CN105036789B - 一种应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土，涉及一种建筑材料。一种应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土，由以下组成原料制成：水泥、硅藻土、粒化高炉矿渣、粉煤灰、水、减水剂、无机奥米纤维、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
技术领域
本发明涉及一种建筑材料，具体涉及一种应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土。
背景技术
由于地铁基坑工程的复杂性和历史性，同时随着高层建筑和地下空间的发展，建筑密布、管线复杂、场地狭窄等都对地铁车站基坑回填问题提出了更高的技术和施工要求。传统回填工艺容易造成回填土质不良、回填不密实、边坡塌方、塌方成弹簧土等问题，严重影响地铁行驶安全和使用寿命。对一些狭小地下空间，如轨道线路周边及车站建筑基坑及地下管道工程的周边空隙，由于人和机械无法进行作业或作业空间过于狭小无法回填密实，使其成为工程建设的一大难点。
CN 102010223B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。
CN 101514091B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，提供一种应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土，流动性好，自密实性能优良。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：250~400份水泥，5~20份硅藻土，5~45份粒化高炉矿渣，5~50份粉煤灰，120~250份水，0.5~2份减水剂，1.5~8.5份无机奥米纤维，5~20份植物纤维，3~8份发泡剂，1~5份微沫剂。
所述水泥优选为PO42.5或PO42.5R普通硅酸盐水泥。
所述粉煤灰优选Ⅰ级粉煤灰。
所述减水剂优选为聚羧酸系减水剂。
所述发泡剂可采用动物发泡剂或复合发泡剂，优选采用复合发泡剂。
所述微沫剂优选为将发泡剂与水进行1：1500稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。
上述应用于地铁车站基坑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、粒化高炉矿渣、粉煤灰、减水剂、无机奥米纤维和植物纤维，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浆料。
本发明应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土的施工方法为：
1）设备进场，建立搅拌站系统，包括水泥罐的立设、搅拌机系统的安装和主机定位安装，铺设管道；
2）清理干净基坑内部的杂物，如果基坑位于地下水位以下时，设置防水土工膜，进行防水处理；
3）首先根据场地要求，划分浇筑区域；设置变形缝，变形缝缝宽2~3cm，采用聚苯乙烯板或竹胶板；然后通过泵送技术将轻质泡沫土浆料泵送浇注到作业面；
4）待填筑材料的填筑高度至50~80厘米时，铺设钢丝网片，钢丝网直径2.5mm~3.2mm，网格间距100mm；继续浇筑，待距离新道路层底面50~80厘米处，再次铺设钢丝网片，继续浇筑至设计高度；
5）待轻质泡沫土达到设计要求的强度后，进行上部面层混凝土地面的施工。
步骤3）中所述浇筑区域的面积为10米*10米。
步骤3）中所述浇筑区域沿长轴方向的长度≤20m，最大浇筑面积≤400㎡。
本发明的轻质泡沫土流动性好，可实现远距离的垂直或水平输送，特别适合于作为地铁基坑工程的回填用土。本发明在固化材料水泥中添加了硅藻土、粉煤灰作为辅助胶凝材料，以期增强轻质泡沫土的密实性，提高其强度和抗腐蚀性能，同时在水泥中掺加了粒化高炉矿渣，达到进一步增强轻质泡沫土强度的效果，减水剂的加入可以改善和易性，同时在水泥被水浸湿后，可以减少拌合水量，加快水泥的水化速度；无机奥米纤维和植物纤维可在轻质泡沫土中形成均匀三维乱向分布的增强网络体系，可以分散和缓解干缩及温度变化引起的混凝土基体内部应力，抑制内部微裂缝的产生和发展，达到增韧抗裂的目的。现有研究表明，发泡剂的质量对轻质泡沫土的性能影响显著，高质量的泡沫剂可在轻质泡沫土中形成孔径微小的独立封闭的泡沫孔，减少水泥基体中有害大孔和串通孔、不规则缺陷孔的数量，提高产品的强度、热工性能等；基于预混料性能的研究，本发明的发泡剂选用复合发泡剂，效果更优，孔径更加均匀独立，继而提高轻质泡沫土的强度。
本发明轻质泡沫土可由软管泵输送，浇筑施工点所占空间极小，浇筑时具有高流动性，浇筑完后固化速度适宜且具有不需机械碾压或振捣的优势，回填这些特殊空洞，可达到施工简便且能回填密实的效果，为解决空洞回填的难题提供了一种全新的技术手段。尤其是基坑回填，可避免传统工法回填不密实导致的隐患，在较大风载、地震荷载等水平力的作用下，建筑物可能因为水平抗力不足而发生水平滑移，导致建筑物失稳。
