CN105777052A - 一种自凝自稳复合土，形成工艺及装置 - Google Patents

一种自凝自稳复合土，形成工艺及装置 Download PDF

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Abstract

一种自凝自稳复合土，形成工艺及装置。本发明公开了一种自凝自稳复合土，该复合土膨润土浆，水泥，砂，水玻璃，粉煤灰，钛白石膏，聚硅氧烷树脂，氮化硼。其工艺是在桩孔内膨润土浆体采用气动搅拌充分之后，按照顺序投放原料后进行气动混合搅拌，最后复合土依次经过抽真空、升压、恒压和降压后，对桩孔孔口用30cm湿土覆盖保护。本发明还提供一种气动搅拌器，具体两根平行设置的出气管，出气管的中间经支撑管连接，使形成“工”字形，支撑管上部设置有连接钢管，出气管上等距离设置有气眼。本发明操作简单，成本投入低，见效快，能够与基桩施工穿插进行而不影响主要施工作业流程，对废弃泥浆外排的环境污染因素进行有效控制，防止因桩孔孔壁坍塌而导致基桩施工无法正常进行的情况。

Description

一种自凝自稳复合土，形成工艺及装置
技术领域
本发明专利涉及基础施工过程中对施工产生的废弃泥浆通过技术手段处理以形成具有一定强度的复合土体，尤其涉及到在桩基施工过程中，为避免废弃泥浆对环境的污染以及基桩形成后其空孔部分土体坍塌所采取的处理方式。
背景技术
近年来，伴随着城区建设的不断发展，具备各自不同使用功能的建筑物、构筑物在土地资源有限的情况下，进一步向更深处的地下空间方向发展。以基础施工为例，随着超高层建筑物的日趋增多，其建筑物地下室结构埋深往往高达数十米，采用泥浆护壁方式的桩基施工工艺时，在基桩浇筑完成之后，桩顶标高以上空孔段泥浆长时间置于孔内，孔内废弃泥浆不仅体量大而且性能差，二次回收利用的可能性小，回收后空孔段孔壁会出现坍塌现象且回收成本较高，同时，在土方开挖之时，泥浆混入土体之中，在运输及堆放过程中容易造成环境污染；另外，受地下室基础结构设计埋深要求影响，埋深愈深，搁置时间愈长，孔内废弃泥浆的护壁效果愈差，基桩空孔段四周土体容易出现坍塌导致周边基桩无法完成施工。鉴于目前基桩大多位于地面以下较深位置，属隐蔽工程，施工单位的管理水平及经验参差不齐，加之地质条件复杂且对建设环保型社会的需求逐步增加，目前尚无一套可以同时解决上述环保及技术问题的方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是将基桩浇筑完毕后的孔内膨润土泥浆，通过水泥、砂、水玻璃等材料按一定配比搅拌后混合而制成具有一定强度的新型复合土，其操作简单，方式迅捷，成本较低且实用性强，主要用于采用泥浆护壁方式成孔的基桩施工过程之中。采用上述技术手段而形成的复合土，一是可以解决土方开挖时空孔段泥浆所造成的环境污染问题，二是将基桩形成后的空孔段泥浆经处理后形成具有一定强度的复合土，对周边孔壁起到支撑作用，避免出现塌孔现象。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种自凝自稳复合土，按重量份计，该复合土包括如下重量份的原料组成：膨润土浆300份-500份，水泥200份-300份，砂200份-300份，水玻璃30份-40份，粉煤灰120-150份，钛白石膏80份-100份，聚硅氧烷树脂50份-70份，氮化硼10份-20份。气动搅拌后混合而成，在较短时间内基本完成絮凝反应，随着时间的推移逐步完成终凝，强度达到0.5MPa—1MPa，以形成具备自凝自稳条件的复合土。
进一步优选为按重量份计，该复合土包括如下重量份的原料组成：膨润土浆380份，水泥260份，砂240份，水玻璃35份，粉煤灰120份，钛白石膏88份，聚硅氧烷树脂60份，氮化硼17份。
所述的膨润土浆是由膨润土，CMC、纯碱、赤泥、水按质量比为10：1-2：0.5-2：2-3：10-20混合而成的。
所述的水泥为普通硅酸盐水泥；所述的钛白石膏粒度为300-500目，比表面积为800m2/kg以上；粉煤灰为不同粒径的粉煤灰组成，最大颗粒粒径为12mm，其中12mm到8mm占5-12％，8mm以下占50％以上，1mm以下占30％以上。上述粒度能使钛白石膏发挥其作用，使其与其他物料充分反应。若料浆细度较低，料浆的黏性或稠度过大，流动性变差，复合土易膨胀。
