CN102154015B

CN102154015B - 地基注入施工方法

Info

Publication number: CN102154015B
Application number: CN 201110035395
Authority: CN
Inventors: 刘建忠; 孙悦
Original assignee: GUANGDONG DIANBAI CONSTRUCTION GROUP CO Ltd
Current assignee: Guangdong Dianbai Construction Group Co., Ltd.
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: CN102154015A

Abstract

本发明公开了一种地基处理组合物以及其适用的地基注入施工方法。本发明的地基处理组合物含有钢渣、粉煤灰、生石灰、硅灰、水玻璃、铝酸钙、石膏、二乙醇胺。另外，本发明还公开了适用于该地基处理组合物的地基注入施工方法，其步骤是预先分别调制含有钢渣、粉煤灰和生石灰及水的A液以及含有铝酸钙、石膏和二乙醇胺和水的B液，将其分别注入地基中。本发明的地基处理材料及其地基注入施工方法渗透性优良、注入性高、强度表现性优良，能够注入到以往难以应用的地质地基中，能够实现作为工业副产物的钢渣微粉、粉煤灰的高效、经济的利用。

Description

地基注入施工方法

技术领域

本发明涉及软弱地基、漏水地基等的地基处理组合物及其施工方法；具体而言，本发明涉及一种主要由高炉灰、钢渣组成的地基组合物材料，以及利用该地基组合物材料的地基注入施工方法。

背景技术

地基加固或改良工程是指在土体中加入地基处理材料并与地基发生一系列复杂的物理、化学反应，从而使地基固化或改良的工程。地基处理材料广泛应用于此类地基加固或改良工程。目前，地基处理材料在国外发展较快，在美、俄、日、澳、德、加以及南非等国的大中型工程，例如铁路、机场、高速公路、港口、市政建设等工程中均已经得到大量的运用，并且业已形成相当的产业规模，取得了良好的经济和生态效益。

目前国内主要适用的地基处理材料主要是沿用水泥、石灰、粉煤灰或者这些材料的简单混合物。此类传统的地基处理材料一般都存在早期强度不高、强度调节范围小、水稳定性差等缺点。国内对地基处理材料的开发目前尚处于初级阶段，可列举的专利申请有CN1136622A、CN1356435A、CN1557759A、CN1687535A、CN101265060A等。并且专利申请中所公开的地基处理材料并未完全克服传统材料所存在的缺陷，难以处理诸如我国东南沿海、沿江地区的软土地基。

初步检索得到的近年来国外相关领域的申请可列举的有US2005103707A、JP2004346306A、JP2000265455A、JP2007217453A、JP2009203740A、JP2000280231A、JP2004149685A、JP平10-237446A等。例如JP2004149685A公开了一种带有水泥的灌浆材料，用来加强地基和截水效果。然而当地基为细砂、淤泥或者粘土时，存在渗透性小、灌浆困难等问题。JP平10-237446A公开了一种在水泥和膨润土中添加高吸水性树脂的地基处理材料，但是高吸水性树脂材料价格昂贵，另外应用该材料使得灌浆施工也受到影响。

为了解决上述技术问题，本申请的发明人开发了一种价格相对便宜、性能良好并且适用于我国沿海以及沿江软土质地基、特别是淤泥、砂土质地基适用的地基处理材料。该地基处理处理材料的主要成分是钢渣和粉煤灰等炼钢等的工业副产品和废弃物。

发明内容

如上所述，本发明的第一个目的是提供一种主要由钢渣和粉煤灰组成的地基处理组合物材料。

另外，本发明的第二个目的是提供一种专门适用于上述地基处理组合物材料的注入施工方法。

针对本发明的第一目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明使用钢渣、粉煤灰、硅灰、生石灰作为地基处理组合物的基本组分，其中各基本组分的含量(重量分数)优选如下：

钢渣(含量计为A)：25-75

粉煤灰(含量计为B)：15-65

生石灰(含量计为C)：C＝A×0.05+B×(0.05-0.1)

硅灰(含量计为D)：D＝A×(0.05-0.15)+B×(0.05-0.1)

水玻璃(含量计为E)：1-3

铝酸钙(含量计为F)：F＝(A+B)×(0.02-0.1)

石膏(含量计为G)：G＝(A+B)×(0.02-0.1)

二乙醇胺(含量计为H)：H＝(A+B)×(0.02-0.05)