本发明轻质泡沫土为发明人经多年研究和探索生产的新型轻质泡沫土材料，具有流动性能好、强度高、自密实性好等优点，而且本发明生产填筑材料的方法，工艺简单，操作简便，占用空间小，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。
本发明提供的应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：250~400份水泥，5~20份硅藻土，5~45份粒化高炉矿渣，5~50份粉煤灰，120~250份水，0.5~2份减水剂，1.5~8.5份无机奥米纤维，5~20份植物纤维，3~8份发泡剂，1~5份微沫剂。
本发明中所述水泥优选为PO42.5或PO42.5R普通硅酸盐水泥，符合《通用硅酸盐水泥》GB175-2007的规定，为本领域常规用料，可通过市售获得。
本发明中所述粉煤灰优选为Ⅰ级粉煤灰，符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2005的规定，Ⅰ级粉煤灰的技术指标满足下表1所示：
表1 Ⅰ级粉煤灰的技术指标
本发明中所述减水剂优选为聚羧酸系减水剂。
本发明中所述发泡剂可采用动物发泡剂或复合发泡剂，优选采用复合发泡剂，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。
本发明中所述微沫剂优选为将发泡剂与水进行1：1500稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。
本发明中所述水泥、硅灰粉、粒化高炉矿渣、粉煤灰、减水剂、无机奥米纤维、植物纤维可从市场购买得到，发泡剂为自制。
上述应用于地铁车站基坑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、粒化高炉矿渣、粉煤灰、减水剂、无机奥米纤维和植物纤维，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。
本发明应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土的施工方法为：
1）设备进场，建立搅拌站系统，包括水泥罐的立设、搅拌机系统的安装和主机定位安装，铺设管道；
2）清理干净基坑内部的杂物，如果基坑位于地下水位以下时，设置防水土工膜，进行防水处理；
3）首先根据场地要求，划分浇筑区域；设置变形缝，变形缝缝宽2~3cm，采用聚苯乙烯板或竹胶板；然后通过泵送技术将轻质泡沫土浆料泵送浇注到作业面；
4）待填筑材料的填筑高度至50~80厘米时，铺设钢丝网片，钢丝网直径2.5mm~3.2mm，网格间距100mm；继续浇筑，待距离新道路层底面50~80厘米处，再次铺设钢丝网片，继续浇筑至设计高度；
5）待轻质泡沫土达到设计要求的强度后，进行上部面层混凝土地面的施工。
步骤3）中所述浇筑区域的面积为10米*10米。
步骤3）中所述浇筑区域沿长轴方向的长度≤20m，最大浇筑面积≤400㎡。
对上述应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土的详细描述，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
本发明提供的应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：250份水泥，20份硅藻土，35份粒化高炉矿渣，50份粉煤灰，120份水，0.5份减水剂，3份无机奥米纤维，20份植物纤维，4份发泡剂，1份微沫剂。
其中，本实施例中所述水泥采用PO42.5普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，Ⅰ级粉煤灰的技术指标满足表1所示，不再赘述；所述减水剂为聚羧酸系减水剂；所述发泡剂为复合发泡剂，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；所述微沫剂为将发泡剂与水进行1：1500稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。
实施例2
本发明提供的应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：400份水泥，10份硅藻土，5份粒化高炉矿渣，10份粉煤灰，200份水，1.25份减水剂，6份无机奥米纤维，5份植物纤维，6份发泡剂，5份微沫剂。
其中，本实施例中所述水泥为PO42.5R普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，其技术指标满足表1所示；所述减水剂为聚羧酸系减水剂；所述发泡剂为复合发泡剂，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；所述微沫剂为将发泡剂与水进行1：1500稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。
