CN105130349B - 一种基于工业废渣的基坑工程止水帷幕材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以黏土/砂土和水泥为原材料，通过掺加工业废渣‑粉煤灰或者矿渣代替部分水泥，配制达到基坑工程止水帷幕‑等厚度水泥土搅拌连续墙(TRD)要求的水泥土材料。包括以下质量分数的组分：包括以下质量分数的组分：水：15％～25％，剩余为固体和水玻璃；其中水玻璃的质量为固体质量的3％；其中，固体由基料和固化剂组成，其中基料为黏土或砂土，固化剂由水泥与工业废渣、生石灰组成，并且固化剂占总质量的25％；所述工业废渣为粉煤灰或矿渣；所述固化剂中，水泥的质量分数为10％～40％；所述生石灰与工业废渣的质量分数之比为1:10～1:5。

Description

一种基于工业废渣的基坑工程止水帷幕材料
技术领域
本发明涉及土木工程领域，特别是一种用于基坑工程止水帷幕-等厚度水泥土搅拌连续墙的材料。
背景技术
目前等厚度水泥土搅拌连续墙(TRD)工法作为新技术，己被广泛应用于深大基坑的止水帷幕和截渗墙中，并取得了良好效果。并且随着基坑建设向着更大和更深的方向发展，这种工法由于其自身的优点将会有很大的应用市场。但由于其较高的造价，在推广中存在着很大的阻力。
等厚度水泥土搅拌连续墙(TRD)工法是一种日本开发的地下支护形式，凭借其墙体均匀、止水性好、厚度一致、表面平整、H型钢设置灵活等优点，在深基坑工程中越来越得到重视和应用。国内的研究大多集中在工法介绍、工法特点、工效及材料消耗数量等方面。陈晨通过现场钻墙取芯及室内三轴渗透试验的方法对TRD工法水泥土墙的渗透性进行了系统的研究表明，TRD工法优于传统的SMW工法。根据上海国际金融中心项目，李星、吴国明和王卫东等人采用国产化的TRD-E型工法主机及配套设备做了非原位试成墙试验，为上海地区乃至全国超深TRD工法设计与施工提供了参考。压汞实验在材料的孔隙分布方面有着很好的应用，是分析研究土体内孔隙定量分布的一种非常有效的方法。
在工程中，普遍采用刚性防水材料(如防渗混凝土)或者柔性防水材料(如高分子防水材料)进行防渗工程的施工，由于这两种防水材料本身都有其内在的缺陷，如刚性防水材料的变形性能较差或者说是存在脆性的缺陷，部分柔性防水材料存在刚度太小的缺陷。另外，无论哪一种防水材料，其成本都比较高，而且效果也不是很好。而水泥土属于半刚性材料，其本身具有刚性材料强度较高的优点，同时又具有柔性材料可以发生较大变形的优点，另外水泥土的施工成本较防渗混凝土和高分子防水材料低得很多，在掺加大量工业废渣后，成本还将显著下降，这就使得水泥土在防水工程中得到越来越广泛的应用。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于基坑工程止水帷幕-等厚度水泥土搅拌连续墙的水泥土材料，不仅能够达到抗压强度高的目的，还拥有优异的经济性，更能变废为宝，节约资源减少污染，从而为TRD的进一步发展甚至对基坑支护的发展提供一定的参考。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于工业废渣的基坑工程止水帷幕材料，包括以下质量分数的组分：水：15％～25％，剩余为固体和水玻璃；其中水玻璃的质量为固体质量的3％；其中，固体由基料和固化剂组成，其中基料为黏土或砂土，固化剂由水泥与工业废渣、生石灰组成，并且固化剂占总质量的25％；所述工业废渣为粉煤灰或矿渣；所述固化剂中，水泥的质量分数为10％～40％；所述生石灰与工业废渣的质量分数之比为1:10～1:5。
进一步的，在本发明中，所述生石灰与工业废渣的质量分数之比为15:100。
利用上述组分配制达到基坑工程止水帷幕-等厚度水泥土搅拌连续墙(TRD)要求的的水泥土材料，以便应用于工程实际。
粉煤灰和高炉矿渣均属于火山灰物质，其活性需要碱性物质激发，考虑工程实际选用生石灰(CaO)，参考如下文献：林振荣,张程博,杨友全.掺加矿渣的土聚水泥的研究.[J].21世纪建筑材料,2009,5(1):17-18，优选设置生石灰的添加量为粉煤灰或矿渣的质量的15％。
水玻璃作为早强剂使用，参考如下文献：庞文台.掺合粉煤灰的复合水泥土力学性能及耐久性试验研究.内蒙古农业大学博士学位论文，水玻璃的掺量设定为土样质量的3％。
有益效果：
本发明可选用的工业废渣有粉煤灰和矿渣两类；其中在传统的水泥和生石灰组成的固化土中加入粉煤灰，粉煤灰不仅起到密实土体、增加土体强度的作用；在一定条件下，粉煤灰自身也可以参与化学反应来增强土体强度，研究表明当土体PH值达到13.2时，粉煤灰被激发，并与土体内的氢氧化钙发生火山灰作用，俗称“二次反应”，生成与水泥水化作用生成物类似的生成物，将大大提高固化土强度；
