CN105036635A - 一种应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土及其生产方法，涉及一种建筑材料及其生产方法。一种应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，由以下组成原料制成：水泥、硅灰粉、硅藻土、粉煤灰、水、减水剂、早强剂、速凝剂、铝粉、葡萄糖酸钠、植物纤维、发泡剂和微沫剂。本发明的轻质泡沫土轻质高强，整体性能好，既满足软土区域土体的承载能力，又能满足换填地基自身对上部荷载的承载能力，减少特殊路基的荷载，减小路基沉降。

Description

一种应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种建筑材料及其生产方法，具体涉及一种应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土及其生产方法。

背景技术

隧道施工时，隧道的进出口位置由于自然地貌形态是不规则的，开挖时存在较大的偏压，很容易发生坍塌。为此，常规工法通常需要对进出口位置进行非隧道工程的边坡开挖和防护，这样不仅加大了开挖难度，更重要的是破坏了自然地貌形态，干扰了自然地质地理环境的平衡。

CN102010223B提供了一种早强柔性气泡轻质混凝填土组合物，包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥50~80份，硫铝水泥10~40份，硫酸铬钾0.3~0.5份，聚丙烯酰胺0.1~0.3份，可再分散乳胶粉0.5~1.5份，复合改性重质碳酸钙5~10份，粉煤灰5~10份，复合早强稳定乳液10~30份，水48~55份。该发明的早强柔性气泡轻质混凝填土组合物，主要用于隧道、高速公路、地铁、山体滑坡重大工程的抢险工程使用的填土，可大大缩短抢险工程施工期和增强填土的抗震强度。

CN101514091B公开了一种气泡轻质混凝土双组分砂浆，包括如下重量份的组分:普通水泥85~95份，硫酸铬钾0.3~0.5份，甲酸钙0.1~0.3份，胶冻乳液30~60份，水2~25份。该发明的气泡轻质混凝土双组分砂浆是多用性砂浆，可以用于隧道、高速公路、地铁、重大工程的填土和道路修补，使用方便，浇筑过程中可以缩短工期，经济实惠，是真正的环保型新材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，能够减少不均匀沉降，减小维护费用。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：120~300份水泥，5~60份硅灰粉，5~85份硅藻土，10~105份粉煤灰，60~250份水，1~5份减水剂，1~3份早强剂，1~3份速凝剂，0.0015~0.005份铝粉，0.05~0.20份葡萄糖酸钠，5~25份植物纤维，5~12份发泡剂，2~10份微沫剂。

所述水泥优选为PO52.5、PO52.5R硅酸盐水泥或快凝硅酸盐水泥。

所述减水剂优选为萘系减水剂。

所述早强剂可采用本领域现有的早强剂，如氯化钙、氯化钠等氯盐类早强剂，或硫酸钠、硫代硫酸钠等硫酸盐类早强剂；优选的，所述早强剂为氯化钙或硫酸钠。

所述发泡剂优选为复合发泡剂，其成分包括动物蛋白和植物蛋白，以及松香皂、双氧水和铝粉中的一种或多种。

所述微沫剂优选为将发泡剂与水进行1：1800稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。

本发明还提供了一种上述应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土的生产方法，包括以下步骤：

1)利用自动化发泡水泥设备主机控制，通过变频器控制水泵的抽水量、搅拌机的搅拌速度和输送机的输送速度，通过管道向搅拌机内加所述配比的水，同时，按所述配比向搅拌机内加入水泥、硅灰粉、硅藻土、粉煤灰、减水剂、早强剂、速凝剂、铝粉、葡萄糖酸钠和植物纤维，通过搅拌机进行搅拌，利用变频器控制搅拌速度，确保无水泥团即可进行浇筑施工，其中，水泵、搅拌机和输送机的输入频率均控制在0~70HZ范围内；

