CN105110717B - 一种地基加固材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种地基加固材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种地基加固材料，所述地基加固材料由以下按重量百分数计的原料组成：矿渣微粉30‑70％,钢渣微粉：5‑20％,粉煤灰5‑20％,脱硫副产物5‑10％,水泥2‑20％,添加剂A为0‑4％,添加剂B为0‑4％。本发明采用地基加固材料作为土固化材料，与传统的水泥相比，制成的试件无侧限抗压强度显著增强，而且抗渗透性好，完全可以替代水泥，应用于加固土体。本发明采用原材料均是钢铁和电力等行业固体废弃物，绿色、环保；加工工艺的能耗极低，对环境污染很小，成本低廉，可以有效降低地基处理成本，经济效益明显。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种地基加固材料及其制备方法和应用。
背景技术
在住宅、厂房、货物堆场的地基加固，深基坑的临时性围护结构和止水帷幕，水利工程的护堤等工程中，常用搅拌桩、旋喷桩等施工方法，将普通水泥与土体搅拌，形成具有一定强度的地基结构，以提高地基的承载力和挡土挡水性能。在道路工程的基层和底基层、河岸滩涂的促淤工程中，往往使用石灰或水泥作为固化材料，以提高地基的承载力。但是，普通水泥和石灰等形成的加固土体强度偏低，尤其在沿江、沿海处，由于粘土含水量很高，这些材料的效果就更加不理想，容易造成住宅楼沉降大、基坑开挖边坡塌方等工程事故。
20世纪70年代，西方经济发达国家在长期从事工程实践中，总结经验，对土壤改良技术进行了深层次的开发，技术水平获得了长足的进步，改良土的材料由原来单一的石灰、水泥、粉煤灰等升级到专门用来固化土壤的新产品--土壤固化剂。在这些国家里，土壤固化剂作为一种商品被广泛应用于道路、土木建筑、环境保护、农田水利等各个工程领域。但是，我国的土固化技术目前仍处于国外六七十年代的水平，固化土的产品仍沿用单一的石灰、水泥、粉煤灰或这些材料在施工现场的简单混合作为土壤固化剂。直到90年代以后，国内相关单位才开始研究土固化材料，但是强度低、干缩大、易干缩开裂、易软化、水稳定性差、受土壤类别限制等问题。
固体废弃物是当今钢铁和电力行业亟需处理的工业垃圾，目前国内各大钢厂和电力企业都在着力于工业废弃物资源化利用的研究。通过多年的研究开发，已经有一系列的建材产品问世，但是，这些已利用的固体废弃物估计仅仅占到废弃物总量的50％，剩余的废弃物给环境和社会带来极大的危害，同时这些废弃物中的某些有用的资源不能得到合理利用，造成极大的资源浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种地基加固材料，该材料利用矿渣微粉、钢渣微粉等钢铁和电力行业的固体废弃物，结合添加剂，制成地基加固材料，能加固土体，增加土体的强度，干缩小，不易开裂，合理解决了固废的处置问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种地基加固材料，其特征在于：所述地基加固材料由以下按重量百分数计的原料组成：
所述地基加固材料组成物总量为100wt％计，所述矿渣微粉的含量为45-60wt。
所述矿渣微粉为S95级粒化高炉矿渣微粉，其比表面积大于300m2/kg，28d活性指数大于95％。
所述钢渣微粉为转炉或电炉钢渣经磁选、破碎、烘干、粉磨处理制得，其比表面积≥350m2/kg，28d活性指数不小于75％。
所述添加剂A为游离氧化钙体积安定剂，该添加剂A由干燥的硅渣和碱性改良剂组成，按100份重量计，硅渣的含量为80-100份，碱性改良剂含量为0-20份。这种游离氧化钙体积安定剂可用于水硬性胶凝材料方面，用量比为2％-20％，能改善高钙灰、钢渣、干法脱硫灰等游离氧化钙含量高的工业固体废弃物的体积安定性，并具有提高早期强度的作用。优选的，地基加固材料的原料组成按重量百分数计为100％，添加剂A的加入量为0.5-2％。
所述添加剂B为铸造粉，该铸造粉为铸造行业在模具制造过程中产生的烟气经收尘设备收集的粉尘。优选的，地基加固材料的原料组成按重量百分数计为100％，添加剂B的加入量为0.5-2％。铸造粉的加入，有利于试件的无侧限抗压强度的增强。以下为铸造粉掺入量对加固土试件无侧限抗压强度的影响：
表1 铸造粉掺入量对加固土试件无侧限抗压强度的影响规律
所述地基加固材料组成物总量为100wt％计，所述矿渣微粉和钢渣微粉的总加入量为50-70wt％。
所述脱硫副产物为湿法脱硫石膏或干法脱硫灰。
上述地基加固材料应用领域为地下工程施工领域地基土加固。优选的，地基加固材料的掺量为加固土体重量的5-30wt％
本发明的有益效果是：
1、本发明采用地基加固材料作为土固化材料，与传统的水泥相比，制成的试件的强度明显上升、无侧限抗压强度也显著增强，而且抗渗透性好，完全可以替代水泥，应用于加固土体。
