CN108840716A - 大流态轻质泡沫混合土 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大流态轻质泡沫混合土，包括以下质量成分：水泥1.5‑3.5 kg，掺合料1.0‑2.5 kg，粘性土0‑2.5 kg，砂0.5‑2.5 kg，水1.5‑3.5 kg，泡沫群150‑300g，减水剂0.5‑2.0 g，沉降减缩剂0‑2.0 g，稳泡剂0‑1.5 g，其中所述的泡沫群通过高性能动物蛋白改性发泡剂发泡而成。本轻质泡沫混合土具有流动性大、强度高、稳定性好、收缩变形低、耐久、成本低和便于施工等特点，较一般泡沫轻质土的流动度可提高30~50%，稳定性提高50~100%，尤其适用于市政和道路工程中桥台断背、管廊/道、隧道和煤矿等复杂部位回填及垫层、屋顶保温和防水等领域，属于一种新型、轻质、大流态和性能优良的泡沫轻质混合土。

Description

大流态轻质泡沫混合土
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体是一种大流态轻质泡沫混合土,适用于市政及道路工程中桥台断背、管廊、隧道和煤矿等复杂部位回填及垫层、屋顶保温和防水。
背景技术
大流态轻质泡沫混合土属于轻质、高强、多孔泡沫土，根据定义大流态泡沫轻质混合土是将泡沫剂经发泡设备制成泡沫，将泡沫加入到由水泥、骨料、掺合料、多种功能外加剂和水等按一定比例制成的料浆中，在搅拌过程中加入适宜品种和掺量减水剂和膨胀剂，经混合搅拌、浇筑成形、养护等工序而成的轻质微孔混凝土。轻质泡沫土发展历经了物理发泡、泵送轻质土、化学发泡和复合轻质泡沫土等四个阶段，目前正朝着低容重、大流态、低沉降、保温隔热和高性能等方向发展，使轻质泡沫土在市政、隧道及水利等工程回填、建筑墙体、屋面保温、桩基保护和建筑抗震等领域得到关注。
传统泡沫混凝土以水泥、粉煤灰和砂为原料，不允许含有粘性土，而轻质泡沫土可掺入粘性土，降低水泥用量，降低了基质在水化过程中的热量和变形及成本，二者组成配比、性能和应用环境均不同，是两种不同的材料。
我国目前的1000级轻质泡沫土28d天的设计强度约为1.20MPa，由于轻质泡沫土在制作过程中引入大量气泡，易增加早期干缩、降低后期强度，因轻质泡沫土孔隙不均匀、开口孔隙多，降低了抗冻与抗渗、保温性能。随着国家对工程建设投入增加，许多工程回填、垫层和房屋保温对其强度等性能要求更高，如机场跑道垫层、港口岩层和储罐底脚的支撑等工程。现阶段1000级轻质泡沫土强度难以满足实际工程要求，在不增加容重、确保较高孔隙率的情况下提高轻质泡沫土的强度和抗冻性、减少沉降是十分有必要的。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种大流态轻质泡沫混合土，可用于道路垫层、港口岩层、桥背和复杂管道/廊等空隙的回填以及储罐底脚的支撑等工程和领域，与传统的轻质泡沫土相比，本发明在不提高轻质泡沫土容重的情况下，提高了流动性、力学与耐久性能，并保证孔隙率和稳定性，提高了施工效率和经济效益。
本发明提供了一种大流态轻质泡沫混合土，包括以下质量成分：泥1.5-3.5份，掺合料1.0-2.5份，粘性土0-2.5份，砂0.5-2.5份，水1.5-3.5份，泡沫群0.15-0.3份，减水剂0.0005-0.002份，沉降减缩剂0-0.002份，稳泡剂0-0.0015份，其中所述的泡沫群通过高性能动物蛋白改性发泡剂发泡而成。
所述的高性能动物蛋白改性发泡剂包括以下质量份数的组分，牛蹄角水解蛋白，0-20份；十二烷基苯磺酸钠，5-15份；明胶，1-5份；葡萄糖酸钙，1-5份；水，50-150份，所产生的泡沫发泡倍数大于40-50倍，1h沉降距3-8mm，1h泌水量5-20ml。
所述的稳泡剂为十二醇、三乙醇胺和茶皂树复合而成，混合比例为1:(1～1.5):(0.2～0.8)。
所述的减水剂为抗泥型聚羧酸高效减水剂，其主要成分为甲基丙烯酸钠、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠复以及氢氧化钠，其混合比例为1:0.4～0.6:0.3～0.4:0.1～0.2，减水率大于30％。
所述的沉降减缩剂为钙镁沉降减缩剂和高岭土组成，混合比例为1:(0～1.2)。该钙镁质沉降减缩剂为发明人自行研制，其详细组分及制备方法发明人已获得发明专利授权，发明名称为生态大体积混凝土膨胀剂及制备方法，公开号为CN102092976A。
由于高岭土的主要成分为高岭石，其自身体积收缩较少，且不产生水化反应，在钙镁质膨胀剂中适当掺入高岭土可以降低膨胀剂自身以及水泥基浆体的水化热，减少后期因温度而产生的干缩沉降。
所述的掺合料为粉煤灰和矿渣粉按1：(0～0.8)复合，其含水率为0.2％(≤1)，细度为5.4(≤12)，需水量比为94％(≤95)。
本发明有益效果在于：
1、通过优选减水剂、控制水胶比、优化泡沫轻质混合土配比，在不改变轻质泡沫土容重的情况下提高轻质泡沫土的抗压强度(超出设计强度100％)。
2、通过掺入适宜的高性能动物蛋白改性发泡剂，确保轻质泡沫土具有较高的发泡倍数和适宜的孔隙率。