2)利用自动化发泡水泥设备主机控制，通过柱塞泵和空压机将微沫剂制成泡沫；

3)利用自动化发泡水泥设备主机控制，启动抽浆程序，变频器控制抽浆的速度，以控制最终成品的容重；

4)在自动化发泡水泥设备主机控制下，按所述配比分别将步骤1）制备的浆料和步骤2）制备的泡沫输送到混合器内均匀混合制得轻质泡沫土混合浆料。

本发明轻质泡沫土利用高标号或特种水泥作为固结材料，使轻质泡沫土在同等密度下提高强度，进而满足承载力，同样，在满足同等强度下，可以大大降低产品的密度。添加减水剂，减水剂分子中的憎水基团定向吸附于水泥质点表面，亲水基团指向水溶液，在水泥颗粒表面形成单分子或多分子吸附膜，在电斥力作用下，使原来水泥加水后由于水泥颗粒间分子凝聚力等多种因素而形成的絮凝结构打开，把被束缚在絮凝结构中的游离水释放出来，这就是由减水剂分子吸附产生的分散作用。水泥加水后，水泥颗粒被水湿润，湿润愈好，在具有同样工作性能的情况下所需的拌和水量也就愈少，且水泥水化速度亦加快。添加早强剂，能增加水泥矿物的溶解度，加速水泥矿物的水化速度，从而提高轻质泡沫土的强度。添加速凝剂，可以提高产品的凝结速度，减少沉降。通过采用HT复合发泡剂使泡沫更加稳定，泡孔均匀坚韧，防止泡沫消泡带来的收缩沉降。

本发明轻质泡沫土对隧道进出口进行回填，由于本发明轻质泡沫土的高强度、快凝结、沉降量小、施工速度快等特点，在地铁隧道进出口位置预先设置一定形状的轻质泡沫土填筑体，可避免常规工法的缺陷，从而高效缓解隧道进出口开挖的偏围压，避免隧道口坍塌，尽可能维持自然地质地理环境平衡，环保优势明显，并可作为隧道进出口的附属构造景观。

本发明轻质泡沫土为发明人经过多年研究和探索制备的新型轻质泡沫土材料，有效提升地铁结构的安全性，控制沉降与不均匀沉降，缩短施工工期，减少工后维修费用；而且本发明生产填筑材料的方法，工艺简单，操作简便，通过专用设备-自动化发泡水泥设备主机，有效地实现了自动发泡、自动计量、自动配比的全自动一体化生产，通过自动化控制，高效率、低成本地完成了双发泡泡沫混凝土的生产施工，有效地解决了发泡水泥现场施工容重不准，自动化程度低的技术难题，使施工更加方便，操作更加简单，产品质量更加标准。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

本发明所提供的应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：120~300份水泥，5~60份硅灰粉，5~85份硅藻土，10~105份粉煤灰，60~250份水，1~5份减水剂，1~3份早强剂，1~3份速凝剂，0.0015~0.005份铝粉，0.05~0.20份葡萄糖酸钠，5~25份植物纤维，5~12份发泡剂，2~10份微沫剂。

本发明中水泥优选为PO52.5、PO52.5R硅酸盐水泥或快凝硅酸盐水泥。

本发明中所述减水剂优选为萘系减水剂。

本发明中所述早强剂可采用本领域现有的早强剂，如氯化钙、氯化钠等氯盐类早强剂，或硫酸钠、硫代硫酸钠等硫酸盐类早强剂；优选的，所述早强剂为氯化钙或硫酸钠。

本发明中所述速凝剂可采用本领域现有的速凝剂。

本发明中所述发泡剂优选为复合发泡剂，更优选为HT复合发泡剂，其是本申请人多年的研究成果，目前在市场上已经公开出售，其成分包括动物蛋白和植物蛋白，以及松香皂、双氧水和铝粉中的一种或多种。

本发明中所述微沫剂是将发泡剂与水进行1：1800稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。

本发明所用的水泥、硅灰粉、硅藻土、粉煤灰、减水剂、早强剂、速凝剂、铝粉、葡萄糖酸钠、植物纤维、发泡剂各种原材料均为本领域的常规材料，均可通过市售或现有技术制备获得。

本发明还提供了一种上述应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土的生产方法，包括以下步骤：

1)利用自动化发泡水泥设备主机控制，通过变频器控制水泵的抽水量、搅拌机的搅拌速度和输送机的输送速度，通过管道向搅拌机内加所述配比的水，同时，按所述配比向搅拌机内加入水泥、硅灰粉、硅藻土、粉煤灰、减水剂、早强剂、铝粉、葡萄糖酸钠和植物纤维，通过搅拌机进行搅拌，利用变频器控制搅拌速度，确保无水泥团即可进行浇筑施工，其中，水泵、搅拌机和输送机的输入频率均控制在0~70HZ范围内；

