CN108395183B - 一种地基处理工程用混合浆液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地基处理工程用混合浆液及其制备方法，该混合浆液含有水泥、水、膨润土、硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠和减水剂，其中，水灰比为0.5‑0.8，膨润土的质量为混合浆液总质量的7‑16％，硅酸钠和硅酸钾的质量之和为混合浆液总质量的2‑8％，减水剂的质量为混合浆液总质量的0.2‑1.0％，硅酸钠和硅酸钾的质量比为1：0.5‑5，碳酸钠的质量为膨润土质量的6‑10％。制备过程依次为：称取配方量的各种物质、制备膨润土原浆、制备膨润土浆液、制备预混浆、制备成品混合浆液。本发明制备的混合浆液可用于压密灌浆地基处理工艺，具有终凝时间短、析水率低、抗折强度高、抗压强度高等优点。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及绿色建筑材料，更具体地涉及一种地基处理工程用混合浆液。
背景技术
我国土质多种多样，地基土的强度、压缩等特性因土质的不同而有很大的差别。在工程建设中，当天然地基不能满足建筑物基础对地基的要求时，就必须采取各种预处理方法来提高地基土的抗剪强度，改善土的压缩特性，增大地基承载力，以满足建筑物建设的需要。
灌浆，也称为注浆，是一种改善地基性能的常用方法之一。具体地，灌浆是将一定材料配制成浆液，用压送设备将其灌入地层或缝隙内，使其扩散、胶凝或固化，进行地层堵水和加固的施工技术。按照浆液在地层中的扩散方式，可将灌浆技术分为以下三种：(1)渗透灌浆：指浆液以渗透方式，在不破坏地层颗粒结构的情况下，渗入到地层孔隙中，充填颗粒间隙并将颗粒胶结成整体的灌浆方式；(2)压密灌浆：将高粘度、低流动性的浆液灌入地层并挤压周围土体，在灌浆处形成浆泡，对周围土体进行压缩，使土体产生塑性变形，并取代灌浆范围的土体，浆泡固结体自身也可形成加固体，或与周围压密土体形成复合地基，达到地基加固的目的；(3)劈裂灌浆：是在孔内通过灌浆泵的压力，将浆液灌入土体，首先是对土体的挤密，当压力超过一定限度时，浆液对土体产生劈裂作用，进而在灌浆孔周围形成条带状或网状胶结体，通过胶结体的骨架作用加固土体。
可控压密灌浆是一种基于压密灌浆法且本质与常规的压密灌浆相同的新工艺，早已在美国等发达国家得到普遍应用，其原理是：利用特殊的高压、低流量灌浆设备，在较大的泵压下，将高粘度、极浓稠、低流动性的砂浆或膏浆经灌浆管按设计要求压入加固区域的地基土中，随着灌浆压力的增大，浆泡逐渐向外扩散挤压周围土体，起到加固地基土的作用。
我国一直以来多采用劈裂灌浆和渗透灌浆，较少采用压密灌浆，所以我国对压密灌浆所用的材料研究较少。中国专利公布CN106278022A公开了一种地基处理工程用混合浆液的配方及其制备方法，该专利制备了由水泥25%、粉煤灰25%、重钙粉25%、发泡剂3%、木屑6%、水16%组成的可注性好、结实体渗透性低、性能稳定的能满足地基工程技术要求的注浆。但是压密灌浆所用的注浆需要有较高的粘稠度和较低的流动性，中国专利公布CN106278022A制备的可注性良好的注浆并不适用于压密灌浆工艺。中南大学的隆威和王祖平在《可控压密灌浆加固地基材料的研究》中公开了一种用于可控压密灌浆技术的混合浆液，该混合浆液的由水泥、水、减水剂、水玻璃和膨润土等组成，在水灰比为0.6、膨润土含量为12%、水玻璃含量为4%且减水剂含量为0.3%情况下，制备出了能够用于可控压密灌浆工艺的注浆材料，但是与水泥净浆相比，该注浆材料的抗折、抗压强度明显降低。
所以，目前急需一种具有较强抗折、抗压强度的可用于压密灌浆工艺的地基处理工程用混合浆液。
发明内容
本发明提供了一种地基处理工程用混合浆液及其制备方法，该混合浆液具有较高的粘稠度、较短的凝结时间和较低的析水率，能够用于压密灌浆地基处理工艺，该灌浆凝结后具有良好的抗压和抗折强度。
说明：本发明中的水灰比是指水的质量与水泥和膨润土质量之和的比值。