本发明复合土配方中，聚硅氧烷树脂具有连接各个物料的作用力，同时具有填孔的作用，在混合的过程中，因表面积大，粒度小，易于填补物料与物料之间的空隙，同时增强物料之间的结合力。
氮化硼具有增强物料的应当，待形成成品后，增强骨料骨架支撑力的作用。
钛白石膏表面积大，具有较强的吸附性，与粉煤灰、水泥、水玻璃等掺混后，作为中间粘合剂，增强物料之间的结合作用力。
膨润土浆中添加赤泥主要因赤泥中含有β-硅酸二钙、α-水化氧化铝、铝酸三钙和方解石等矿物，其中CaO和Al2O3含量都非常高，进一步再与钛白石膏、氮化硼、聚硅氧烷树脂的作用下，能够生成大量水化硅酸钙凝胶、钙矾石晶体、硅灰石膏和其他类沸石类矿物，其中硅灰石膏和钙矾石晶体都属于高结晶水矿物，可以加速后期固结过程，形成密实固结体。
膨润土浆中加碱，使其具有较高的碱度，且经长时间贮存后，各物料初步进行了水化反应，使凝胶数量较多。
膨润土浆的掺入克服了砂、水泥、水玻璃活性低及其料浆粘性差的问题。
本发明在上述配方下还提供一种自凝自稳复合土的形成工艺，包括如下步骤：
(1)在桩孔内设置高压风管，高压风管底部连接气动搅拌器，高压风管上部与空气压缩机连接空气压缩机的排气量为3.0-8.0m3/min，高压风管至桩孔下部的基桩距离为3-5米；
(2)启动气动搅拌器，经高压风搅拌20min后，往桩孔内加入膨润土浆，搅拌10-15min，控制膨润土浆体的黏度为25S-45S；
(3)再依次投入水泥、砂、粉煤灰、氮化硼、聚硅氧烷树脂、钛白石膏、水玻璃至桩孔，其中聚硅氧烷树脂、钛白石膏、水玻璃分两次添加，第一次各种倒入计划用量的三分之二，高压风搅拌30min后，再按水玻璃、聚硅氧烷树脂、钛白石膏的顺序各自再加入剩余用量的三分之一，加料过程在2h内结束；
在上述加料顺序下，各个物料能充分接触，使复合土的凝结更快，更稳定。
(4)加料结束后，继续用高压风搅拌30min，并对气动搅拌器进行上下提升活动，以确保搅拌均匀，施工完毕后对形成的复合土进行加压养护，使复合土依次经过抽真空、升压、恒压和降压后，对桩孔孔口用30cm湿土覆盖保护，即可完成对自凝自稳复合土的形成。所述的步骤(4)中，经空气压缩机将桩孔内抽真空后，压力控制为-0.08—-0.07MPa；再向桩孔内送风，在20-25min内升至1MPa；继续升压，在20-25min内升至2MPa；进一步升压，在30-45min内升至3.5MPa；在3.5MPa下维持1-2h；然后降压，在35-40min内降压至常压。
经抽真空、升压、恒压、降压后，复合土稳定性更强。
本发明还提供一种自凝自稳复合土的形成工艺过程中所用的气动搅拌器，所述的气动搅拌器包括两根平行设置的出气管，出气管的中间经支撑管连接，使形成“工”字形，支撑管上部设置有连接钢管，出气管上等距离设置有气眼。
出气管的两端封堵，出气管上的气眼的直径为出气管直径的1/5-1/10，气眼之间的距离为60mm-100mm。
连接钢管与支撑管、连接钢管贯通，连接钢管与高压风管连接。
出气管与支撑管等直径，均为50mm-70mm；出气管长度为300mm-500mm；支撑管长度为150mm-250mm；连接钢管的长度为25mm-40mm，连接钢管的直径为20mm-30mm。
本发明操作简单，成本投入低，见效快，能够与基桩施工穿插进行而不影响主要施工作业流程，对废弃泥浆外排的环境污染因素进行有效控制，防止因桩孔孔壁坍塌而导致基桩施工无法正常进行的情况，确保了设备及人员作业安全，较好的降低了项目文明施工的压力，减少了项目管理成本。
附图说明
图1是气动搅拌器制作示意图。
图2是自凝自稳复合土形成的工艺流程。
图3是在桩孔中具体操作的示意图。
图中标号：
1出气管，2支撑管，3气眼，4连接钢管，5高压风管，6空气压缩机，7气动搅拌器，8水泥砂浆混合体，9水玻璃，10桩孔内膨润土浆，11基桩。
具体实施方式
实施例1
在形成自凝自稳复合土前必须通过现场试验确定各掺料的施工配合比，通过现场孔内的膨润土浆体的实际黏度指标，调整不同的水泥、砂及水玻璃的用量，其初凝及终凝时间最短的配比为现场施工配合比。
自凝自稳复合土配方，膨润土浆380kg，水泥260kg，砂240kg，水玻璃35kg，粉煤灰120kg，钛白石膏88kg，聚硅氧烷树脂60kg，氮化硼17kg。
膨润土浆是由膨润土，CMC、纯碱、赤泥、水按质量比为10：1：1：2：20混合而成的。述的水泥为普通硅酸盐水泥；所述的钛白石膏粒度为500目，比表面积为850m2/kg；粉煤灰为不同粒径的粉煤灰组成，最大颗粒粒径为12mm，其中12mm到8mm占8％，8mm以下占60％，1mm以下占32％。