而矿渣中具有较多的玻璃体，其含量越高，矿渣活性也越高。如矿渣结构中玻璃体的聚合度较低，易被碱激发，水化速度快，所以矿渣多用做水泥混凝土材料的掺加成分，以提高水泥混凝土的早期强度。
基于上面的结论，考虑到经济性原则，并综合考虑养护龄期、水固比(水与固化剂的质量之比)、掺入比(水泥占固化剂的质量分数)、拌合土料和固化剂，经过多角度理论研究与试验测试，最终获得既能满足强度和渗透性的要求、也能降低工程造价的配比；与现有技术相比，本发明在达到相同强度的前提下，能够降低工程费用，同时减少粉煤灰/矿渣对环境的污染。
附图说明
图1 28d黏土试样渗透系数与水泥掺入比的关系；
图2 28d砂土试样渗透系数与水泥掺入比的关系；
图3 28d黏土试样无侧限抗压强度与水泥掺入比的关系；
图4 28d砂土试样无侧限抗压强度与水泥掺入比的关系；
图5 28d添加粉煤灰的砂土试样渗透系数与水固比的关系；
图6 28d添加粉煤灰的黏土试样渗透系数与水固比的关系；
图7 28d添加粉煤灰的黏土试样无侧限抗压强度与水固比的关系；
图8 28d添加粉煤灰的砂土试样无侧限抗压强度与水固比的关系。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明所述的水泥土材料是以黏土/砂土和水泥为原材料，通过掺加工业废渣-粉煤灰或者矿渣代替部分水泥，配制具有低渗透性的水泥土材料，包括以下质量分数的组分：水：15％～25％，剩余为固体和水玻璃；其中水玻璃的质量为固体质量的3％；其中，固体由基料和固化剂组成，其中基料为黏土或砂土，固化剂由水泥与工业废渣、生石灰组成，并且固化剂占总质量的25％；所述工业废渣为粉煤灰或矿渣；所述固化剂中，水泥的质量分数为10％～40％；所述生石灰与工业废渣的质量分数之比为15:100。
具体的配比可以在本发明提供的范围内，根据综合考虑的经济性和强度要求，进行几组不同的室内配合比试验，确定最优配比。
实施例中的原材料：
黏土：东南大学九龙湖校区土木交通大楼施工场地；
砂土：厦门艾思欧公司标准砂有限公司生产的ISO标准砂，满足GB178-1997，其规格为1350±5g袋装；
水泥：徐州矿务局水泥厂生产的普通硅酸盐水泥(425#)；
粉煤灰：徐州电厂所生产的F类、Ⅰ级粉煤灰；
矿渣：南京钢铁厂生产的高炉矿渣；
生石灰：南京化学试剂有限公司生产的生石灰；
水玻璃：成都市科龙化工试剂厂生产的硅酸钠。
在该实施例中，对于设计的指标要求是：对于黏土，抗压强度不低于0.8MPa，28天的渗透系数不低于10-7cm/s；对于砂土，抗压强度不低于0.2MPa，28天的渗透系数不低于10-4cm/s，流动性良好，水稳定性良好、且经济性高的水泥土材料。
该实施例中，分为两组试验，第一组为黏土，第二组为砂土；两组试验分别采用对比分析，龄期分别是7d、14d、28d，d表示天。试验过程中，根据现有文献，固定固化剂、水玻璃的质量分数、以及生石灰与工业废渣的质量分数之比，在各自的质量分数范围内调整水与固化剂之间的比例、水泥占固化剂的质量分数，并辅以相应质量分数的不同基料，具体如下：水与固化剂的质量之比即水固比分别是0.6、0.8、1，水泥占固化剂的质量分数为10％、20％、30％、40％，工业废渣为粉煤灰或矿渣。经多次调整，最后的试验结果如说明书附图1～附图8所示。
最终从图中可以看出，对于本实施例，综合考虑渗透性能和强度特性，对于黏土，最佳水泥掺入比即水泥占固化剂的质量分数为30％，最佳水固比0.6，工业废渣选用粉煤灰最佳；对于砂土，最佳水泥掺入比40％，最佳水固比0.6，工业废渣选用粉煤灰最佳。该配比既能满足该实施例中的抗压强度和渗透性能的要求，还能够降低工程造价。

Claims (2)

1.一种基于工业废渣的基坑工程止水帷幕材料，其特征在于：包括以下质量分数的组分：水：15％～25％，剩余为固体和水玻璃；其中水玻璃的质量为固体质量的3％；其中，固体由基料和固化剂组成，其中基料为黏土或砂土，固化剂由水泥与工业废渣、生石灰组成，并且固化剂占总质量的25％；所述工业废渣为粉煤灰或矿渣；所述固化剂中，水泥的质量分数为10％～40％；所述生石灰与工业废渣的质量分数之比为1:10～1:5。
2.根据权利要求1所述的基于工业废渣的基坑工程止水帷幕材料，其特征在于：所述生石灰与工业废渣的质量分数之比为15:100。
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