本发明公开了一种地基处理工程用混合浆液：所述的混合浆液含有水泥、水、膨润土、硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠、憎水剂和减水剂，其中，水灰比为0.5-0.8，膨润土的质量为混合浆液总质量的7-16%，硅酸钠和硅酸钾的质量之和为混合浆液总质量的2-8%，减水剂的质量为混合浆液总质量的0.2-1.0%，硅酸钠和硅酸钾的质量比为1：0.5-5，碳酸钠的质量为膨润土质量的6-10%，憎水剂的质量和配方中硅酸钾的质量之比为1:3-5。
进一步地，所述的混合浆液含有水泥、水、膨润土、硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠和减水剂，其中，水灰比为0.6-0.8，膨润土的质量为混合浆液总质量的9-15%，硅酸钠和硅酸钾的质量之和为混合浆液总质量的3-7%，减水剂的质量为混合浆液总质量的0.5-1.0%，硅酸钠和硅酸钾的质量比为1：1-4，碳酸钠的质量为膨润土质量的6-10%。
更进一步地，所述的混合浆液含有水泥、水、膨润土、硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠和减水剂，其中，水灰比为0.7-0.8，膨润土的质量为混合浆液总质量的9-12%，硅酸钠和硅酸钾的质量之和为混合浆液总质量的3-6%，减水剂的质量为混合浆液总质量的0.5-0.8%，硅酸钠和硅酸钾的质量比为1：1-3，碳酸钠的质量为膨润土质量的6-8%。
所述的减水剂可以是木质素磺酸盐普通减水剂、萘磺酸甲醛缩合物高效减水剂、多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物高效减水剂、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物高效减水剂和腐殖酸高效减水剂中一种或多种。
所述的水泥为普通硅酸盐水泥。
本发明还公开了该地基处理工程用混合浆液的制备方法：
（1）按配方量分别量取所需用的水泥、水、膨润土、硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠和减水剂；
（2）制备膨润土原浆：将膨润土、碳酸钠和步骤（1）中所量取水分的15-30%混合搅拌均匀，使膨润土充分水化膨胀分散，制得膨润土原浆；
（3）制备膨润土浆液：将步骤（2）中制备的膨润土原浆和剩余的步骤（1）中的水分放入搅拌容器中搅拌混合均匀，制得膨润土浆液；
（4）制备预混浆液：将步骤（1）中的水泥加入步骤（3）制备的膨润土浆液中，搅拌10-20min混合均匀，搅拌结束后，将搅拌容器壁及搅拌叶上的浆液用刮刀挂至容器中央，之后加入减水剂并混合均匀，制得预混浆液；
（5）制备成品混合浆液：先将硅酸钠和硅酸钾混合均匀，在将混匀的硅酸钠和硅酸钾加入到步骤（4）制备的预混液中，搅拌5-10min, 将搅拌容器壁及搅拌叶上的浆液用刮刀挂至容器中央，制得成品混合浆液。
所述步骤（2）中膨润土的水化膨胀时间为25-30h。
所述步骤（3）中膨润土原浆和剩余的步骤（1）中的水分的搅拌时间为15-25min。
所述步骤（4）中将步骤（1）中的水泥在搅拌的情况下，逐步加入到步骤（3）制备的膨润土浆液中。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明以硅酸钠和硅酸钾的混合物作为混合浆液的促凝剂，缩短了混合浆液在使用过程中的凝结时间，而且通过进一步调整硅酸钠和硅酸钾的用量比，增强了本发明混合浆液制品的抗压强度。
（2）本发明在一些优选的实施例中加入了憎水剂，通过调整憎水剂和硅酸钾的用量比出乎意料的发现，当憎水剂和硅酸钾的质量比为1:3-5时，可以减少混合浆液制品制备过程中的析水率。
（3）本发明制备了具有高粘度和低流动性的地基处理工程用混合浆液，能够用于压密灌浆地基处理工艺，而且该混合浆液凝结干燥后具有较高的抗压、抗折强度。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
基础实施例
