CN105819769A - 一种透水性水泥土的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种透水性水泥土的制备方法，利用磷酸二氢钙的弱酸性和偏高岭土对水泥材料的激发性能，将其用作水泥土的复合改性材料，在合适的掺入范围内(磷酸二氢钙和偏高岭土掺入范围分别为0.5％‑1.5％和1％‑5％，二者最优比值为1/3‑1/2)，能够将水泥土的渗透系数从1E‑9cm/s或1E‑8cm/s提升至1E‑6cm/s，提升倍数为100‑1000倍；同时能使水泥土强度提高10％左右。磷酸二氢钙和偏高岭土复合添加材料能够保证水泥土强度的同时，还能大幅度提高其渗透性能。此外，透水性水泥土现场施工方法简单，可直接嫁接常规水泥土搅拌桩的施工工艺，具有巨大的工程实用价值，能得到快速推广和大量应用。

Description

一种透水性水泥土的制备方法
技术领域
本发明是一种利用磷酸二氢钙和偏高岭土制备透水性水泥土的方法，适用于软粘土地区，属于交通运输工程和土木工程中地基处理技术领域。
背景技术
随着我国沿海大开发战略的实施，各种大型基础设施正在大兴建设。由于特殊地理环境和复杂地质条件，在修建过程中不可避免的会遇到各种软弱地基，需要对其进行相应的处理，以确保修建过程中的安全性和后续运营中的使用性。其中，由于水泥土搅拌处理方法具有加固效果明显、造价低且施工便捷等优点，已经在软基处理中得到了广泛的应用。
近年来，为了进一步优化和提高水泥土搅拌处理方法，已有不少学者在水泥土材料上进行了一些创新。如肖朝昀(公开号CN 102976643A)提出一种水泥土新型胶凝材料，其主要由水泥、石粉以及自由水按照重量比10-20∶10-20∶5-13混合搅拌而成。采用上述技术方案后可提高水泥土密实程度，促进水泥水化，诱导水化物析晶，进而显著提高水泥土强度；赵红平(公开号CN 103833297A)提出可以使用天然纤维和纳米材料来协同改善水泥土的性能；上述两种材料掺入后，可以明显提高提高水泥土的韧性和强度，有效地解决单独加入外加剂或纤维后给水泥土带来的韧性或强度上的缺陷，可广泛应用于路基工程、护坡工程和地基加固工程等。王强(公开号CN 103880374A)发现向水泥土中掺入脱硫石膏、粉煤灰、高效减水剂及聚丙烯纤维等材料，可以提高其抗拉强度、抗弯强度、抗折强度、抗扭强度以及抗裂性、抗渗透性且早期强度高，同时由于掺加了脱硫石膏等工业废料，可以达到节能、降本、环保、利废的目的，符合节能减排的要求。虽然经过上述材料创新，水泥土的强度和韧性得到大幅度提高，但是水泥土的渗透性能并没有明显改善，即不能制备透水性水泥土。水泥土的透水性能在软基加固中具有很重要的意义，其能够加快软基固结，迅速提高软基承载力。
围绕透水性水泥土这一主题，本发现以廉价的磷酸二氢钙和偏高岭土为基础材料，将其用作水泥土的复合添加材料，在合适掺入比的前提下，其使得水泥土既能满足强度要求，又能提高其渗透性能，即实现透水性水泥土的目标。
发明内容
技术问题：针对水泥土不具备良好的透水性能，不能达到加快软基固结的目的，本发明提供一种透水性水泥土的制备方法，以保证水泥土既能满足强度要求，又能具备良好的渗透性能，即实现透水性水泥土的目标。
技术方案：本发明是一种透水性水泥土的制备方法，以磷酸二氢钙和偏高岭土为基础材料，利用磷酸二氢钙的腐蚀性，以确保水泥土内部具有联通的渗流通道，提高其渗透性能；同时基于偏高岭土对水泥材料的激发性，其能够加快水泥自身的水化反应能力，以提高水泥土的强度性能；将上述两种材料联合用作水泥土添加剂，以保证水泥土既能满足强度要求，又能具备良好的渗透性能，即实现透水性水泥土的目标。利用水泥土搅拌桩加固软粘土地基时，
采用的水泥掺量即水泥质量与湿土质量之比在15％-20％之间；
磷酸二氢钙和偏高岭土用作水泥土添加材料，其掺量即磷酸二氢钙和偏高岭土的质量与湿土质量之比，分别位于0.5％-1.5％和1％-5％之间。
所述的磷酸二氢钙和偏高岭土，其掺量最优比值为1/3-1/2，在这种掺入比下，水泥土的强度和渗透性能处于最优状态。
有益效果：磷酸二氢钙和偏高岭土材料添加以后(均在合适的掺入范围之内)，能够使得水泥土内部具有联通的渗透通道，其能快速提高水泥土的渗透性能，渗透系数从1E-9cm/s或者1E-8cm/s提升至1E-6cm/s，提升倍数为100-1000倍；此外，水泥土的抗压强度略微增加，增大幅度为5％。上述两种材料的联合使用，能够使得水泥土在满足强度要求的同时，亦能提高渗透性能，具有巨大的工程实用价值，能够得到快速推广和大量应用。
具体实施方式