实施例3
本发明提供的应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：350份水泥，12份硅藻土，25份粒化高炉矿渣，5份粉煤灰，150份水，2份减水剂，8.5份无机奥米纤维，15份植物纤维，5.5份发泡剂，3份微沫剂。
其中，本实施例中所述水泥为PO42.5R普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，其技术指标满足表1所示；所述减水剂为聚羧酸系减水剂；所述发泡剂为复合发泡剂，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；所述微沫剂为将发泡剂与水进行1：1500稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。
实施例4
本发明提供的应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：300份水泥，15份硅藻土，45份粒化高炉矿渣，20份粉煤灰，180份水，0.9份减水剂，1.5份无机奥米纤维，10份植物纤维，8份发泡剂，2份微沫剂。
其中，本实施例中所述水泥为PO42.5R普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，其技术指标满足表1所示；所述减水剂为聚羧酸系减水剂；所述发泡剂采用动物发泡剂；所述微沫剂为将发泡剂与水进行1：1500稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。
实施例5
本发明提供的应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：380份水泥，5份硅藻土，10份粒化高炉矿渣，30份粉煤灰，250份水，1.6份减水剂，5份无机奥米纤维，8份植物纤维，3份发泡剂，4份微沫剂。
其中，本实施例中所述水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所述减水剂为聚羧酸系减水剂；所述发泡剂采用动物发泡剂；所述微沫剂为将发泡剂与水进行1：1500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2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2检测结果
Claims (4)
1.一种应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土的施工方法，包括以下步骤，其特征在于：
1）设备进场，建立搅拌站系统，包括水泥罐的立设、搅拌机系统的安装和主机定位安装，铺设管道；
2）清理干净基坑内部的杂物，如果基坑位于地下水位以下时，设置防水土工膜，进行防水处理；
3）首先根据场地要求，划分浇筑区域；设置变形缝，变形缝缝宽2~3cm，采用聚苯乙烯板或竹胶板；然后通过泵送技术将轻质泡沫土浆料泵送浇注到作业面；
4）待填筑材料的填筑高度至50~80厘米时，铺设钢丝网片，钢丝网直径2.5mm~3.2mm，网格间距100mm；继续浇筑，待距离新道路层底面50~80厘米处，再次铺设钢丝网片，继续浇筑至设计高度；
5）待轻质泡沫土达到设计要求的强度后，进行上部面层混凝土地面的施工；
所述轻质泡沫土，由如下重量份的组成原料制成：250~400份水泥，5~20份硅藻土，5~45份粒化高炉矿渣，5~50份粉煤灰，120~250份水，0.5~2份减水剂，1.5~8.5份无机奥米纤维，5~20份植物纤维，3~8份发泡剂，1~5份微沫剂；
所述水泥为PO42.5或PO42.5R普通硅酸盐水泥；所述减水剂为聚羧酸系减水剂；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。
2.如权利要求1所述应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土的施工方法，其特征在于：所述发泡剂为复合发泡剂或动物发泡剂。
3.如权利要求1所述应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土的施工方法，其特征在于：所述微沫剂为将发泡剂与水进行1：1500稀释，并通过柱塞泵进行微量发泡制得。
4.如权利要求1~3任一项所述应用于地铁车站基坑回填的轻质泡沫土的施工方法，其特征在于：所述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、粒化高炉矿渣、粉煤灰、减水剂、无机奥米纤维和植物纤维，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混合浆料。
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