CN101250034A - 一种地质聚合物土壤固结注浆材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种地质聚合物土壤固结注浆材料，由粉煤灰、矿渣、钢渣、高钙粉煤灰、碱性激发剂、非极性碱性表面活性剂和水组成。其中，所述非极性碱性表面活性剂由人或动物的毛发与氢氧化钠反应得到；所述水的pH值大于6.5。本发明的地质聚合物土壤固结注浆材料早期强度高、具有良好的水稳定性、流动性、抗冻性、耐久性等优点，同时具有生产成本低，减少环境污染的特点。

Description

一种地质聚合物土壤固结注浆材料
技术领域
本发明涉及一种注浆材料，更具体地说是涉及一种用于道路土路基注浆加固的地质聚合物土壤固结注浆材料。
背景技术
近年来市政、公路建设的飞速发展，交通流量和轴重迅速增加，市政道路和公路经过一段时间的使用后，会产生沉陷、翻浆、裂缝等各种结构性缺损。现有的维修技术主要是对道路面层进行重新处理或道路结构翻挖重筑，需要较长时间的交通封闭；面层处理无法根治病害，翻挖重筑工程造价高、且环境污染及社会影响均较大，因此采取非开挖、能迅速开放交通的维修技术是社会的需要。采取注浆非开挖技术的重要内容之一是注浆材料，特别是对有缺陷的土路基注浆后能重新稳定并提高承载能力是注浆非开挖维修技术的关键，也是确保道路正常运营的主要方面。
目前道路注浆的材料主要为无机、有机两大类，其中无机类以水泥、粉煤灰、水玻璃浆材等为主，这些材料的缺陷主要是需水量大、渗透性差、注入能力有限、与土体无化学反应道路土基固结稳定性差；有机类以环氧树脂类、聚胺酯类等为主，这些材料的缺陷主要是具有一定的毒性、对环境污染大且价格昂贵，所以道路土基加固中基本不用。
中国专利申请CN2004100156961公开了一种地质聚合物土壤固结注浆材料，以解决土路基稳定性差和承载能力低的问题，其特点在于通过对粉煤灰、矿渣、钢渣的配料中掺入一定量的由硅酸钠或硅酸钾组成的碱性激发剂，使粉煤灰、矿渣等具有潜在活性的凝胶材料充分反应，同时还可以促使土壤中硅氧四面体和铝氧六面体等矿物质发生交链反映，提高其聚合度，使注浆材料结构致密，从而导致其土壤固结体的早期强度提高和后期强度的稳定性，但是该注浆材料使用的水量仍偏大。
由于用水量对早期的强度影响非常大，因此在实际使用和操作的过程中，必须严格控制注浆材料的PH值和用水量，以使注浆材料达到最佳的使用效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的地质聚合物土壤固结注浆材料，以解决土路基稳定性差和承载能力低的问题，克服现有技术的缺陷。
本发明所采用的的技术方案如下：
本发明所提供的地质聚合物土壤固结注浆材料的组成为：干粉混合料、非极性碱性表面活性剂溶液和水；所述的干粉混合料包括粉煤灰、矿渣、钢渣、高钙粉煤灰和碱性激发剂，其中碱性激发剂为固体硅酸钠或固体硅酸钾；所述的非极性碱性表面活性剂溶液由人或动物的毛发和氢氧化钠溶液配制而成；所述的水为纯水或工业用水。
上述非极性碱性表面活性剂溶液由动物毛发和重量百分比浓度为2.5～15％氢氧化钠溶液配制而成，其中每100克氢氧化钠溶液中加入人或动物毛发3～25克。
上述干粉混合料组成按重量百分比计为：
粉煤灰     0～65％，
矿渣       15～60％，
钢渣       5～35％，
高钙粉煤灰 4～10％，
碱性激发剂 5～15％；
每100克干粉混合料中，加入非极性碱性表面活性剂溶液1～10g，加入水20～30g。
使用高钙粉煤灰有助于提高浆体强度和土壤固结体的早期强度，但当其中的游离氧化钙含量低于2.8％(w/w)时，高钙粉煤灰的早强效果不明显，当游离氧化钙的含量过高时，则会引起浆体体积膨胀，影响土壤固结体体积的稳定性。
粉煤灰的活性取决于其中二氧化铝和三氧化二铝的含量，本发明土壤固结注浆材料中粉煤灰所含的二氧化铝和三氧化二铝的总量应不小于70％(w/w)。
水是注浆材料的必须反应物之一，其PH值应大于6.5，同时由于用水量对早期强度影响非常大，因此在实际使用过程中，必须严格控制本发明地质聚合物土壤固结注浆材料的PH值和用水量，以达到最佳的使用效果。