其中的“-”表示范围，不能解释为减法算符；其中的“×”表示乘法算符；其中的“+”表示加法算符；权利要求书中也作同样的解释。

另外根据需要还可以分别添加占地基处理组合物总质量为0.02-0.25wt％分散剂、表面活性剂、抗冻剂、减水剂等组分。

本发明的地基处理组合物渗透性以及耐久性优良、强度适中，因此能够广泛应用于柔软地基的处理工程中。

具体来说，本发明所述的钢渣是指炼钢时产生的一种废渣，其主要成分是金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蚀的炉衬料、补炉材料、金属炉料带入的杂质和为调整钢渣性质而特意加入的造渣材料，如石灰石、白云石、铁矿石、硅石等。按炼钢工艺钢渣可分为：转炉渣和电炉渣。本发明所述的钢渣优选为转炉钢渣，其具有以下成分：40～60wt％的CaO、10～20wt％的SiO₂、3～5wt％的Al₂O₃、3～10wt％的MgO、1～5wt％的MnO、3～9wt％的Fe₂O₃。本发明使用的铜渣通常经过粉碎、筛选、干燥和粉碎、分级后作为钢渣微粉后使用。钢渣微粉的最大粒径优选为100um以下，平均粒径优选8-20um。

本发明所述的粉煤灰是指煤粉燃烧后由烟气自锅炉中带出的粉状残留物。本发明的粉煤灰优选为火电厂的煤粉燃烧后形成的粉煤灰。粉煤灰主要由硅铝玻璃、微晶矿物颗粒和未燃尽的残炭微粒组成，其化学成分以SiO₂和Al₂O₃为主，其具有以下成分：40～60wt％的SiO₂、10～20wt％的CaO、20～30wt％的Al₂O₃、3～15wt％的Fe₂O₃。粉煤灰的最大粒径优选为50um以下，平均粒径优选3-10um。

此外本发明还含有氧化钙，添加适量的氧化钙可以有效消除和减弱钢渣微粉、粉煤灰的成分波动对地基处理组合物材料渗透性和耐久性的影响。本发明的氧化钙可以通过碳酸钙加热分解得到，也可以使用市售的商品。当氧化钙的添加量过多时，不利于强度的提高；而当氧化钙的添加量过少时会导致地基处理材料的渗透性和耐久性不稳定。因此氧化钙的含量优选为C＝A×0.05+B×(0.05-0.1)。氧化钙的最大粒径优选为50um以下，平均粒径优选1-10um。

另外本发明还添加有适量的硅灰。本发明的硅灰是指从冶炼硅金属的高炉烟道中收集得到粒径极细的粉尘。其主要成份是玻璃态的二氧化硅，它的加入有利于提高地基处理的早期强度、耐久性。

作为固化组分本发明设计了一种由铝酸钙、石膏和二乙醇胺的复合固化组分。

铝酸钙是以CaO和Al₂O₃为主成分的化合物的总称。例如，通过混合含氧化钙的原料和含氧化铝的原料等，进行在窑中的煅烧或在电炉中的熔融等热处理而得到的以CaO和Al₂O₃为主成分的化合物的总称。具体可列举以CaO·2Al₂O₃、CaO·Al₂O₃、12CaO·7Al₂O₃、11CaO·7Al₂O₃·CaF₂、3CaO·Al₂O₃及3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄等表示的结晶性铝酸钙类及以CaO和Al₂O₃为主成分的非晶质的化合物。

本发明使用的石膏可选择无水石膏、熟石膏或二水石膏等。其中，从固化促进和强度表现性的角度出发，更好为无水石膏。

二乙醇胺又称为2，2’-二羟基二乙胺、双羟乙基胺，2，2’-亚氨基双乙醇，其本身可作为固化剂使用，另外二乙醇胺的加入能够与作为碱激发组分的铝酸钙、石膏产生协同作用，能够有效抑制地基中空隙的形成，有利于提高地基处理的强度。

另外为了提高组合物的粘结性，组合物中还添加有水玻璃，即硅酸钠的水溶液。因为水玻璃为强碱性物质，为了防止对环境的负面影响其含量应该严格控制。

另外作为本发明的第二目的，本发明还公开了专门适用于上述地基处理材料的施工方法，从混合性良好以及增粘的角度考虑，本发明优选将由钢渣、粉煤灰、生石灰、硅灰及水混合而成的A液与含有铝酸钙、石膏、二乙醇胺、水玻璃、水组成的B液(乳浊液或者悬浮液)分别注入混合的方法，这样可以使粘度急剧上升，提高短期强度；另外也方便施工，避免使用前的固化。

B液中作为溶剂的水的用量没有特别的限定，但优选为铝酸钙、石膏、二乙醇胺、水玻璃固体成分重量的5～20倍的水稀释。水的量如果少于上述范围，则有时粘性增高混合性变差，而如果水的量过多则该稀释水的稀释效果过大，水中不分离性变差。A液中作为溶剂的水的用量优选为其中固体成分重量的3～5倍的。可以分别压送A液和B液，在地基中混合使用。

具体的施工方法如附图1所示，注入管10具有外管11和内管12。在外管11的轴方向不同位置的管壁14上，开有任意的若干个排出口15。这些排出口15都由弹性材料套筒16覆盖。在内管11的轴方向不同位置的管壁17上，也开有任意的若干个喷口15。对于内管15内的注入B液经过喷口15喷射到空间21内。采用上述构造的注入管装置10进行注入时，A液通过内外管之间外管壁上的排出口15进入地基。接着，将B液从内管12的管路导入，如箭头所示地，将注入液从内管12的喷口18喷射渗透到地基13中。在地基中注入的A液和B液充分的混合和固化，达到提高地基强度的目的。

