CN107384437A - 在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂，它是由下述重量份的原料组成的：硅溶胶分散液10‑17、聚乙烯醇3‑4、丙烯酰胺10‑18、硫酸钠7‑10、椰油酸二乙醇酰胺3‑4、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.6‑1、肉豆蔻酸钠皂2‑3、磷酸钙25‑30、过硫酸铵0.3‑0.4，本发明的土壤固化剂将多种无机材料、有机材料经过共混相容处理后，具有在常温下能够直接胶结土体中土壤颗粒表面或能够与粘土矿物质反应生成胶凝物质的作用，可以改变土壤的组成和土体的工程性质，从而提高土体的强度，改善土质的压实性。

Description

在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑领域，具体涉及在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂及其制备方法。

背景技术

在房屋、桥梁、公路等建筑施工中遇到软性地基时需要采用高压旋喷桩工艺增强地基强度才能进行后续施工，在高压旋喷桩施工时加入土壤固化剂能够大量节约水泥用量，增强高压旋喷桩的强度，也可用于建筑地下挡水墙施工；

其施工原理是将水泥与清水按照1:1的比例混合搅拌成水泥浆，以20-40Mpa的压力使用注浆机根据设计要求注入地下软土质地基，利用高压旋喷水泥浆冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的。广泛应用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉质粘土、亚粘土、 粉土、砂土、黄土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多种土层的地基基础施工项目，也可用于建筑抗渗墙施工中；

然而，目前土壤固化剂的固化和硬化效果仍不够理想，无法达到现代人对土壤固化剂的性能要求，且成品固化剂因为含有多种无机物、有机物共混，成品的稳定性较差，保质期短，不利于土壤固化剂的推广和应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中土壤固化剂的固化和硬化效果不好、且成品固化剂因为含有多种无机物、有机物共混，成品的稳定性较差，保质期短的问题，提供在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂，它是由下述重量份的原料组成的：

硅溶胶分散液10-17、聚乙烯醇3-4、丙烯酰胺10-18、硫酸钠7-10、椰油酸二乙醇酰胺3-4、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.6-1、肉豆蔻酸钠皂2-3、磷酸钙25-30、过硫酸铵0.3-0.4。

所述的硅溶胶分散液是由下述重量份的原料组成的；

正硅酸乙酯18-20、麦饭石粉2-3、聚磷酸铵1-2、烷基酚聚氧乙烯醚0.1-0.13、棕榈蜡3-4、季戊四醇6-7、乙酸异丁酸蔗糖酯0.1-0.2。

3、根据权利要求2所述的在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂，其特征在于，所述的硅溶胶分散液的制备方法包括以下步骤：

（1）取季戊四醇，加入到其重量20-30倍的去离子水中，加入棕榈蜡，在85-90℃下保温搅拌15-20分钟，得醇溶液；

（2）取麦饭石粉、乙酸异丁酸蔗糖酯混合，在70-75℃下保温搅拌20-30分钟，与烷基酚聚氧乙烯醚混合，加入混合料重量5-9倍的去离子水，超声3-4分钟，得酯化分散液；

（3）取正硅酸乙酯，加入到上述醇溶液中，搅拌均匀，滴加氨水溶液，调节pH为10-12，搅拌2-3小时，与上述酯化分散液混合，在46-50℃下保温搅拌40-50分钟，加入聚磷酸铵，搅拌至常温，即得所述硅溶胶分散液。

所述的氨水溶液的浓度为10-12%。

在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）取肉豆蔻酸钠皂，加入到其重量10-20倍的去离子水中，加入过硫酸铵，搅拌均匀，得引发剂水溶液；

（2）取磷酸钙、乙氧基化烷基酚硫酸铵混合，加入到混合料重量30-40倍的去离子水中，超声3-5分钟，得磷酸钙分散液；

（3）取丙烯酰胺，加入到上述磷酸钙分散液中，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜的温度为60-70℃，加入上述引发剂水溶液，保温搅拌2-3小时，出料，与椰油酸二乙醇酰胺混合，搅拌至常温，得复合酰胺水溶液；

（4）取上述复合酰胺水溶液，与硅溶胶分散液混合，加入聚乙烯醇，在70-80℃下保温搅拌1-2小时，过滤，将沉淀水洗，真空60-70℃下干燥1-2小时，研磨，过60-100μm筛，即得所述在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂。

本发明的优点：

本发明将麦饭石粉通过酯化分散，然后以正硅酸乙酯为前驱体，在含醇的水溶液中水解，得到含有麦饭石粉的溶胶，该溶胶加入的棕榈蜡能够有效的改善溶胶的黏度，从而提高成品固化剂的固化效果；

本发明以丙烯酰胺为单体，在过硫酸铵水溶液作用下聚合，在聚合过程中加入磷酸钙分散液，有效的改善了磷酸钙在聚合物间的分散性，然后与硅溶胶混合，通过酰胺分散，提高了固化剂成品的稳定性；