自凝自稳复合土的形成工艺，包括如下步骤：
(1)在桩孔内设置高压风管，高压风管底部连接气动搅拌器，高压风管上部与空气压缩机连接空气压缩机的排气量为3.0m3/min，高压风管至桩孔下部的基桩距离为4米；
(2)启动气动搅拌器，经高压风搅拌20min后，往桩孔内加入膨润土浆，搅拌10-15min，控制膨润土浆体的黏度为30S；
(3)再依次投入水泥、砂、粉煤灰、氮化硼、聚硅氧烷树脂、钛白石膏、水玻璃至桩孔，其中聚硅氧烷树脂、钛白石膏、水玻璃分两次添加，第一次各种倒入计划用量的三分之二，高压风搅拌30min后，再按水玻璃、聚硅氧烷树脂、钛白石膏的顺序各自再加入剩余用量的三分之一，加料过程在2h内结束；
(4)加料结束后，继续用高压风搅拌30min，并对气动搅拌器进行上下提升活动，以确保搅拌均匀，施工完毕后对形成的复合土进行加压养护，使复合土依次经过抽真空、升压、恒压和降压后，对桩孔孔口用30cm湿土覆盖保护，即可完成对自凝自稳复合土的形成。所述的步骤(4)中，经空气压缩机将桩孔内抽真空后，压力控制为-0.08MPa；再向桩孔内送风，在20-25min内升至1MPa；继续升压，在20-25min内升至2MPa；进一步升压，在30-45min内升至3.5MPa；在3.5MPa下维持1-2h；然后降压，在35-40min内降压至常压。
采用上述技术方案得到的自凝自稳复合土其初凝时间为20min，终凝时间为55min，其他指标如下：最大干密度为2.15kg/m3；含水率为5.1％，抗压强度为4.5MPa。
实施例2
自凝自稳复合土配方，膨润土浆500kg，水泥200kg，砂200kg，水玻璃40kg，粉煤灰150kg，钛白石膏95kg，聚硅氧烷树脂50kg，氮化硼10kg。
膨润土浆是由膨润土，CMC、纯碱、赤泥、水按质量比为10：1.8：0.5：2.8：12混合而成的。
述的水泥为普通硅酸盐水泥；所述的钛白石膏粒度为300目，比表面积为800m2/kg；粉煤灰为不同粒径的粉煤灰组成，最大颗粒粒径为12mm，其中12mm到8mm占12％，8mm以下占72％，1mm以下占16％。
自凝自稳复合土的形成工艺，包括如下步骤：
(1)在桩孔内设置高压风管，高压风管底部连接气动搅拌器，高压风管上部与空气压缩机连接空气压缩机的排气量为5m3/min，高压风管至桩孔下部的基桩距离为5米；
(2)启动气动搅拌器，经高压风搅拌20min后，往桩孔内加入膨润土浆，搅拌10-15min，控制膨润土浆体的黏度为45S；
(3)再依次投入水泥、砂、粉煤灰、氮化硼、聚硅氧烷树脂、钛白石膏、水玻璃至桩孔，其中聚硅氧烷树脂、钛白石膏、水玻璃分两次添加，第一次各种倒入计划用量的三分之二，高压风搅拌30min后，再按水玻璃、聚硅氧烷树脂、钛白石膏的顺序各自再加入剩余用量的三分之一，加料过程在2h内结束；
(4)加料结束后，继续用高压风搅拌30min，并对气动搅拌器进行上下提升活动，以确保搅拌均匀，施工完毕后对形成的复合土进行加压养护，使复合土依次经过抽真空、升压、恒压和降压后，对桩孔孔口用30cm湿土覆盖保护，即可完成对自凝自稳复合土的形成。所述的步骤(4)中，经空气压缩机将桩孔内抽真空后，压力控制为-0.07MPa；再向桩孔内送风，在20-25min内升至1MPa；继续升压，在20-25min内升至2MPa；进一步升压，在30-45min内升至3.5MPa；在3.5MPa下维持1-2h；然后降压，在35-40min内降压至常压。
采用上述技术方案得到的自凝自稳复合土其初凝时间为28min，终凝时间为70min，其他指标如下：最大干密度为2.5kg/m3；含水率为4.8％，抗压强度为3.9MPa。
实施例3
自凝自稳复合土的形成工艺过程中所用的气动搅拌器，所述的气动搅拌器包括两根平行设置的出气管1，出气管1的中间经支撑管2连接，使形成“工”字形，支撑管2上部设置有连接钢管4，出气管1上等距离设置有气眼3。
出气管1的两端封堵，出气管1上的气眼3的直径为出气管1直径的1/6，气眼3之间的距离为100mm。
连接钢管4与支撑管2、连接钢管4贯通，连接钢管4与高压风管5连接。
出气管1与支撑管2等直径，均为60mm；出气管1长度为500mm；支撑管2长度为200mm；连接钢管4的长度为30mm，连接钢管4的直径为25mm。

