CN102503308A

CN102503308A - 一种吹填软土新型固化剂

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Publication number: CN102503308A
Application number: CN2011103472392A
Authority: CN
Inventors: 杜东菊; 杨爱武; 赵瑞斌; 张建新; 卢力强; 周金
Original assignee: Tianjin Urban Construction College
Current assignee: Tianjin Urban Construction College
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2012-06-20

Abstract

一种吹填软土新型固化剂，对滨海新区吹填软土通过固化剂加固，固化剂组成成分为：主剂矿渣硅酸盐水泥，辅加剂有熟石膏、氢氧化钠和碳酸钠。特点及效果：突破低掺量水泥固化效果差、固化强度低的难题，以最经济合理的固化剂用量同时达到工程要求的固化强度为目标，通过大量试验确定主剂和各外加剂的掺量比例。试验表明：各辅加剂最优用量比(熟石膏∶氢氧化钠∶碳酸钠)为20∶3∶1；最优辅加剂总掺量与主剂掺量比在0.29～0.33之间。主剂掺量7份时固化土强度可满足二次地基处理施工平台要求；主剂掺量12份时固化土强度可满足搅拌桩地基处理的强度要求。同时根据不同工程要求的固化强度可对主剂掺量及辅加剂总掺量进行相应调整。

Description

一种吹填软土新型固化剂

技术领域

本发明属于涉及软土地基处理技术使用的材料，特别是涉及固化剂加固处理吹填软土的技术方法使用的一种吹填软土新型固化剂。

背景技术

按照天津滨海新区发展规划要求，滨海新区将建成面向21世纪的高度开放的现代化经济新区，将成为天津市区域经济最大的增长点。加快滨海新区的开发开放，已成为环渤海区域发展乃至全国发展战略布局的重要组成部分。

天津滨海新区目前正在开展大面积吹填造陆工程，如何加快吹填软土场地工程使用，是当前亟待解决的问题。吹填软土作为特殊性土，分布范围小，在我国部分沿海城市有吹填软土，且组成成分及沉积环境差别较大，对其工程性质及其处理方式缺乏系统的研究，存在着理论落后于实际的现状。

目前工程中多采用高掺量水泥或真空预压法加固处理吹填软土，实践表明该方法施工工作量大，耗费时间长，费用高。因此，突破低掺量水泥固化效果差、固化强度低的难题，找到更为经济合理的吹填软土新型固化剂，对加快滨海新区建设具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种吹填软土新型固化剂，以水泥为主剂，外加辅剂对滨海新区吹填软土进行固化处理，达到省时经济且不破坏环境的目的，特别适合吹填后不久的吹填淤泥。

本发明的内容：

一种吹填软土新型固化剂，其特征在于：固化剂主剂为矿渣硅酸盐水泥，辅加剂为熟石膏、氢氧化钠和碳酸钠，四种材料共同组成吹填软土新型固化剂。

按重量比：所述主剂矿渣硅酸盐水泥掺量7份，所述辅加剂熟石膏、氢氧化钠和碳酸钠，掺量分别为1.67份、0.25份和0.08份，所述固化剂总掺量为9份。

所述主剂矿渣硅酸盐水泥掺量12份，所述辅加剂熟石膏、氢氧化钠和碳酸钠，所述掺量分别为3.33份、0.5份和0.17份，所述固化剂总掺量为16份。

各辅加剂最优重量比：所述熟石膏∶氢氧化钠∶碳酸钠为20∶3∶1；所述辅加剂总掺量与主剂掺量比在0.29～0.33之间。

本发明主要特点及效果：

(1)CJD1107型固化剂对吹填软土固化处理后，28d无侧限抗压强度达到347.2kPa，加固效果明显，满足初次处理的强度要求，可为吹填软土场地二次处理提供施工平台。

(2)CJD1112型固化剂对吹填软土固化处理后，28d无侧限抗压强度达到1252.4kPa，固化土强度较高，满足搅拌桩地基处理的强度要求。

(3)不同工程对固化土强度的要求不同，可根据各辅加剂用量比(熟石膏∶氢氧化钠∶碳酸钠)20∶3∶1，辅加剂总掺量与主剂掺量比在0.29～0.33之间，对主剂掺量和辅加剂掺量进行调整，并通过试验确定。

具体实施方式

一种吹填软土新型固化剂，固化剂主剂为矿渣硅酸盐水泥，辅加剂为熟石膏、氢氧化钠和碳酸钠，四种材料通过一定的掺量比例共同组成吹填软土新型固化剂。其中掺量定义为掺入固化剂材料的质量与被加固吹填土质量的比值百分数。