浆体颗粒细度越小，其渗透性越好，强度越高，本发明综合渗透性及强度效果和制备成本因素，确定本发明地质聚合物土壤固结注浆材料的原料的细度必须控制到通过45um筛的数量超过90％。
上述地质聚合物土壤固结注浆材料的固体干粉配方中，各组份的细度要求达到通过45um筛的数量超过90％。粉煤灰中二氧化硅和三氧化二铝的总量大于70％(w/w)；高钙粉煤灰中游离氧化钙的含量为2.8～12％(w/w)；碱性激发剂是本发明地质聚合物土壤固结注浆材料的关键组份，由硅酸钠或硅酸钾组成，其固体模数要求达到2.0～2.4，液体波美度要求达到32～40°。
本发明地质聚合物土壤固结注浆材料的制备方法为各干粉原料经干燥、球磨处理后，得到适当细度的原料(通过45um筛的数量超过90％)，按配方称取各干粉原料，置于干粉混料机中，充分搅拌，制得均匀的干粉混合料备用，实际施工使用时，将干粉混合料置于搅拌机中，加入非极性碱性表面活性剂，加入占干粉总重量20～30％的水，边混合搅拌，边注浆。为了保证在流动度满足要求前提下注浆材料固结体强度和耐久性能达到土体固结的技术要求，实际施工使用中，本发明地质聚合物土壤固结注浆材料在加水搅拌应控制用水量为20～30％。
本发明的有益效果：
本发明地质聚合物土壤固结注浆材料在配方中采用非极性碱性活性剂，使注浆材料具有良好的流动性、方便筑浆，用水量少，增加了强度，并且增加了致密度。同时，该注浆材料的物理化学性能均得到了提高，增强了耐久性。
本发明地质聚合物土壤固结注浆材料所使用的主要原料为钢厂、电厂的废弃物，具有良好的环保节能社会效益。表面活性剂采用动物或人的毛发作为原料，节约了成本，减少对环境的污染。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步阐述，但不限制本发明。
下列实施例所用干粉配料采用市售产品，包括上海宝山钢铁有限公司的水淬高炉矿渣；上海宝山钢铁有限公司生产的磨细钢渣；上海吴泾热电厂生产的高钙粉煤灰和上海石洞口电厂生产的普通粉煤灰。经检测，粉煤灰中二氧化硅和三氧化二铝的含量为82％(w/w)；高钙粉煤灰中游离氧化钙的含量为11.6％(w/w)；碱性激发剂为固体硅酸钠(2.3模数)。
下列实施例中干粉原料经干燥、细磨处理后，细度控制在通过45um筛的数量超过90％。
实施例1：
称取人发30g，溶于1000g重量百分比为15％的氢氧化钠溶液中，得到非极性表面活性剂溶液。
称取粉煤灰1000g、矿渣520g、钢渣190g、高钙粉煤灰65g、碱性激发剂177g置于干粉搅拌机中，在57转/分的速度下搅拌混合5分钟，制得均匀的干粉混合料备用，实际施工使用时，将干粉混合料置于搅拌机中，加入上述表面活性剂溶液190g，加入390g纯水(pH＝7)，边混合搅拌，边注浆。
上述材料凝结后，在沸水中煮8小时，无变形，安定性合格。
取2cm×2cm×2cm试件，其重量较未掺入表面活性剂增加25％。
实施例2：
称取鸡毛250g，溶于1000g重量百分比为2.5％的氢氧化钠溶液中，得到非极性表面活性剂溶液。
称取粉煤灰1225g、矿渣400g、钢渣195g、高钙粉煤灰55g、碱性激发剂77g置于干粉搅拌机中，在57转/分的速度下搅拌混合5分钟，制得均匀的干粉混合料备用，实际施工使用时，将干粉混合料置于搅拌机中，加入上述表面活性剂溶液60g，加入420g工业用水(pH＝7)，边混合搅拌，边注浆。
实施例3：
称取人发20g，溶于100g重量百分比为10％的氢氧化钠溶液中，得到非极性表面活性剂溶液。
称取粉煤灰568g、矿渣878g、钢渣195g、高钙粉煤灰146g、碱性激发剂165g置于干粉搅拌机中，在57转/分的速度下搅拌混合5分钟，制得均匀的干粉混合料备用，实际施工使用时，将干粉混合料置于搅拌机中，加入上述表面活性剂溶液80g，加入585g工业用水(pH＝7.5)，边混合搅拌，边注浆。
实施例4：
称取鸡毛100g，溶于500g重量百分比为8％的氢氧化钠溶液中，得到非极性表面活性剂溶液。