2、本发明采用原材料均是钢铁和电力等行业固体废弃物，绿色、环保；加工工艺的能耗极低，对环境污染很小，成本低廉，可以有效降低地基处理成本，经济效益明显。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明：
实施例1
将以上组分经充分搅拌混合均匀即可。
性能检测：
1、试件强度、抗渗性测试：
原材料：根据上海地区一般场地地基土的分布特点，选用三种典型自然土分别与两种胶结材料进行搅拌，加工成加固土。三种典型自然土类型为：第②层褐黄色粉质粘土、第③1层淤泥质粉质粘土及第③2层砂质粉土。
两种胶结材料分别为本实施例中的地基加固材料和P42.5级普硅水泥，水灰比为0.45，参入量为13％。
试样制备：无侧限抗压强度试样采用内壁尺寸为直径A39.1mm、高h＝80mm的对开试模进行制样；渗透实验的试件采用内壁尺寸为直径A61.8mm、高h＝20mm的环刀试模进行制样。
试件养护：所有试件均在制备完成以后，放入水中养护直至龄期结束。
(1)、无侧限抗压强度检测结果如下表2所示：
表2 无侧限抗压强度检测结果
从表中可看出，由地基加固材料制拌的试件强度明显高于由42.5级普通硅酸盐水泥制拌的试件强度，两种胶结材料试件的同龄期无侧限抗压强度比在3.0以上，初期强度差异更加明显，这也从侧面说明本发明制备的地基加固材料的初凝时间相对较短，初期强度增长较快。从强度特性上来说，本发明的地基加固材料优于普通42.5级硅酸盐水泥。
(2)室内渗透试验
通过对制备试件进行室内渗透试验，不同龄期、不同土性的试件渗透系数如下表3所示：
表3 室内渗透试验结果
从表中可知，本发明制备的地基加固材料试件的渗透系数基本均小于42.5级普通硅酸盐水泥试件。因此，从抗渗角度考虑，本发明的地基加固材料的抗渗性优于普通硅酸盐水泥。
2、试桩性能测试
将实施例1中的地基加固材料作为试桩材料加以应用，并与42.5级普通水泥作比较，采用双轴搅拌桩的施工工艺。
(1)、场地地质条件
第①层填土，平均层厚1.28m，以粘性土为主，局部上部为杂填土，含碎石、砖块等建筑垃圾，土质松散。
第②层粉质粘土，褐黄～灰黄色，上海地区俗称“硬壳层”，平均厚度1.80m，可塑～软塑状态，中等压缩型，含氧化铁斑点和铁锰质结核，局部为粘质粉土。
第③层淤泥质粉质粘土，灰色，平均厚度4.81m，流塑状态，高等压缩性，含云母，夹薄层粘质粉土。
第③a层粘质粉土，灰色，平均厚度2.05m，结构松散，中等压缩性，含云母，夹薄层粘性土。
第④层淤泥质粘土，灰色，平均厚度6.53m，流塑状态，高等压缩性，含云母、贝壳，夹薄层及团块状粉性土
(2)试验结果：
从表中可看出，采用本发明的土基加固材料后，试桩的无侧限抗压强度比普通水泥提高了近100％。
实施例2
将以上组分经充分搅拌混合均匀即可。
测试：将本实施例中的土基加固材料(B#)和42.5级普硅水泥(A#)，施工工艺采用三轴搅拌桩，掺量为20％，水灰比为1.5，下沉速度为0.5，提升速度为1.0，流量为327，测试龄期为28天，A#和B#搅拌桩桩身结构强度如下表所示：
从表中可看出，采用土基加固材料的搅拌桩桩身结构强度明显要高于采用42.5级普硅水泥的搅拌桩的强度，其中20％掺量的固结粉搅拌桩强度为20％掺量的普硅水泥土搅拌桩强度的1.94倍左右。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (8)
1. 一种地基加固材料，其特征在于：所述地基加固材料由以下按重量百分数计的原料组成：
矿渣微粉： 30-70%
钢渣微粉： 5-20%
粉煤灰： 5-20%
脱硫副产物： 5-10%
水泥： 2-20%
添加剂A： 0.5-2%
添加剂B： 0.5-2%，
所述添加剂B为铸造粉，该铸造粉为铸造行业在模具制造过程中产生的烟气经收尘设备收集的粉尘；
所述添加剂A为游离氧化钙体积安定剂，该添加剂A由干燥的硅渣和碱性改良剂组成，按100份重量计，硅渣的含量为80-100份，碱性改良剂含量为0-20份。
2.根据权利要求1所述的地基加固材料，其特征在于：所述地基加固材料组成物总量为100wt%计，所述矿渣微粉的含量为45-60wt%。
3.根据权利要求1或2所述的地基加固材料，其特征在于：所述矿渣微粉为S95级粒化高炉矿渣微粉，其比表面积大于300 m2/kg，28d活性指数大于95%。
4.根据权利要求1所述的地基加固材料，其特征在于：所述钢渣微粉为转炉或电炉钢渣经磁选、破碎、烘干、粉磨处理制得，其比表面积≥350m2/kg， 28d活性指数不小于75%。
5.根据权利要求1所述的地基加固材料，其特征在于：所述地基加固材料组成物总量为100wt%计，所述矿渣微粉和钢渣微粉的总加入量为50-70wt%。
6.根据权利要求1所述的地基加固材料，其特征在于：所述脱硫副产物为湿法脱硫石膏或干法脱硫灰。
7.权利要求1 所述的地基加固材料在地下工程施工领域的地基土加固中的应用。
8.根据权利要求7所述的地基加固材料的应用，其特征在于：地基加固材料的掺量为加固土体重量的5-30wt%。
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