本发明的土壤固化剂特别适用于在地基施工中高压旋喷桩中，使固化剂中的硫离子与水泥中的钙离子在压力的作用下迅速凝固，形成桩体，能够提高高压旋喷桩成桩的无恻压抗压强度，减少了高压旋喷桩施工中跑桩、异形桩等质量不合格现象，同时节约了施工中水泥的用量，降低了生产成本；

本发明的土壤固化剂将多种无机材料、有机材料经过共混相容处理后，具有在常温下能够直接胶结土体中土壤颗粒表面或能够与粘土矿物质反应生成胶凝物质的作用，可以改变土壤的组成和土体的工程性质，从而提高土体的强度，改善土质的压实性。

具体实施方式

实施例1

在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂，它是由下述重量份的原料组成的：

硅溶胶分散液17、聚乙烯醇4、丙烯酰胺18、硫酸钠10、椰油酸二乙醇酰胺4、乙氧基化烷基酚硫酸铵1、肉豆蔻酸钠皂3、磷酸钙30、过硫酸铵0.4。

所述的硅溶胶分散液是由下述重量份的原料组成的；

正硅酸乙酯20、麦饭石粉3、聚磷酸铵2、烷基酚聚氧乙烯醚0.13、棕榈蜡4、季戊四醇7、乙酸异丁酸蔗糖酯0.2。

所述的硅溶胶分散液的制备方法包括以下步骤：

（1）取季戊四醇，加入到其重量30倍的去离子水中，加入棕榈蜡，在90℃下保温搅拌20分钟，得醇溶液；

（2）取麦饭石粉、乙酸异丁酸蔗糖酯混合，75℃下保温搅拌30分钟，与烷基酚聚氧乙烯醚混合，加入混合料重量9倍的去离子水，超声4分钟，得酯化分散液；

（3）取正硅酸乙酯，加入到上述醇溶液中，搅拌均匀，滴加氨水溶液，调节pH为12，搅拌3小时，与上述酯化分散液混合，在50℃下保温搅拌50分钟，加入聚磷酸铵，搅拌至常温，即得所述硅溶胶分散液。

所述的氨水溶液的浓度为12%。

在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）取肉豆蔻酸钠皂，加入到其重量20倍的去离子水中，加入过硫酸铵，搅拌均匀，得引发剂水溶液；

（2）取磷酸钙、乙氧基化烷基酚硫酸铵混合，加入到混合料重量40倍的去离子水中，超声5分钟，得磷酸钙分散液；

（3）取丙烯酰胺，加入到上述磷酸钙分散液中，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜的温度为70℃，加入上述引发剂水溶液，保温搅拌3小时，出料，与椰油酸二乙醇酰胺混合，搅拌至常温，得复合酰胺水溶液；

（4）取上述复合酰胺水溶液，与硅溶胶分散液混合，加入聚乙烯醇，在80℃下保温搅拌1-2小时，过滤，将沉淀水洗，真空70℃下干燥2小时，研磨，过60-100μm筛，即得所述在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂。

实施例2

在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂，它是由下述重量份的原料组成的：

硅溶胶分散液10、聚乙烯醇3、丙烯酰胺10-18、硫酸钠7、椰油酸二乙醇酰胺3、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.6、肉豆蔻酸钠皂2、磷酸钙25、过硫酸铵0.3。

所述的硅溶胶分散液是由下述重量份的原料组成的；

正硅酸乙酯18、麦饭石粉2、聚磷酸铵1、烷基酚聚氧乙烯醚0.1、棕榈蜡3、季戊四醇6、乙酸异丁酸蔗糖酯0.1。

所述的硅溶胶分散液的制备方法包括以下步骤：

（1）取季戊四醇，加入到其重量20-30倍的去离子水中，加入棕榈蜡，在85℃下保温搅拌15分钟，得醇溶液；

（2）取麦饭石粉、乙酸异丁酸蔗糖酯混合，在70℃下保温搅拌20分钟，与烷基酚聚氧乙烯醚混合，加入混合料重量5倍的去离子水，超声3分钟，得酯化分散液；

（3）取正硅酸乙酯，加入到上述醇溶液中，搅拌均匀，滴加氨水溶液，调节pH为10，搅拌2小时，与上述酯化分散液混合，在46℃下保温搅拌40分钟，加入聚磷酸铵，搅拌至常温，即得所述硅溶胶分散液。

所述的氨水溶液的浓度为10-12%。

在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）取肉豆蔻酸钠皂，加入到其重量10倍的去离子水中，加入过硫酸铵，搅拌均匀，得引发剂水溶液；

（2）取磷酸钙、乙氧基化烷基酚硫酸铵混合，加入到混合料重量30倍的去离子水中，超声3分钟，得磷酸钙分散液；

（3）取丙烯酰胺，加入到上述磷酸钙分散液中，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜的温度为60℃，加入上述引发剂水溶液，保温搅拌2小时，出料，与椰油酸二乙醇酰胺混合，搅拌至常温，得复合酰胺水溶液；