一种地基处理工程用混合浆液：该混合浆液含有普通硅酸盐水泥、水、膨润土、硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠、憎水剂和减水剂，其中，水灰比为0.5-0.8，膨润土的质量为混合浆液总质量的7-16%，硅酸钠和硅酸钾的质量之和为混合浆液总质量的2-8%，减水剂的质量为混合浆液总质量的0.8%，硅酸钠和硅酸钾的质量比为1：0.5-5，碳酸钠的质量为膨润土质量的6-10%。
该地基处理工程用混合浆液的制备方法，包括以下步骤：
（1）按配方量分别量取所需用的水泥、水、膨润土、硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠和减水剂；
（2）制备膨润土原浆：将膨润土、碳酸钠和步骤（1）中所量取水分的15-30%混合搅拌均匀，使膨润土充分水化膨胀30h，制得膨润土原浆；
（3）制备膨润土浆液：将步骤（2）中制备的膨润土原浆和剩余的步骤（1）中的水分放入搅拌容器中搅拌混合均匀，搅拌20min制得膨润土浆液；
（4）制备预混浆液：将步骤（1）中的水泥在搅拌的情况下，逐步加入到步骤（3）制备的膨润土浆液中，搅拌15min混合均匀，搅拌结束后，将搅拌容器壁及搅拌叶上的浆液用刮刀挂至容器中央，之后加入减水剂并混合均匀，制得预混浆液；
（5）制备成品混合浆液：先将硅酸钠和硅酸钾混合均匀，在将混匀的硅酸钠和硅酸钾加入到步骤（4）制备的预混液中，搅拌10min, 将搅拌容器壁及搅拌叶上的浆液用刮刀挂至容器中央，制得成品混合浆液。
通过调整基础实施例中的水灰比，膨润土和混合浆液总质量之比，硅酸钠、硅酸钾的质量之和与混合浆液总质量之比，减水剂的种类，硅酸钠和硅酸钾的质量之比，碳酸钠和膨润土的质量之比，憎水剂和硅酸钾的质量之比，得到了表1-3中的实施例1-8和表3中的对比例1-4和对比例5。
表1中实施例1-4的实验数据显示，本发明的制备的可用于压密灌浆地基处理工艺的混合浆液，具有终凝时间短，制品28d抗压强度、抗折强度高的优点，其终凝时间可缩短到210s，28d抗压强度可高达18.5MPa，28d抗折强度可高达4.8MPa。
表1
| 实验参数 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 水灰比 | 0.5 | 0.8 | 0.6 | 0.7 |
| 膨润土和混合浆液总质量之比/% | 15 | 7 | 12 | 9 |
| 硅酸钠、硅酸钾的质量之和与混合浆液总质量之比/% | 8 | 7.1 | 2 | 4 |
| 减水剂的种类 | 木质素磺酸盐+腐殖酸 | 萘磺酸甲醛缩合物 | 多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物 | 腐殖酸 |
| 硅酸钠和硅酸钾的质量之比 | 1:0.5 | 1:5 | 1:2 | 1:0.8 |
| 碳酸钠和膨润土的质量之比/% | 10 | 6.5 | 7 | 8 |
| 憎水剂和硅酸钾的质量比 | 0:1 | 1:5 | 1:8 | 1:4 |
| 终凝时间/s | 212 | 210 | 215 | 228 |
| 28d抗压强度/Mpa | 17.6 | 18.0 | 18.5 | 18.2 |
| 28d抗折强度/Mpa | 4.8 | 4.7 | 4.6 | 4.8 |
| 析水率/% | 1.0 | 0.1 | 1.1 | 0.08 |
在水灰比，膨润土和混合浆液总质量之比，硅酸钠、硅酸钾的质量之和与混合浆液总质量之比，减水剂的种类，硅酸钠和硅酸钾的质量之比，碳酸钠和膨润土的质量之比相同的情况下，通过调整憎水剂和硅酸钾的质量之比得到了表2中实施例3和实施例5-8，其中，实施例3和实施例8的析水率超过了1%，而实施例5-7的析水率在0.12%以下，以上的实验数据说明将憎水剂和硅酸钾的质量比控制在实施例5-7所示的1:3-5的范围内时，能够明显降低本发明混合浆液制品的析水率。
表2
| 实验参数 | 实施例3 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 |