主剂矿渣硅酸盐水泥掺量7份，辅加剂熟石膏、氢氧化钠和碳酸钠，掺量分别为1.67份、0.25份和0.08份，固化剂总掺量为9份。命名该组合固化剂为CJD1107。

主剂矿渣硅酸盐水泥掺量12份，辅加剂熟石膏、氢氧化钠和碳酸钠，掺量分别为4份、0.6份和0.2份，固化剂总掺量为16.8份。命名该组合固化剂为CJD1112。

各辅加剂最优用量比(熟石膏∶氢氧化钠∶碳酸钠)为20∶3∶1；辅加剂总掺量与主剂掺量比在0.29～0.33之间。

本发明针对天津滨海新区的吹填软土，采用不同的固化材料及固化方式分阶段地对其进行了室内固化试验，待固化土达到一定龄期后，通过无侧限抗压强度试验进行对比分析，在满足工程需要的条件下，研制出更加经济实用的新型固化剂。

1技术方案

(1)分别采用水泥单掺、水泥+熟石膏、水泥+氢氧化钠、水泥+碳酸钠及水泥+氯化铁双掺五种固化方式对三种典型含水率的吹填软土进行固化试验，得到了各种固化材料对吹填软土固化效果的影响。

(2)通过有效的对比和筛选，选择了水泥、熟石膏、氢氧化钠、碳酸钠四种固化材料，并确定可各固化材料的掺量范围，然后通过正交试验确定了各含水率条件下各固化材料的最佳配比。

(3)通过改变固化剂的掺量，得到了不同固化剂掺量对固化土强度的影响，得到了水泥低掺量水平下的最优固化方案。

2试验步骤

结合现场吹填软土固化施工工艺，提出了本发明的试验步骤。具体步骤如下：

(1)将取回的吹填软土配制成含水率为60份、70份和80份三种具有代表性的泥浆状态；

(2)每组试验取配制好的吹填软土5kg，按照设计的固化剂掺量掺加到吹填软土中，通过人工搅拌均匀；

(3)将搅拌均匀的吹填软土放入7.07cm×7.07cm×7.07cm的立方体试模中，边放边捣实，保证试样密实，每组试验制作三个平行试样；

(4)将试模上下两端用塑料模盖上，防止水分蒸发，在室温下放置24小时后脱模；

(5)将脱模后试样装入撒水湿润后的塑料保鲜袋中，置于标准养护室内进行养护，养护温度控制在25±2℃，相对湿度≥95份，养护至所需龄期；

(6)分别对养护龄期为7d、14d、28d的试样进行无侧限抗压试验。

3试验结果分析

3.1固化材料选择及其对固化效果影响

(1)水泥对固化土强度的影响

分别选用水泥掺量为5份、7份、9份、12份、15份、18份、20份，单掺水泥对吹填软土进行固化，28d无侧限抗压强度分别为62kPa、103kPa、196kPa、472kPa、934kPa、1456kPa、1932kPa，可见无侧限抗压强度随着水泥掺量增加而呈幂数增长。当水泥掺量小于等于12份时，固化效果差，固化土强度很低；当水泥掺量大于12份时，固化效果较好，强度高。

(2)熟石膏对固化土强度的影响

分别在水泥掺量为12份的基础上添加1份、2份、3份、4份、5份的熟石膏作为添加剂，以水泥+熟石膏双掺对吹填软土进行固化试验，28d无侧限抗压强度分别为506kPa、555kPa、682kPa、592kPa、512kPa。可见熟石膏对固化土的强度影响都很大，在一定范围内，随着熟石膏掺量的增加，固化土强度随之增长；当熟石膏掺量在3份～4份之间时，固化土强度都达到峰值，达峰值点后，固化土强度反而随熟石膏掺量的增加而降低。

(3)氢氧化钠对固化土强度的影响

分别在水泥掺量为12份的基础上添加0.2份、0.4份、0.6份、0.8份、1份的氢氧化钠，以水泥+氢氧化钠双掺对吹填软土进行加固试验，28d无侧限抗压强度分别为502kPa、633kPa、572kPa、531kPa、497kPa。可见固化土的峰值强度对应的氢氧化钠掺量都在0.4份～0.6份之间，达峰值点后，固化土强度反而随氢氧化钠掺量的增加而降低。

(4)碳酸钠对固化土强度的影响

分别在水泥掺量为12份的基础上添加0.05份、0.1份、0.2份、0.4份、0.6份、0.8份、1份的碳酸钠，以水泥+碳酸钠双掺对吹填软土进行加固试验，28d无侧限抗压强度分别为552kPa、583kPa、622kPa、531kPa、507kPa、492kPa。同样碳酸钠掺量存在一个最优范围0.2份～0.4份，固化土强度达到最大值，碳酸钠掺量超出最优范围后，固化土强度反而随掺量增加而降低。

(5)氯化铁对固化土强度的影响

分别在水泥掺量为12份的基础上添加0.2份、0.4份、0.6份、0.8份、1份的氯化铁，以水泥加氯化铁双掺对吹填软土进行加固试验，28d无侧限抗压强度分别为302kPa、280kPa、264kPa、239kPa、215kPa、176kPa。可见在不同含水率条件下，随着氯化铁掺量的增加，固化土强度都随之降低，因此该材料不适合加固吹填软土。

