CN103332908A

CN103332908A - 一种用于高盐分及酸碱污染软土地区的复合固化剂

Info

Publication number: CN103332908A
Application number: CN2013103117258A
Authority: CN
Inventors: 邓永锋; 岳喜兵; 刘松玉; 赵振平; 陈江华
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2013-10-02

Abstract

本发明提出了一种适用复杂环境下水泥土抗劣化的新型复合固化剂及使用方法，一种用于高盐分及酸碱污染软土地区水泥土新型复合添加剂，其特征在于：所述的复合添加剂由水泥与偏高岭土组成，其中水泥掺入比即掺加水泥质量/被拌合湿土质量为8.0-15.0%，偏高岭土的掺入比即偏高岭土质量/被拌合湿土质量为0.5-2.5%；该固化剂能够大大提高水泥土强度，并具有明显的抗盐分和酸碱环境的劣化效果。

Description

一种用于高盐分及酸碱污染软土地区的复合固化剂

技术领域

本发明是一种高盐分及酸碱污染软土地基处理中水泥土的添加剂，属于交通运输工程和土木工程中地基处理的技术领域。

背景技术

随着沿海城市的快速发展，特别是沿海公路和城市地铁建设的迅速出现，软土区域的工程逐渐增加。沿海软土作为一种特别的软粘土，不仅具有一般粘土高含水量、大孔隙比、高压缩性、低渗透性、低强度、高灵敏度、结构性的特点，还具有高盐分的特点，以盐分以及酸碱污染为背景的复杂环境对工程的耐久性造成了极大的挑战。

水泥作为一种被广泛在软土中使用的固化剂，发生物理化学作用及水化反应产物与土颗粒相互胶结，使得土体强度和稳定性在短期内发生迅速增长，同时形成具有整体性、低渗透性等特点的水泥土。水泥土的强度受到龄期、水泥掺量、水泥种类、粘粒含量、有机质、含水量的影响，还受到养护环境、盐分浓度、pH值、温度、湿度的影响。目前对于水泥土的室内研究主要集中在短龄期、标准养护环境抗弯抗折强度，拉压强度和沉降固结特性等方面。由于现场工程环境的复杂性，如水泥土长期浸泡在高浓度离子环境、腐蚀性介质（如酸性环境），特别是在我国工农业发达地区和沿海地区，生活污水、一些含有侵蚀性离子浓度的地下水以及海水等对地下工程材料，如水泥土产生不同程度的侵蚀作用，将改变地下工程材料的细、微观结构，使其力学特性发生变化。沿海地区季节性变化导致地下水位和温度的变化，使得水泥土在一定程度下受到温度和湿度的影响，水泥土材料在该种温度和湿度循环作用下会发生一定程度的劣化。为此以沿海环境为背景下，水泥土在复杂环境下的长期性能及其对工程安全性及耐久性的影响逐渐成为工程越来越关注的问题。

水泥土的强度及复杂环境下耐久性问题是水泥土搅拌桩的工程实践中关注的一个重点，其与添加剂的种类和掺量密切相关。目前搅拌桩主要添加剂为水泥，掺入比一般为12%-18%，50cm桩径的搅拌桩每延米掺入量为38-57kg，对应软粘土的含水率为40-60%。该掺量的水泥与软粘土搅拌后形成的水泥土强度一般为0.8-1.2MPa。目前水泥价格约为每吨450元，每延米软土的质量约为315kg，若采用的掺入比为15%，则每延米软土处理所需的水泥约为47kg，每延米搅拌桩水泥的价格约为21元。为此搅拌桩采用目前的水泥掺入比，材料的价格总体偏高，影响了水泥土搅拌桩推广和应用。同时需要说明的是，目前在高盐分以及酸碱环境的软土地区，搅拌桩在复杂环境下的耐久性是工程中重要的工程问题，但是至今尚未引起关注。

本发明是一种适用复杂环境下水泥土抗劣化的新型的水泥添加剂，主要以高岭土经高温煅烧形成的偏高岭土（Metakaolinite，简称MK）和水泥共同组成，主要的化学成分为Al₂O₃、SiO₂等，具有较高的火山灰活性。

发明内容

技术问题：本发明针对高盐分以及酸碱环境地区搅拌桩施工过程中水泥用量较大，造价高，而在高盐分背景下搅拌桩在酸性工业污水、冻融交替和干湿循环时，搅拌桩的耐久性和强度劣化这一现象，提供一种用于高盐分及酸碱污染软土地区的复合固化剂及使用方法，将偏高岭土和水泥一起作为复合添加剂，达到减小工程造价、提高工程安全和提高耐久性等目的，为高盐分软土地区搅拌桩的施工节省工程造价，提高搅拌桩在复杂环境下的耐久性，具有重要的工程意义和实践价值。