2)利用自动化发泡水泥设备主机控制，通过柱塞泵和空压机将微沫剂制成泡沫；

要求泡沫尽量干燥、均匀、有韧性，通过变频器控制泡沫液的多少，柱塞泵将泡沫液抽到管道内，同时，空压机给管道提供气体，气体的大小通过球阀控制，泡沫液遇到气体的作用，并通过钢丝球过滤器产生泡沫；

3)利用自动化发泡水泥设备主机控制，启动抽浆程序，变频器控制抽浆的速度（0~70HZ），以控制最终成品的容重；

抽浆变频器主要的作用就是控制抽浆量的大小，如果出来的成品容重不够，就可以提高变频器的参数值也就是赫兹数，可以在单位时间内，增大水泥浆体的量，相反，如果容重大了，就可以降低变频器的参数值；

4)在自动化发泡水泥设备主机控制下，按所述配比分别将步骤1）制备的浆料和步骤2）制备的泡沫输送到混合器内均匀混合制得轻质泡沫土混合浆料。

本发明所述混合器，是一种简易的混合设备，内设狼牙棒，泡沫通过泡沫管道输送到混合器内，而浆料通过软管泵抽送到混合器内，两者在混合器内融合，利用水泥浆体与泡沫在混合器内，遇到狼牙棒四周的突出物进行碰撞、翻腾，进而达到混合浆料与泡沫的目的。

其中，所述自动化发泡水泥设备主机为HT-18型主机，该设备已申请专利，请参阅专利号为200820149374.X，专利名称为软管泵泡沫混凝土浆料泵送设备的专利中公开的相关内容。

对上述应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土及其生产方法的详细描述，可以使本领域技术人员理解本发明的实质，同时为了有利于本领域技术人员更好地实施本发明，结合下述实施例，进一步说明本发明的创新性。

实施例1

本发明的应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：120份水泥，60份硅灰粉，45份硅藻土，105份粉煤灰，200份水，1份减水剂，1份早强剂，1份速凝剂，0.0015份铝粉，0.05份葡萄糖酸钠，5份植物纤维，5份发泡剂，2份微沫剂。

本实施例中水泥为PO52.5硅酸盐水泥。

本实施例中所述减水剂为萘系减水剂。

本实施例中所述早强剂采用氯化钙。

本实施例中所述发泡剂为HT复合发泡剂，其成分包括动物蛋白和植物蛋白，以及松香皂、双氧水和铝粉中的一种或多种。

本实施例中所述微沫剂是将发泡剂与水进行1：1800稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。

实施例2

本发明的应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：300份水泥，5份硅灰粉，5份硅藻土，45份粉煤灰，100份水，5份减水剂，3份早强剂，2份速凝剂，0.005份铝粉，0.2份葡萄糖酸钠，25份植物纤维，12份发泡剂，10份微沫剂。

本实施例中水泥为PO52.5R硅酸盐水泥。

本实施例中所述减水剂为萘系减水剂。

本实施例中所述早强剂采用硫酸钠。

本实施例中所述发泡剂为HT复合发泡剂，其成分包括动物蛋白和植物蛋白，以及松香皂、双氧水和铝粉中的一种或多种。

本实施例中所述微沫剂是将发泡剂与水进行1：1800稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。

实施例3

本发明的应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：210份水泥，32份硅灰粉，85份硅藻土，57份粉煤灰，60份水，3份减水剂，2份早强剂，3份速凝剂，0.003份铝粉，0.125份葡萄糖酸钠，15份植物纤维，10份发泡剂，8份微沫剂。

本实施例中水泥为快凝硅酸盐水泥。

本实施例中所述减水剂为萘系减水剂。

本实施例中所述早强剂采用硫酸钠。

本实施例中所述发泡剂为HT复合发泡剂，其成分包括动物蛋白和植物蛋白，以及松香皂、双氧水和铝粉中的一种或多种。

本实施例中所述微沫剂是将发泡剂与水进行1：1800稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。

实施例4

本发明的应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：150份水泥，28份硅灰粉，35份硅藻土，30份粉煤灰，250份水，2份减水剂，1.5份早强剂，2份速凝剂，0.002份铝粉，0.08份葡萄糖酸钠，18份植物纤维，8份发泡剂，6份微沫剂。