| 水灰比 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| 膨润土和混合浆液总质量之比/% | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
| 硅酸钠、硅酸钾的质量之和与混合浆液总质量之比/% | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 减水剂的种类 | 多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物 | 多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物 | 多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物 | 多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物 | 多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物 |
| 硅酸钠和硅酸钾的质量之比 | 1:2 | 1:2 | 1:2 | 1:2 | 1:2 |
| 碳酸钠和膨润土的质量之比/% | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 |
| 憎水剂和硅酸钾的质量比 | 1:8 | 1:3 | 1:5 | 1:4 | 1:1 |
| 终凝时间/s | 215 | 210 | 218 | 227 | 220 |
| 28d抗压强度/Mpa | 18.5 | 17.9 | 18.1 | 18.8 | 18.2 |
| 28d抗折强度/Mpa | 4.6 | 4.6 | 4.7 | 4.5 | 4.9 |
| 析水率/% | 1.1 | 0.1 | 0.12 | 0.09 | 1.2 |
在水灰比，膨润土和混合浆液总质量之比，硅酸钠、硅酸钾的质量之和与混合浆液总质量之比，减水剂的种类，碳酸钠和膨润土的质量之比，憎水剂和硅酸钾的质量之比相同的情况下，通过调整混合浆液配方中硅酸钠和硅酸钾的质量之比得到了表3中实施例4和对比例1-4，其中对比例1中只添加了硅酸钾，对比例2中只添加了硅酸钠，将对比例1-2和同时添加硅酸钾和硅酸钠的实施例4以及对比例3-4进行比较，可以发现，同时添加硅酸钾和硅酸钠能够明显缩短混合浆液的终凝时间。进一步将同时添加硅酸钾和硅酸钠的对比例3-4和实施例4进行比较，可以发现，当硅酸钠和硅酸钾的质量比超出本发明规定的1:0.5-5的范围时，混合浆液制品的抗压强度明显降低，也就是说将硅酸钾和硅酸钠的质量比控制在1:0.5-5的范围之内时，能够明显提高混合浆液制品的抗压强度，其28d抗压强度可达对比例5中普通水泥净浆制品的79%。
表3
| 实验参数 | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 水灰比 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 |
| 膨润土和混合浆液总质量之比/% | 9 | 9 | 9 | 9 | 9 |
| 硅酸钠、硅酸钾的质量之和与混合浆液总质量之比/% | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 减水剂的种类 | 腐殖酸 | 腐殖酸 | 腐殖酸 | 腐殖酸 | 腐殖酸 |
| 硅酸钠和硅酸钾的质量之比 | 1:0.8 | 0:1 | 1:0 | 1:0.2 | 1:8 |
| 碳酸钠和膨润土的质量之比/% | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 |
| 憎水剂和硅酸钾的质量比 | 1:4 | 1:4 | 1:0 | 1:4 | 1:4 |
| 终凝时间/s | 223 | 385 | 400 | 230 | 224 |
| 28d抗压强度/Mpa | 18.2 | 13.2 | 13.8 | 13.6 | 12.8 |