（4）取上述复合酰胺水溶液，与硅溶胶分散液混合，加入聚乙烯醇，在70℃下保温搅拌1小时，过滤，将沉淀水洗，真空60℃下干燥1小时，研磨，过60-100μm筛，即得所述在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂。

施工测试：

使用条件：本发明土壤固化剂的使用条件是无降雨、气温5℃以上、土壤含水率低于15%的条件下使用最佳，如果土壤含水率高于15%，则需要采用翻晒或加石灰降水措施；

施工过程：

1.高压旋喷桩打桩机就位后，先将所有容器及管道进行清洗，保证高压旋喷打桩机的压力管道畅通、所有容器内无大颗粒杂质。

2.在水泥搅拌机内加入水泥，所使用的水泥必须是新近3个月内出厂的水泥，加入时必须检查水泥是否受潮、是否有结块现象，如有以上现象不得使用。

3.在清水容器内加入清水，根据使用量，按照0.18‰的比例加入本发明的土壤固化剂并均匀搅拌，加入比例是根据每根旋喷桩所使用的混凝土量的不同来确定，但加入土壤固化剂的比例不得低于0.18‰，以保证施工质量。

4.将加入土壤固化剂的溶液加入水泥搅拌机内与水泥均匀搅拌形成水泥浆，加入溶剂与水泥的比例为1:1，即通常所说的水灰比为1:1。

5.开动旋喷桩加压泵，将压力值提升到20MPa,向旋喷打桩机内注入经过加压的水泥浆，使用高压旋喷打桩机在软基内注浆打桩，根据设计长度打桩。

施工养护：

1. 加入土壤固化剂的高压旋喷桩施工完毕后，不需要特殊的养护，施工单位根据正常旋喷桩施工工艺规范进行养护即可。

2.养护期间禁止在施工区域内施加重载，如：禁止施工车辆通行等。

养护期限为28天，28天取芯检测平均抗压值为5MPa，达到最大抗压值得时间为15年。

经施工测试，本发明的土壤固化剂施工的高压旋喷桩成桩的无恻压抗压强度显著提高近50%，大量节约施工中水泥的用量约30%以上，经济效益显著，减少了高压旋喷桩施工中跑桩、异形桩等质量不合格现象。

Claims (5)

1.在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：

硅溶胶分散液10-17、聚乙烯醇3-4、丙烯酰胺10-18、硫酸钠7-10、椰油酸二乙醇酰胺3-4、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.6-1、肉豆蔻酸钠皂2-3、磷酸钙25-30、过硫酸铵0.3-0.4。

2.根据权利要求1所述的在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂，其特征在于，所述的硅溶胶分散液是由下述重量份的原料组成的；

正硅酸乙酯18-20、麦饭石粉2-3、聚磷酸铵1-2、烷基酚聚氧乙烯醚0.1-0.13、棕榈蜡3-4、季戊四醇6-7、乙酸异丁酸蔗糖酯0.1-0.2。

3.根据权利要求2所述的在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂，其特征在于，所述的硅溶胶分散液的制备方法包括以下步骤：

（1）取季戊四醇，加入到其重量20-30倍的去离子水中，加入棕榈蜡，在85-90℃下保温搅拌15-20分钟，得醇溶液；

（2）取麦饭石粉、乙酸异丁酸蔗糖酯混合，在70-75℃下保温搅拌20-30分钟，与烷基酚聚氧乙烯醚混合，加入混合料重量5-9倍的去离子水，超声3-4分钟，得酯化分散液；

（3）取正硅酸乙酯，加入到上述醇溶液中，搅拌均匀，滴加氨水溶液，调节pH为10-12，搅拌2-3小时，与上述酯化分散液混合，在46-50℃下保温搅拌40-50分钟，加入聚磷酸铵，搅拌至常温，即得所述硅溶胶分散液。

4.根据权利要求3所述的在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂，其特征在于，所述的氨水溶液的浓度为10-12%。

5.一种如权利要求1所述的在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）取肉豆蔻酸钠皂，加入到其重量10-20倍的去离子水中，加入过硫酸铵，搅拌均匀，得引发剂水溶液；

（2）取磷酸钙、乙氧基化烷基酚硫酸铵混合，加入到混合料重量30-40倍的去离子水中，超声3-5分钟，得磷酸钙分散液；

（3）取丙烯酰胺，加入到上述磷酸钙分散液中，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜的温度为60-70℃，加入上述引发剂水溶液，保温搅拌2-3小时，出料，与椰油酸二乙醇酰胺混合，搅拌至常温，得复合酰胺水溶液；

（4）取上述复合酰胺水溶液，与硅溶胶分散液混合，加入聚乙烯醇，在70-80℃下保温搅拌1-2小时，过滤，将沉淀水洗，真空60-70℃下干燥1-2小时，研磨，过60-100μm筛，即得所述在地基施工中高压旋喷桩用土壤固化剂。