于涂层剂当量重量的约20％是有效的。
[0099]
出于说明的目的，下面将描述本发明的具体实施方案。示例性方法使用包含被本发明人称为“cb230419”的涂层剂的a部分液体，该涂层剂是来自供应商例如redox chemicals的椰子脂肪酸并且其包括月桂酸、肉豆蔻酸和硬脂酸作为主要成分。然后可以通过将椰子脂肪酸与碱(在这些实施方案中为氢氧化钠和氢氧化钾)和分散剂和醇混合，在a部分液体中制备脂肪酸皂，如下所述。
[0100]
a部分液体中所含的涂层剂可以直接倾注或喷洒在土壤基质上。在用包含硫酸铝形式的固化剂的b部分溶液处理后(其与a部分中的皂反应生成不溶性铝皂)，所得的油灰状组合物具有稳定土壤基质的效果，并且一旦土壤被压实和固结，其对浸出是不渗透的，从而有效地在(随后建造的)路面下方提供稳定的防水层。这种处理使构成土壤的细粒或颗粒固结并保护其免受水的有害影响。
[0101]
处理过的土壤层获得了足够强的支撑能力，通过减少土壤膨胀和增加其承载能力来抵抗交通引起的负载。最重要的是，发明人发现这些特性不会随时间而改变。
[0102]
用于形成两种示例性a部分制剂的组合物和方法如下表1所示：
[0103]
表1-a部分制剂
[0104]
工艺步骤
[0105]
1.将椰子脂肪酸加热至60℃至65℃并保持在该温度直至带电荷
[0106]
2.加水清洗干净的容器
[0107]
3.慢速搅拌
[0108]
4.慢慢添加氢氧化钠
[0109]
5.慢慢添加氢氧化钾
[0110]
6.混合5分钟或直至完全溶解且溶液澄清
[0111]
7.确保容器内容物处于50℃至90℃(例如85℃至87℃)
[0112]
8.将椰子脂肪酸缓慢加入至容器中
[0113]
9.如果需要，将温度调节到85℃至87℃并缓慢混合
[0114]
10.保持85℃至87℃的温度30分钟，确保混合物均质。
[0115]
11.添加egms
[0116]
12.混合15分钟
[0117]
13.确保混合物均质
[0118]
14.根据astm d460测量ph值，并且如果需要，用50％氢氧化钠调节至8.5至9.0
[0119]
15.取样，并根据astm d460用0.1m hcl滴定
[0120]
16.继续搅拌并将混合物冷却至30℃
[0121]
17.添加染料(如果需要——例如，在视觉上指示a部分的组合物的施用位置)
[0122]
18.加入2-丙醇
[0123]
19.搅拌10分钟
[0124]
20.取样以确保混合物均质。
[0125]
必要时，可以通过添加另外的氢氧化钠(适合以50％溶液的形式)将ph调节至8.5至9.0的范围。合适的染料是约0.001重量％的亮蓝fcf supra。
[0126]
包括根据上述方法制造的涂层剂的浓缩的a部分液体制剂的特征如下：
[0127][0128]
本发明还涉及用于稳定土壤的试剂盒，所述试剂盒包括第一容器和第二容器，其中：
[0129]
所述第一容器含有涂层剂，所述涂层剂包含一种或多种衍生自椰子油的脂肪酸盐，并且当所述涂层剂施用于土壤时，其涂覆所述土壤中的土壤颗粒；以及
[0130]
所述第二容器含有固化剂，所述固化剂包含能够与所述一种或多种衍生自椰子油的脂肪酸盐反应的金属盐，并且当所述固化剂施用于涂覆的土壤颗粒时，引起所述涂覆的土壤颗粒固结。
[0131]
本发明还涉及一种组合物，当将所述组合物用于本文所述的本发明方法时，所述组合物包含一种或多种衍生自椰子油的脂肪酸盐、醇和分散剂。所述一种或多种脂肪酸盐、醇和分散剂可以例如是上文在本发明方法的上下文中描述的那些。例如，所述组合物可以用作上述方法中的涂层剂。
[0132]
本文描述了一种用于稳定土壤以用于道路等的建设的方法，其中将包含脂肪酸或天然油的可溶性皂的稳定剂施用于土壤(其中不使用铺路材料)或施用于土壤基质(在铺设需要的路面之前)。然后用包含金属盐的中和溶液原位处理稳定剂以使其不可溶。
[0133]
实施例
[0134]