本发明以磷酸二氢钙和偏高岭土为基础材料，利用磷酸二氢钙的腐蚀性，以确保水泥土内部具有联通的渗流通道，提高其渗透性能；同时基于偏高岭土对水泥材料的激发性，其能够加快水泥自身的水化反应能力，以提高水泥土的强度性能。将上述两种材料联合用作水泥土添加剂，以保证水泥土既能满足强度要求，又能具备良好的渗透性能，即实现透水性水泥土的目标。利用水泥土搅拌桩加固软粘土地基时，常采用的水泥掺量(水泥质量与湿土质量之比)在15％-20％之间。将磷酸二氢钙和偏高岭土用作水泥土添加材料时，均有一个合适的掺入范围，分别为0.5％-1.5％和1％-5％(定义为磷酸二氢钙和偏高岭土的质量与湿土质量之比)，因为过多或过少的磷酸二氢钙/偏高岭土掺入，均不能使得水泥土同时兼备高强度和高渗透性。其中，在上述合适的掺入范围之内，还有一个最优的磷酸二氢钙和偏高岭土的比值，为1/3-1/2之间，在这种掺入比下，水泥土的强度和渗透性能处于最优状态。
磷酸二氢钙这一材料具有弱酸性，其能够腐蚀部分水泥土，使得水泥土内部具有联通的渗透通道，以提高渗透系数；
偏高岭土材料能够激发水泥自身的水化反应，在与磷酸二氢钙联合使用后，确保能够在提升水泥土渗透性能的同时，还能保证水泥土的强度；
在合适的磷酸二氢钙掺量和偏高岭土掺量情况下，水泥土的渗透系数能从1E-9cm/s或1E-8cm/s提升至1E-6cm/s，提升倍数为100-1000倍，同时水泥土的强度提升10％左右。
室内试验选用连云港典型的海相粘土，取自江苏省灌云县埒子口大桥桥头，其基本的物理指标如下表1所示。水泥土搅拌桩的水泥掺入量(水泥质量与湿土质量之比)为18％；磷酸二氢钙的掺入比(干质量与湿土质量之比)有3种，分别为0％、0.5％以及1％，而偏高岭土的掺入比(干质量与湿土质量之比)为0％和3％；海相淤泥初始含水率为70％(水的质量与干土质量之比)。
以PVC管为制样工具，采用室内振动法制备水泥土试样，然后至于标准养护室(温度控制在20±2℃范围而湿度变化范围为95±2％)内，养护7d、14d以及28d。标准养护结束以后，采用无侧限抗压强度试验测量水泥土试样的抗压强度，而利用柔性壁渗透仪测试渗透系数。
表1连云港海相黏土基本物理指标
抗压强度试验结果可知，当偏高岭土掺量和磷酸二氢钙钙掺量逐渐增加时，无侧限抗压强度和强度提升倍数增长很迅速。例如磷酸二氢钙掺量为1％且养护龄期为28d时，当偏高岭土掺量从0％增加至3％时，抗压强度从2.45MPa提升至2.75MPa，强度增长10％。采用偏高岭土和磷酸二氢钙联合固化该软土时，水泥土的强度略有提升。
柔性壁渗透试验结果中可知，当偏高岭土材料为0％或者3％，酸性磷酸钙掺量从0％增加至1％时，水泥土试样的渗透系数迅速增加，渗透系数从1E-9cm/s或1E-8cm/s增加至1E-6cm/s左右，提升倍数为100-1000倍。
综合抗压强度试验结果与渗透试验结果，表明磷酸二氢钙和偏高岭土复合材料的添加，能够保证水泥土强度，还能提升水泥土的透水性能，实现水泥土的透水性。
现场施工方式
关于透水性水泥土在现场工程中的应用，主要是利用现有搅拌桩施工机械，嫁接常规水泥土搅拌桩的施工工艺。具体的现场施工方式可以分为以下几个步骤：
a根据起始设计要求，确定合适的水泥掺入量，然后向水泥中添加磷酸二氢钙和偏高岭土材料，将它们充分混合搅拌，使其达到均匀状态；
b平整场地；起重机悬吊搅拌桩机到指定桩位并对中；
c启动搅拌桩施工机械，搅拌土体，控制下沉速度，使得搅拌头下沉至底部设计标高；
d从底部设计标高处开始上提，同时喷射水泥、磷酸二氢钙和偏高岭土复合混合物。施工过程中控制上提和喷灰速度，以确保搅拌桩的均匀性；
e搅拌桩机持续上升至地表或设计标高；施工完成后，将搅拌桩基撤出施工场地。

Claims (2)

1.一种透水性水泥土的制备方法，其特征在于：以磷酸二氢钙和偏高岭土为基础材料，利用磷酸二氢钙的腐蚀性，以确保水泥土内部具有联通的渗流通道，提高其渗透性能；同时基于偏高岭土对水泥材料的激发性，其能够加快水泥自身的水化反应能力，以提高水泥土的强度性能；将上述两种材料联合用作水泥土添加剂，以保证水泥土既能满足强度要求，又能具备良好的渗透性能，即实现透水性水泥土的目标。利用水泥土搅拌桩加固软粘土地基时，
采用的水泥掺量即水泥质量与湿土质量之比在15％-20％之间；
磷酸二氢钙和偏高岭土用作水泥土添加材料，其掺量即磷酸二氢钙和偏高岭土的质量与湿土质量之比，分别位于0.5％-1.5％和1％-5％之间。
2.根据权利要求1所述的一种透水性水泥土的制备方法，其特征在于：所述的磷酸二氢钙和偏高岭土，其掺量最优比值为1/3-1/2，在这种掺入比下，水泥土的强度和渗透性能处于最优状态。
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