附图说明

图1是说明本发明地基注入施工方法工序的断面图

具体实施方式

以下，通过实施例对本发明进行详细的说明，但本发明并不受限于这些实施例。

实施例1

混合表1所示的钢渣微粉、粉煤灰、石膏和硅灰制备的地基处理组合物，相对于100重量份数的地基处理组合物，加300份水进行搅拌，制备地基处理材料，对该地基处理组合物的渗透性及固化后的地基的耐久性进行了实验。另外，为了进行比较，使用高炉灰替代本发明的地基处理材料进行同样的实验。

使用材料

本发明使用的钢渣微粉(最大粒径50um、平均粒径10um，50重量份数)中主要成份的含量如下：

钢渣微粉1CaO53％、SiO₂12％、Al₂O₃3.0％、MgO 9.1％、MnO 4.6％、Fe₂O₃6.1％。

钢渣微粉2CaO45％、SiO₂8.9％、Al₂O₃3.3％、MgO8.0％、MnO 2.3％、Fe₂O₃8.8％。

钢渣微粉3CaO52％、SiO₂13％、Al₂O₃2.8％、MgO6.3％、MnO 1.1％、Fe₂O₃7.3％。

钢渣微粉4CaO 58％、SiO₂16％、Al₂O₃2.6％、MgO 2.3％、MnO 4.5％、Fe₂O₃3.2％。

本发明使用的粉煤灰(最大粒径30um、平均粒径5um，40重量份数)中主要成份的含量如下：

粉煤灰1SiO₂52％、CaO 4.5％、Al₂O₃32％、Fe₂O₃7.5％

粉煤灰2SiO₂42％、CaO 1.5％、Al₂O₃38％、Fe₂O₃6.5％

生石灰和硅灰的使用量均为5重量份数

作为比较使用的高炉灰材料(最大粒径30um、平均粒径4um，90重量份数)中主要成份的含量如下：

高炉灰1：SiO₂25％、Fe₂O33％、Al₂O₃13％、CaO 19％、MgO 6％、K₂O 9％

高炉灰2：SiO₂15％、Fe₂O₃5％、Al₂O₃28％、CaO 22％、MgO 3％、K₂O 4％

硅灰的重量份数为10份

测试方法

渗透性：在直径5cm×高30cm的管中填充硅砂至高20cm，在乙烯管的底面开0.5mm左右的孔后，从上面投入地基处理材料250cc，1天后测定渗透深度。

耐久性：观察渗透性试验所得的固化体直至100天，测定离浆水进行评价。离浆水是测定从管底面的开孔流出的水的重量，以相对于地基处理材料250cc的体积％表示。

表1

实施例2

将50重量份钢渣微粉1、40份重量粉煤灰1、5重量份生石灰、5重量份硅灰，加入300重量份水形成A液；另外使用铝酸钙(12CaO·7Al₂0₃)、石膏(无水石膏)和二乙醇胺、水玻璃(重量份数见表2)加入100重量份数的水形成B液，测定该地基处理材料的固化时间、渗透性和早期强度。

渗透性：在直径5cm×高30cm的管中填充硅砂至高20cm，从上面分别投入地基处理材料400cc，1天后测定渗透深度。

固化时间：使装有上述A+B混合液的杯子倾斜30度，该混合液也不流动的时间。

强度：分别测试材料在第2天和第10天的早期强度。

表2

工业实用性

本发明的地基处理组合物材料由于良好的渗透性、优异耐久优良，因而能够广泛利用于地基，特别是软弱地基的改良工程或截水工程中的地基填充或加固材料。另外，本发明的用上述地基处理组合物材料形成的灌浆材料由于向地基的渗透性优良、注入性高、强度表现性优良，因此能够注入到以往难以应用的地质的地基中，能够实现作为工业副产物的钢渣微粉、粉煤灰的高效、经济的利用。

Claims

1.一种地基处理组合物的地基注入施工方法，其特征在于：预先分别调制含有50重量份的钢渣微粉、40重量份的粉煤灰、5重量份的生石灰、和5重量份硅灰，加入300重量份的水形成A液；另外使用5重量份的铝酸钙、5重量份的石膏、3重量份的二乙醇胺和2重量份的水玻璃加入100重量份的水形成B液，将其分别注入地基中；并且采用的注入管具有内管和外管；在外管的轴方向不同位置的管壁上，开有任意的若干个排出口；在内管的轴方向不同位置的管壁上，也开有任意的连接至外管外壁的若干个喷口；其中A液通过内外管之间外管壁上的排出口进入地基；同时B液从内管的管路导入，从内管的喷口喷射渗透到地基中；在地基中注入的A液和B液充分的混合和固化。

2.根据权利要求1所述的地基注入施工方法，其特征在于内管的喷口与外管外壁的夹角为45～90度。