称取粉煤灰195g、矿渣1171g、钢渣98g、高钙粉煤灰195g、碱性激发剂293g置于干粉搅拌机中，在57转/分的速度下搅拌混合5分钟，制得均匀的干粉混合料备用，实际施工使用时，将干粉混合料置于搅拌机中，加入上述表面活性剂溶液160g，加入470g工业用水(pH＝6.5)，边混合搅拌，边注浆。
实施例5：
称取人发30g，溶于300g重量百分比为12％的氢氧化钠溶液中，得到非极性表面活性剂溶液。
称取粉煤灰矿渣1400g、钢渣250g、高钙粉煤灰150g、碱性激发剂95g置于干粉搅拌机中，在57转/分的速度下搅拌混合5分钟，制得均匀的干粉混合料备用，实际施工使用时，将干粉混合料置于搅拌机中，加入表面活性剂溶液150g，加入470g工业用水(pH＝7.5)，边混合搅拌，边注浆。
对比测试例1：早期强度实验
试验材料：本发明实施例3中的地质聚合物土壤固结注浆材料A-3，未加入非极性碱性表面活性剂的注浆材料B-3(其它成分与A-3相同，但不含非极性碱性表面活性剂)。
试验方法：采用国家标准GB/T17671-1999规定的方法进行试验。
试验结果见表-1：
表-1：
  1天   3天   7天
  A-3   2.0   9.7   17.6
  B-3   0   3.3   8.1
由表-1可以看出，使用本发明地质聚合物土壤固结注浆材料，其固结体具有良好的早期强度，七天强度达到17.6Mpa，其固结体三天及七天的强度均明显优于未加入非极性碱性表面活性剂水泥注浆材料的固结体。
上述A-3的凝结时间比B-3快约0.5小时，终凝时间基本相同。
对比测试例2：流动度(减水率)实验
试验材料：本发明实施例5地质聚合物土壤固结注浆材料A-5、未加入非极性碱性表面活性剂的注浆材料B-5(干粉料与A-5相同，但在使用过程中加入的水为900g，且不含非极性碱性表面活性剂)。
试验方法：采用流锥仪试验进行流动度测定，测定方法参照《房材与应用》2001年第29卷第5期，第28页。
试验结果：经测定，A-5和B-5自流扩散半径分别为14.5cm和14cm，但A-5的用水量仅为470g，而B-5为900g，可以看出，本发明A-5在达到与B-5相同的自流扩散半径的条件下，所用的水大大减少了，减水率＞30％。

Claims (8)

1. 一种地质聚合物土壤固结注浆材料，其组成为：干粉混合料、非极性碱性表面活性剂溶液和水；
所述的干粉混合料包括粉煤灰、矿渣、钢渣、高钙粉煤灰和碱性激发剂，其中碱性激发剂为固体硅酸钠或固体硅酸钾；
所述的非极性碱性表面活性剂溶液由人或动物毛发和氢氧化钠溶液配制而成；
所述的水为纯水或工业用水。
2. 根据权利要求1所述的地质聚合物土壤固结注浆材料，其特征在于，所述的非极性碱性表面活性剂溶液由人或动物的毛发和重量百分比浓度为2.5～15％氢氧化钠溶液配制而成，其中每100克氢氧化钠溶液中加入人或动物毛发3～25克。
3. 如权利要求1或2所述的地质聚合物土壤固结注浆材料，其特征在于，所述的干粉混合料组成按重量百分比计为：
粉煤灰     0～65％，
矿渣       15～60％，
钢渣       5～35％，
高钙粉煤灰 4～10％，
碱性激发剂 5～15％；
每100克干粉混合料中，加入非极性碱性表面活性剂溶液1～10g，加入水20～30g。
4. 根据权利要求1所述的一种地质聚合物土壤固结注浆材料，其特征在于碱性激发剂的模数为2.0～2.4。
5. 根据权利要求1所述的一种地质聚合物土壤固结注浆材料，其特征在于干粉原料的细度为通过45um筛的数量超过90％。
6. 根据权利要求1所述的一种地质聚合物土壤固结注浆材料，其特征在于高钙粉煤灰中游离氧化钙的含量以重量计2.8～12％。
7. 根据权利要求1所述的一种地质聚合物土壤固结注浆材料，其特征在于粉煤灰中二氧化硅和三氧化二铝的总量以重量计大于70％。
8. 根据权利要求1所述的一种地质聚合物土壤固结注浆材料，其特征在于，所述的水PH值大于6.5。
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