| 28d抗折强度/Mpa | 4.8 | 4.7 | 4.6 | 4.8 | 4.7 |
| 析水率/% | 0.08 | 0.09 | 1.1 | 0.1 | 0.1 |
对比例5
普通水泥净浆：普通硅酸盐水泥和水按照0.7的水灰比进行搅拌混合，其制品的终凝时间为15min，28d抗压强度为23MPa，28d抗折强度为5.8MPa。
Claims (9)
1.一种地基处理工程用混合浆液，其特征在于，所述的混合浆液含有水泥、水、膨润土、硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠、憎水剂和减水剂；其中，水灰比为0.5-0.8，膨润土的质量为混合浆液总质量的7-16%，硅酸钠和硅酸钾的质量之和为混合浆液总质量的2-8%，减水剂的质量为混合浆液总质量的0.2-1.0%，硅酸钠和硅酸钾的质量比为1：0.5-5，碳酸钠的质量为膨润土质量的6-10%,憎水剂的质量和配方中硅酸钾的质量之比为1:3-5。
2.根据权利要求1所述的混合浆液，其特征在于，所述水灰比为0.6-0.8，膨润土的质量为混合浆液总质量的9-15%，硅酸钠和硅酸钾的质量之和为混合浆液总质量的3-7%，减水剂的质量为混合浆液总质量的0.5-1.0%，硅酸钠和硅酸钾的质量比为1：1-4，碳酸钠的质量为膨润土质量的6-10%。
3.根据权利要求1所述的混合浆液，其特征在于，所述水灰比为0.7-0.8，膨润土的质量为混合浆液总质量的9-12%，硅酸钠和硅酸钾的质量之和为混合浆液总质量的3-6%，减水剂的质量为混合浆液总质量的0.5-0.8%，硅酸钠和硅酸钾的质量比为1：1-3，碳酸钠的质量为膨润土质量的6-8%。
4.根据权利要求1所述的混合浆液，其特征在于，所述的减水剂是木质素磺酸盐普通减水剂、萘磺酸甲醛缩合物高效减水剂、多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物高效减水剂、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物高效减水剂和腐殖酸高效减水剂中一种或多种。
5.根据权利要求1所述的混合浆液，其特征在于，所述的水泥为普通硅酸盐水泥。
6.根据权利要求1所述的混合浆液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按配方量分别量取所需用的水泥、水、膨润土、硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠和减水剂；
（2）制备膨润土原浆：将膨润土、碳酸钠和步骤（1）中所量取水分的15-30%混合搅拌均匀，使膨润土充分水化膨胀分散，制得膨润土原浆；
（3）制备膨润土浆液：将步骤（2）中制备的膨润土原浆和剩余的步骤（1）中的水分放入搅拌容器中搅拌混合均匀，制得膨润土浆液；
（4）制备预混浆液：将步骤（1）中的水泥加入步骤（3）制备的膨润土浆液中，搅拌10-20min混合均匀，搅拌结束后，将搅拌容器壁及搅拌叶上的浆液用刮刀挂至容器中央，之后加入减水剂并混合均匀，制得预混浆液；
（5）制备成品混合浆液：先将硅酸钠和硅酸钾混合均匀，在将混匀的硅酸钠和硅酸钾加入到步骤（4）制备的预混液中，搅拌5-10min, 将搅拌容器壁及搅拌叶上的浆液用刮刀挂至容器中央，制得成品混合浆液。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中膨润土的水化膨胀时间为25-30h。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中膨润土原浆和剩余的步骤（1）中的水分的搅拌时间为15-25min。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中将步骤（1）中的水泥在搅拌的情况下，逐步加入到步骤（3）制备的膨润土浆液中。
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