本实施例中水泥为PO52.5硅酸盐水泥。

本实施例中所述减水剂为萘系减水剂。

本实施例中所述早强剂采用氯化钙。

本实施例中所述发泡剂为HT复合发泡剂，其成分包括动物蛋白和植物蛋白，以及松香皂、双氧水和铝粉中的一种或多种。

本实施例中所述微沫剂是将发泡剂与水进行1：1800稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。

实施例5

本发明的应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：260份水泥，48份硅灰粉，60份硅藻土，10份粉煤灰，180份水，4份减水剂，2.5份早强剂，1.5份速凝剂，0.004份铝粉，0.16份葡萄糖酸钠，12份植物纤维，9份发泡剂，4份微沫剂。

本实施例中水泥为PO52.5R硅酸盐水泥。

本实施例中所述减水剂为萘系减水剂。

本实施例中所述早强剂采用硫酸钠。

本实施例中所述发泡剂为HT复合发泡剂，其成分包括动物蛋白和植物蛋白，以及松香皂、双氧水和铝粉中的一种或多种。

本实施例中所述微沫剂是将发泡剂与水进行1：1800稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。

对上述实施例所制备的填筑材料的干密度、湿密度、最大密度、抗压强度、流动度、固化沉降率、泡沫密度进行检测，测定结果如表1所示。

本发明中，干密度：轻质泡沫土固化28d，表面自然气干状态下的单位体积的质量。

湿密度：新拌轻质泡沫土流体状态下的单位体积质量。

最大密度：轻质泡沫土在使用环境状态下，经浸水等条件影响后的最大单位体积质量。

抗压强度：按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002，制作边长为150mm的立方体在标准养护（温度20±2℃、相对湿度在95%以上）条件下，养护至28d龄期，用标准试验方法测得的极限抗压强度。

流动度，新拌轻质泡沫土流动性的量值。

浆料固化沉降率：新拌轻质泡沫土在100mm×100mm×100mm的立方体试模中固化后，其表面沉降的比率。

泡沫密度：泡沫剂经制备发泡后，泡沫的单位体积质量。

表1检测结果

检测项目	干密度，kg/m3	湿密度，kg/m3	最大密度，kg/m3	28d立方体抗压强度，MPa	流动度，mm	固化沉降率，%	泡沫密度，kg/m3
								实施例1	420	545	431	9.3	135	0.99	65
实施例2	394	512	416	9.0	124	0.89	61
								实施例3	374	485	389	8.7	116	0.85	58
实施例4	409	530	425	9.1	126	0.91	63
								实施例5	455	591	476	9.9	142	1.06	68

Claims (7)

1.一种应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，其特征在于，由如下重量份的组成原料制成：120~300份水泥，5~60份硅灰粉，5~85份硅藻土，10~105份粉煤灰，60~250份水，1~5份减水剂，1~3份早强剂，1~3份速凝剂，0.0015~0.005份铝粉，0.05~0.20份葡萄糖酸钠，5~25份植物纤维，5~12份发泡剂，2~10份微沫剂。

2.如权利要求1所述应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，其特征在于：所述水泥为PO52.5、PO52.5R硅酸盐水泥或快凝硅酸盐水泥。

3.如权利要求1所述应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，其特征在于：所述减水剂为萘系减水剂。

4.如权利要求1所述应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，其特征在于：所述早强剂为氯化钙或硫酸钠。

5.如权利要求1所述应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，其特征在于：所述发泡剂为复合发泡剂。

6.如权利要求1所述应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土，其特征在于：所述微沫剂为将发泡剂与水进行1：1800稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。

7.一种应用于隧道进出口回填的轻质泡沫土的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用自动化发泡水泥设备主机控制，通过变频器控制水泵的抽水量、搅拌机的搅拌速度和输送机的输送速度，通过管道向搅拌机内加所述配比的水，同时，按所述配比向搅拌机内加入水泥、硅灰粉、硅藻土、粉煤灰、减水剂、早强剂、速凝剂、铝粉、葡萄糖酸钠和植物纤维，通过搅拌机进行搅拌，利用变频器控制搅拌速度，确保无水泥团即可进行浇筑施工，其中，水泵、搅拌机和输送机的输入频率均控制在0~70HZ范围内；

2)利用自动化发泡水泥设备主机控制，通过柱塞泵和空压机将微沫剂制成泡沫；

3)利用自动化发泡水泥设备主机控制，启动抽浆程序，变频器控制抽浆的速度，以控制最终成品的容重；

4)在自动化发泡水泥设备主机控制下，按所述配比分别将步骤1）制备的浆料和步骤2）制备的泡沫输送到混合器内均匀混合制得轻质泡沫土混合浆料。