3.2正交试验

根据前面的试验结果，此次正交试验所选因素分别为矿渣硅酸盐水泥、熟石膏、氢氧化钠、及碳酸钠等四种，各因素的掺量水平为：

(1)水泥：A1：7份、A2：9份、A3：12份；

(2)熟石膏：B1：2份、B2：3份、B3：4份；

(3)氢氧化钠：C1：0.4份、C2：0.6份、C3：0.8份；

(4)碳酸钠：D1：0.2份、D2：0.4份、D3：0.6份。

正交试验方案及试验和计算结果见表1和表2。

表1正交试验方案与结果

表2正交试验极差计算结果

表1～2中引入了三个参数K_i、k_i和R；K_i表示任一列上具有相同水平(本文中的i取1，2或3，其中i表示的是各因素对应的第i个水平)时，该列所对应的试验结果之和，例如，水泥K₁＝263+304+285＝852；k_i表示任一列上因素去水平i时所得结果的算术平均值，即k_i＝K_i/s，其中s为任一列上各水平出现的次数，本文中s＝3，例如水泥k₁＝K₁/3＝852/3＝284；R为各列的极差，在任一列上R＝max{k₁，k₂，k₃}-min{k₁，k₂，k₃}，例如水泥极差R＝k₃-k₂＝858-284＝574。

根据上表结果各因素对应的最优水平分别为：

水泥掺量：K₁＜K₂＜K₃，最优水平为12份；

熟石膏掺量：K₁＜K₂＜K₃，最优水平为4份；

氢氧化钠掺量：K₁＜K₃＜K₂或K₃＜K₁＜K₂，最优水平均为0.6份；

碳酸钠掺量：K₃＜K₂＜K₁，最优水平为0.2份。

此时的配比为：水泥掺量12份，熟石膏掺量4份，氢氧化钠掺量0.6份，碳酸钠掺量0.2份，为最优方案，固化剂总量为16.8份，各辅加剂用量比(熟石膏∶氢氧化钠∶碳酸钠)为4∶0.6∶0.2＝20∶3∶1。

3.3辅加剂总掺量变化对加固土强度的影响

通过正交试验得到了最优配比，从表1中可以看到，最优配比方案固化土28d无侧限抗压强度为1260kPa，固化强度较高，满足搅拌桩地基处理的强度要求。同时主剂水泥掺量为7份时，28d无侧限抗压强度最大可达到304kPa，基本满足吹填软土场地进行二次地基处理的强度要求。为了得到更加经济可行的固化方案，继续以主剂水泥掺量12份和7份，各辅加剂用量比采用正交试验得到的最优配比20∶3∶1，变化添加剂总量，分别对吹填软土进行了固化试验，试验方案及试验结果见表3和表4：

表3主剂12份辅加剂总量变化试验结果

由表3结果可以看出，辅加剂总量为4份时，即辅加剂熟熟石膏、氢氧化钠和碳酸钠，掺量分别为3.33份、0.5份和0.17份时，固化处理后吹填软土28d无侧限抗压强度为1252.4kPa，固化效果最好，且满足搅拌桩处理地基强度要求。总固化剂用量为16份，与正交试验得到的最优方案固化剂总量为16.8份相比，固化土强度基本相同，而固化剂用量进一步减少。辅加剂总掺量为主剂掺量的0.33倍。

表4主剂7份辅加剂总量变化试验结果

由表4结果可以看出，辅加剂总量为2份时，即辅加剂熟熟石膏、氢氧化钠和碳酸钠，掺量分别为1.67份、0.25份和0.08份时，固化处理后吹填软土28d无侧限抗压强度为347.2kPa，固化效果最好，且满足吹填软土场地进行二次地基处理的强度要求。总固化剂用量为9份，辅加剂总掺量为主剂掺量的0.29倍，固化剂用量少，解决了低掺量水泥加固效果差的难题。

Claims

1.一种吹填软土新型固化剂，其特征在于：固化剂主剂为矿渣硅酸盐水泥，辅加剂为熟石膏、氢氧化钠和碳酸钠，四种材料共同组成吹填软土新型固化剂。

2.根据权利要求1所述的吹填软土新型固化剂，其特征在于：按重量比：所述主剂矿渣硅酸盐水泥掺量7份，所述辅加剂熟石膏、氢氧化钠和碳酸钠，掺量分别为1.67份、0.25份和0.08份，所述固化剂总掺量为9份。

3.根据权利要求1所述的吹填软土新型固化剂，其特征在于：按重量比：所述主剂矿渣硅酸盐水泥掺量12份，所述辅加剂熟石膏、氢氧化钠和碳酸钠，所述掺量分别为3.33份、0.5份和0.17份，所述固化剂总掺量为16份。

4.根据权利要求1所述的吹填软土新型固化剂，其特征在于：各辅加剂最优重量比：所述熟石膏∶氢氧化钠∶碳酸钠为20∶3∶1；所述辅加剂总掺量与主剂掺量比在0.29～0.33之间。