Claims (10)

1.一种自凝自稳复合土，其特征在于，按重量份计，该复合土包括如下重量份的原料组成：膨润土浆300份-500份，水泥200份-300份，砂200份-300份，水玻璃30份-40份，粉煤灰120-150份，钛白石膏80份-100份，聚硅氧烷树脂50份-70份，氮化硼10份-20份。
2.权利要求1所述的自凝自稳复合土，其特征在于，按重量份计，该复合土包括如下重量份的原料组成：膨润土浆380份，水泥260份，砂240份，水玻璃35份，粉煤灰120份，钛白石膏88份，聚硅氧烷树脂60份，氮化硼17份。
3.权利要求1或2任一项所述的自凝自稳复合土，其特征在于，膨润土浆是由膨润土，CMC、纯碱、赤泥、水按质量比为10：1-2：0.5-2：2-3：10-20混合而成的。
4.权利要求1或2任一项所述的自凝自稳复合土，其特征在于，所述的水泥为普通硅酸盐水泥；所述的钛白石膏粒度为300-500目，比表面积为800m2/kg以上；粉煤灰为不同粒径的粉煤灰组成，最大颗粒粒径为12mm，其中12mm到8mm占5-12％，8mm以下占50％以上，1mm以下占30％以上。
5.权利要求1-4任一项所述的自凝自稳复合土的形成工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在桩孔内设置高压风管，高压风管底部连接气动搅拌器，高压风管上部与空气压缩机连接空气压缩机的排气量为3.0-8.0m3/min，高压风管至桩孔下部的基桩距离为3-5米；
(2)启动气动搅拌器，经高压风搅拌20min后，往桩孔内加入膨润土浆，搅拌10-15min，控制膨润土浆体的黏度为25S-45S；
(3)再依次投入水泥、砂、粉煤灰、氮化硼、聚硅氧烷树脂、钛白石膏、水玻璃至桩孔，其中聚硅氧烷树脂、钛白石膏、水玻璃分两次添加，第一次各种倒入计划用量的三分之二，高压风搅拌30min后，再按水玻璃、聚硅氧烷树脂、钛白石膏的顺序各自再加入剩余用量的三分之一，加料过程在2h内结束；
(4)加料结束后，继续用高压风搅拌30min，并对气动搅拌器进行上下提升活动，以确保搅拌均匀，施工完毕后对形成的复合土进行加压养护，使复合土依次经过抽真空、升压、恒压和降压后，对桩孔孔口用30cm湿土覆盖保护，即可完成对MCNa型自凝自稳复合土的形成。
6.权利要求5所述的自凝自稳复合土的形成工艺，其特征在于，所述的步骤(4)中，经空气压缩机将桩孔内抽真空后，压力控制为-0.08—-0.07MPa；再向桩孔内送风，在20-25min内升至1MPa；继续升压，在20-25min内升至2MPa；进一步升压，在30-45min内升至3.5MPa；在3.5MPa下维持1-2h；然后降压，在35-40min内降压至常压。
7.权利要求5所述的自凝自稳复合土的形成工艺过程中所用的气动搅拌器，其特征在于，所述的气动搅拌器包括两根平行设置的出气管(1)，出气管(1)的中间经支撑管(2)连接，使形成“工”字形，支撑管(2)上部设置有连接钢管(4)，出气管(1)上等距离设置有气眼(3)。
8.权利要求7所述的气动搅拌器，其特征在于，出气管(1)的两端封堵，出气管(1)上的气眼(3)的直径为出气管(1)直径的1/5-1/10，气眼(3)之间的距离为60mm-100mm。
9.权利要求7所述的气动搅拌器，其特征在于，连接钢管(4)与支撑管(2)、连接钢管(4)贯通，连接钢管(4)与高压风管(5)连接。
10.权利要求7所述的气动搅拌器，其特征在于，出气管(1)与支撑管(2)等直径，均为50mm-70mm；出气管(1)长度为300mm-500mm；支撑管(2)长度为150mm-250mm；连接钢管(4)的长度为25mm-40mm，连接钢管(4)的直径为20mm-30mm。
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