现在将描述根据本发明的具体实施方案的实施例。
[0135]
实施例1
[0136]
以下实施例说明了根据本发明的浓缩的a部分液体的各种制剂。
[0137]
在所有实施方案中，b部分液体制剂包括硫酸铝。
[0138][0139]
已经使用多种标准程序在广泛的澳大利亚土壤样本上对具有制剂e并根据上述工艺步骤制造的浓缩的液体道路基层稳定剂进行了测试。从澳大利亚各地的不同地点获得了5kg的土壤样本。下面提供了其中一些实验室测试的结果：
[0140]
试验1
[0141]
样本:砂壤土
[0142]
[0143]
试验2
[0144]
样本:布雷瓦里纳土壤
[0145][0146]
试验3
[0147]
样本:伯克土壤
[0148][0149][0150]
试验4
[0151]
样本:温莎土壤
[0152][0153]
试验5
[0154]
样本:巴特曼斯湾土壤
[0155][0156]
在每种情况下，都可以看出，通过土壤的cbr测量，出现了令人满意的土壤稳定性，该值远高于土壤的自然稳定性，并且适用于道路基层。
[0157]
实施例2
[0158]
在澳大利亚悉尼地区的一个未封闭的道路基层进行了现场试验。将在水中稀释的具有上表1所列出的制剂2形式的涂层剂的a部分组合物以及溶解在水中的包含硫酸铝的b部分组合物以上述方式应用于道路基层并放置3天，在此期间经历了相当持续的降雨。
[0159]
然后使用标准圆锥贯入仪试验(cpt)对道路基层的三个部分(道路左侧和右侧以及中间)进行测试，该测试提供了表面的相对强度和稳定性的指示。贯入仪结果如下表2所示。
[0160][0161]
表2-cpt结果
[0162]
可以看出，根据本发明处理的道路的中心和右侧在处理的深度以及下方显示出非常相似的强度。道路左侧的处理深度较弱，发明人怀疑这一侧很可能没有像道路的中心和对侧那样被最佳处理。
[0163]
表2中的数据清楚地表明，根据本发明处理的道路基层相对于阴性对照(即未处理的道路)具有显著的强度增加。具体来说，在150mm深度处，经过适当处理的道路区域比未处理的道路强度提高了100％，在300mm深度处，经过适当处理的道路区域的强度是未处理的道路强度的400％，在深度大于300mm时，经过适当处理的道路区域的强度是未处理的道路强度的200％至300％。
[0164]
如上所述，该测试是在相当连续地降雨3天后进行的，其测试了根据本发明制备的道路基层的防水性，在数据中可以清楚地看到该防水性对道路强度的影响。
[0165]
本发明的实施方案提供了用于稳定一定体积的土壤的方法，并且其可以具有以下优点中的一个或多个：
[0166]
·
通过使用本发明的方法，可以节省大量时间和金钱。一般来说，需要的设备和人力较少。该工艺很容易应用。
[0167]
·
稳定的土壤的防水性提高了道路基层的使用寿命，尤其是在降雨量大的地区。
[0168]
·
减少了沙质土壤基层中的道路滑移(液化)。
[0169]
·
可以在多个阶段中断施工，而不会影响最终结果。如果情况需要，可以移除和更换处理过的层。
[0170]
·
所使用的产品通常是安全的、环保的且易于处理的。它们通常是无毒的、无危害的、在储存或使用中不易燃的、无腐蚀性的且通常对人类和动物无害。在用固化剂处理之前，涂层剂本身也可以是水溶性的和可生物降解的。
[0171]
·
运输成本最小化，因为所述试剂可以以浓缩形式运输并在现场稀释。
[0172]
本发明领域的技术人员将理解，在不背离本发明的本质和范围的情况下，可以进行许多修改。
[0173]
应当理解，本文提及的任何现有技术出版物并不构成对该出版物形成了本领域公知常识的一部分的承认。
[0174]
在随后的权利要求和本发明的前述描述中，除非上下文由于表达语言或必要的含义而另有要求，“包含”一词或诸如“包含(comprises)”或“包含(comprising)”的变体均以包容性的意义使用，即指定所述特征的存在，但不排除本发明的各种实施方案中的进一步特征的存在或添加。