技术方案：

一种用于高盐分及酸碱污染软土地区水泥土新型复合添加剂，其特征在于：

用于高盐分及酸碱污染软土地区提高搅拌桩复杂环境耐久性的水泥土复合固化剂的组成及配比。其主要特征为：

1、所述的复合添加剂由水泥与偏高岭土组成，其中水泥掺入比即掺加水泥质量/被拌合湿土质量为8.0-15.0%，偏高岭土的掺入比即偏高岭土质量/被拌合湿土质量为0.5-2.5%。

所述的湿土为高盐分以及酸碱污染的高含水率的软土。

基于偏高岭土为白色粉末状，较容易和水泥拌合，搅拌桩施工时首先将其与水泥进行干拌或湿拌，再根据软土的含水量确定采用干法或湿法施工。其余施工方法和施工机械与常规水泥土搅拌桩相同。

有益效果：对于高盐分水泥土搅拌桩的强度和耐久性而言，搅拌桩是一种合适的处理方案，其优势在于桩体与桩间土共同组成复合地基，共同承担外加荷载。其中最核心的是搅拌桩桩身的质量。在含水率较低的软土地基，水泥土的掺入比约为12%-18%，施工过程中需要大量的水泥，同时水泥材料的价格约合每延米21元，占搅拌桩成本的大部分，而在高盐分地区搅拌桩的耐久性也是工程中主要关注的问题。

采用本发明提出的水泥土复合添加剂能够有效改善传统的搅拌桩桩水泥用量大和复杂环境劣化等不足。按目前试验结果，对于65%含水率的软土（液限约为60%），水泥掺入比为10%，偏高岭土掺入比为2%时，7天、28天无侧限抗压强度达到1.8MPa、2.0MPa；水泥掺入比为12%时，7天、28天无侧限抗压强度仅为0.6MPa、0.9MPa。偏高岭土等量代替水泥后，试样无侧限抗压强度提高了一倍，即相当于水泥掺量增加一倍。偏高岭土价格约为800元/吨，水泥价格为450元/吨，以50cm桩径的搅拌桩为例，每延米软土质量为315kg，则处理每延米软土的水泥价格为14元，偏高岭土价格为5.5元，材料费合计为19.5元；搅拌桩达到同等强度所需要的水泥掺量约为30%，所需水泥用量为94kg，水泥价格为42.4元，相比而言，偏高岭土组成的水泥复合添加剂比传统水泥处理便宜了13.0元，降低幅度约为28%，材料上大大降低了建设成本。另外要达到设计要求的28天强度为0.8MPa的要求，复合固化剂的掺量还可以降低，进一步降低工程造价。

具体实施方式

本实验采用土样为连云港海相沉积软土，基本物理性质列于表1，其中液限采用蝶式仪、塑限采用搓条法测定，比重是由比重瓶法测得。

表1试验土样的基本参数

土样名称	塑限/%	液限/%	塑限指数/%	比重
					LYG土样	27	54	27	2.65

本实验采用偏高岭土的相关成分及含量如下表2所示。

试样名称

SiO₂

Al₂O₃

Fe₂O₃

CaO

MgO

烧失量

偏高岭土

60

35

2.0

1.0

0.5

1.5

根据相关试验规程，首先将淤泥进行自然晾晒，然后经粉碎机粉碎并过0.5mm的筛，测定晾干后土样的含水率；将自然晒干后的土样通过搅拌器配置成含水率为65%的试样，将其放入盛样桶中并密封，使含水率均匀；对含水率为65%的土中分别掺入10%和12%的P.O.42.5号水泥和0、0.5%和2.0%的偏高岭土。用搅拌器进行充分搅拌，采用试样为的圆柱体PVC管进行振捣，并用拌土刀抹平，制成试样并放于养护室养护，待试样有强度后（大约3天）进行拆模放置于不同养护环境养护。在7天和28天龄期，分别进行无侧限抗压试验，结果如表3所示。

表3不同养护环境、龄期的实验结果

以上试验结果表明，标准养护条件下，当掺加2%的偏高岭土的水泥土试样，在7天和28天龄期的强度达到1.8MPa和2.1MPa，而水泥土掺量为12%的试样水泥土强度7天和28天强度分别达到0.6MPa和0.9MPa，等量掺加偏高岭土的水泥土强度较不加偏高岭土的试样提高了大约2倍；对比五种养护环境下掺加偏高岭土的水泥土试样的无侧限抗压强度可以发现，采用偏高岭土和水泥组成的复合添加剂较不掺偏高岭土的水泥土强度的提高了2倍。

Claims

1.一种用于高盐分及酸碱污染软土地区水泥土新型复合添加剂，其特征在于：

所述的复合添加剂由水泥与偏高岭土组成，其中水泥掺入比即掺加水泥质量/被拌合湿土质量为8.0-15.0%，偏高岭土的掺入比即偏高岭土质量/被拌合湿土质量为0.5-2.5%。

2.根据权利要求1所述的一种用于高盐分及酸碱污染软土地区水泥土新型复合添加剂，其特征在于：所述的湿土为高盐分以及酸碱污染的高含水率的软土。