一種低溫施工軟土地基加固和處理的固化劑及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種低溫施工軟土地基加固和處理的固化劑及其制備方法，其組分包括：（1）鋁酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥；（2）脫硫石膏；（3）硅酸鹽水泥；（4）生石灰；（5）調凝劑；（6）填充材料。所述填充材料為粉煤灰、礦渣或鋼渣。該軟土固化劑具有低溫環境下凝結時間短、強度發展快、固化土體積微膨脹的特點，固化后1d即形成主要強度，特別適用于低溫環境下施工的軟土加固和處理，優選所述軟土固化劑的用量為加固土體重量的10%～15%。與現有技術相比，本發明在保證產品性能的同時，能夠減輕脫硫石膏、粉煤灰及礦渣等固體廢棄物由于未被利用對環境造成的嚴重負擔以及處理費用。
【專利說明】一種低溫施工軟土地基加固和處理的固化劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于新材料技術、環保節能【技術領域】，涉及脫硫石膏、粉煤灰、鋼渣等固體廢棄物的利用以及一種低溫施工軟土地基加固和處理的固化劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]軟土加固法因具有技術經濟效益高、對環境無不良影響、施工簡便等優點，在我國軟土地區發展迅速，現已廣泛應用于工業與民用建筑地基加固、道路路基加固、江河堤壩防滲、抗滲加固和深基坑開挖圍護工程，并正在向港口建設、近海工程的海底軟土和疏浚泥土加固等方面發展。常用軟土加固法(深層攪拌法、高壓旋噴法和水泥拌合土法)的加固原理都是將固化劑與軟土充分拌和，利用固化劑與軟土之間發生的一系列物理、化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的固化土。
[0003]固化劑除能在不同環境溫度下使軟土具有一定強度以外，還必須含膨脹性水化產物，該水化物形成過程的體積膨脹能將擠壓、填充土團粒內孔隙，而使固化土強度大幅度提高，避免出現收縮裂縫。目前使用的固化劑多為硅酸鹽水泥和石灰-粉煤灰(二灰土)。然而硅酸鹽水泥作為軟土固化劑時，并不能有效填充固化土中的孔隙，限制了固化土強度的提高；且固化效果受土壤類別的限制，對塑性指數高的粘土、裂土、有機土及鹽潰土固化效果不理想。此外，因硅酸鹽水泥初終凝時間無法調整，尤其在低溫環境下(例如_5°C飛。C下)其凝結時間過長，限制了工程進展；后期干燥收縮較大、易開裂。二灰土在實際使用中的早強性較差，且由于粉煤灰本身特性，使得二灰土的水穩定性差。若在硅酸鹽水泥中摻加一定量的膨脹性組分構成復合型固化劑，膨脹性水化物可有效地填充固化土中孔隙從而使固化土強度成倍提高。但目前關于各膨脹性組分之間的最佳比例、膨脹性組分總體在軟土固化劑中的最佳比例及其確定方法尚不清楚。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種低溫施工軟土地基加固和處理的固化劑及其制備方法，所述固化劑在保證產品性能的同時，能夠利用生成高結晶水的物質消耗土壤中的游離水分，生成的具有高結晶水的膠凝及晶體物質，可堵塞土體中的各種毛細管道，避免滲入水分再次破壞固化土的結構。固化劑中含有的微晶核，通過晶格配備，可在土顆粒空隙中生成針狀結晶體，填充土體縫隙，形成骨架結構(三維空間網狀結構)，提高土體的力學強度及抗滲等性能指標，即使在低溫環境下也能充分保證土體的各項性能。
[0005]本發明提出的一種低溫施工軟土地基加固和處理的固化劑，由鋁酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥、脫硫石膏、硅酸鹽水泥、生石灰、調凝劑和填充材料組成，各組分的重量百分比為:
組份重量百分比
鋁酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥30%~40% ；脫硫石膏20%~30%;
硅酸鹽水泥10%~15% ；
生石灰3%~5% ；
緩凝劑0.5%~2% ；
其余為填充材料，其總重量滿足100%。
[0006]本發明中，所述的鋁酸鹽水泥為CA-50或CA-70級鋁酸鹽水泥；硫鋁酸鹽水泥為72.5R級硫鋁酸鹽水泥；硅酸鹽水泥為P II 52.5R級硅酸鹽水泥。
[0007]本發明中，緩凝劑為葡萄糖、淀粉、六偏磷酸鈉、木質磺酸鹽或檸檬酸鈉中的任一種。
[0008]本發明中，所述軟土固化劑的用量為加固土體重量的10%~15%。
[0009]本發明中，所述軟土固化劑在5°C下60分鐘內凝結，I d即可發揮50%以上的力學強度，且固化土體后期不收縮，土體中不存在收縮裂縫。
[0010]本發明提出的一種低溫施工軟土地基加固和處理的固化劑的制備方法，具體步驟為:按照重量比例稱量后，先利用混合速率為50~150 r/min的混合機將招酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥、脫硫石膏、硅酸鹽水泥、生石灰、調凝劑混合均勻，然后在上述混合機中把上述混合物與填充材料一起混合均勻，即得所需產品。
[0011]本發明涉及的固化劑與土體混合后，一方面，固化劑中脫硫石膏與鋁酸鹽水泥中的鋁酸鈣或硫鋁酸鹽水泥中的無水硫鋁酸鈣反應，迅速生成高結合水且具有膨脹性水化物鈣礬石，不僅可填充固化土中土團粒間孔隙，又可填充土團粒內部孔隙，彌補了低溫環境下水化硅酸鈣凝膠發展過慢的不足，使得低溫環境下土體也具有較快的強度發展；此外，硅酸鹽水泥也會逐步生成水化硅酸鈣凝膠、氫氧化鈣及鈣礬石晶體。又因土體中一般也含有部分鋁質組分，因此鈣礬石的形成部分是由于在硫酸鹽作用下氫氧化鈣和土體的相互作用。這種反應一方面使片狀氫氧化鈣轉化為針棒狀的鈣礬石晶體，有利于固化土強度的提高；同時，加強了土體和水泥骨架間的連接，大大增加了固化土的水穩性和強度。另一方面，粉煤灰等工業廢渣的加入使得后期強度得以持續發展。總體來說，該固化劑有效發揮了硅酸鹽水泥主要水化產物水化硅酸鈣膠凝的特性，又結合了鈣礬石等水化產物的快凝、早強及微膨脹效應。
[0012]與現有技術相比，本發明有效結合了硅酸鹽水泥及鋁酸鹽水泥(或硫鋁酸鹽水泥)的性能優勢，充分保證了低溫環境下土體的凝結時間、強度發展及后期微膨脹性，具有更強的可調控性。此外，綜合利用了利用脫硫石膏、粉煤灰等固體廢棄物，在保證產品性能的同時，能夠減輕了這些固體廢棄物由于未被利用對環境造成的嚴重負擔以及處理費用，具有很好的經濟和社會效益。
[0013]本低溫施工軟土固化劑性能要求如表1所示:
表1低溫((TC)施工軟土固化劑的性能要求
【權利要求】
1.一種低溫施工軟土地基加固和處理的固化劑，其特征在于由鋁酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥、脫硫石膏、硅酸鹽水泥、生石灰、調凝劑和填充材料組成，各組分的重量百分比為:組份重量百分比 鋁酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥30%~40% ； 脫硫石膏20%~30%; 硅酸鹽水泥10%~15% ； 生石灰3%~5% ； 緩凝劑0.5%~2% ； 其余為填充材料，其總重量滿足100%。
2.根據權利要求1所述的低溫施工軟土地基加固和處理的固化劑，其特征在于，所述的鋁酸鹽水泥為CA-50或CA-70級鋁酸鹽水泥；硫鋁酸鹽水泥為72.5R級硫鋁酸鹽水泥；硅酸鹽水泥為P II 52.5R級硅酸鹽水泥。
3.根據權利要求1所述的低溫施工軟土地基加固和處理的固化劑，其特征在于，緩凝劑為葡萄糖、淀粉、六偏磷酸鈉、木質磺酸鹽或檸檬酸鈉中的任一種。
4.根據權利要求1所述的低溫施工軟土地基加固和處理的固化劑，其特征在于，所述軟土固化劑的用量為加固土體重量的10%~15%。
5.根據權利要求1所述的低溫施工軟土地基加固和處理的固化劑，其特征在于，所述軟土固化劑在5°C下60分鐘內凝結，I d即可發揮50%以上的力學強度，且固化土體后期不收縮，土體中不存在收縮裂縫。
6.一種如權利要求1所述的低溫施工軟土地基加固和處理的固化劑的制備方法，其特征在于具體步驟為:按照重量比例稱量后，先利用混合速率為50~150 r/min的混合機將鋁酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥、脫硫石膏、硅酸鹽水泥、生石灰、調凝劑混合均勻，然后在上述混合機中把上述混合物與填充材料一起混合均勻，即得所需產品。
【文檔編號】C04B28/14GK103979914SQ201410218480
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月22日 優先權日:2014年5月22日
【發明者】徐玲琳, 王培銘, 張國防, 李楠, 吳凱 申請人:同濟大學