3、通过选择适宜品种和掺量抗泥型聚羧酸高效减水剂，通过保证减水剂、发泡剂和稳泡剂等外加剂的相容性，实现轻质泡沫土的大流动性和密实性，较一般泡沫轻质土的流动度可提高30～50％。
4、通过选用适宜稳泡剂，确保轻质泡沫土所形成的泡沫均匀和稳定，没有塌陷，稳定性提高50～100％。
5、通过选用适宜品种和掺量的沉降稳定材料，确保了后期强度和稳定性、沉降变形降低。
6、根据使用和施工条件和要求选取适宜的配比掺量，控制高性能泡沫轻质混合土的可灌性、稳定性和密实性、流动性，拥有较高的密实性和一定的止水能力。
附图说明
图1为稳泡剂含量对轻质泡沫混合土浆体流动度及试件28d抗压强度的试验影响曲线示意图。
图2为减水剂掺量对轻质泡沫混合土浆体流动度及试件28d抗压强度的试验影响曲线示意图。
图3为沉降减缩剂含量对试件28d强度及干缩的试验影响曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
选取以下质量的成分：
制备过程和试验结果：
1)取35份水，依次加入5份动物蛋白以及10份十二烷基硫酸钠，在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明，得到发泡剂原液，取35g该原液体。
2)将2份十二醇加入8份的正丁醇溶液中并在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明。取55份水，依次加入1.5份明胶、1.5份三乙醇胺、0.5份茶皂素，浸泡2-3h后在室温下均匀搅拌至透明胶质混合液，得到性能优良的稳泡剂。
3)将1)和2)中制备的溶液进行混合并搅拌均匀，得到性能优良发泡剂，用高压空气发泡机制备泡沫大小均匀和形态优良的泡沫群。
4)将水泥和填充料等材料按适宜配比和依次加入并均匀搅拌，加水并再次搅拌，以确保各组成材料在浆体中均匀分散。
5)在搅拌好的浆体中掺入规定发泡倍数和重量由发泡剂制备的泡沫，混合均匀。
6)参考CJJT 177-2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》、JGJ 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》、JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》、GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》等规范，进行相关性能测定。
通过上述组分及方法制备的同步注浆浆体，依据规范测定湿容重、流动度、28d强度、孔隙率、干缩和凝结时间分别为10.64kN/m3、21.6cm、2.23MPa、65.78％、460E-6和15h。
实施例2：
将实施例1中稳泡剂组分改为1.5g，其余组分及含量均保持不变。
制备过程和试验结果：
1)取35份水，依次加入5份动物蛋白以及10份十二烷基硫酸钠，在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明，得到发泡剂原液，该组分取35g。
2)将2份十二醇加入8份的正丁醇溶液中并在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明。取55份水，依次加入1.5份明胶、1.5份三乙醇胺、0.5份茶皂素，浸泡2-3h后在室温下均匀搅拌至透明胶质混合液，得到性能优良的稳泡剂。
3)将1)和2)中制备的溶液进行混合并搅拌均匀，得到性能优良发泡剂，用高压空气发泡机制备泡沫大小均匀和形态优良的泡沫群。
4)将水泥和填充料等材料按适宜配比和依次加入并均匀搅拌，加水并再次搅拌，以确保各组成材料在浆体中均匀分散。
5)在搅拌好的浆体中掺入规定发泡倍数和重量由发泡剂制备的泡沫，混合均匀。
6)参考CJJT 177-2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》、JGJ 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》、JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》、GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》等规范，进行相关性能测定。
通过上述组分及方法制备的同步注浆浆体，依据规范测定湿容重、流动度、28d强度、孔隙率和凝结时间分别为10.13kN/m3、20.10cm、2.54MPa、70.79％、478×10-6和15.5h。
实施例3：
将实施例1中稳泡剂组分改为2.0g，其余组分及含量均保持不变。
制备过程和试验结果：
1)取35份水，依次加入5份动物蛋白以及10份十二烷基硫酸钠，在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明，得到发泡剂原液，该组分取35g。
2)将2份十二醇加入8份的正丁醇溶液中并在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明。取55份水，依次加入1.5份明胶、1.5份三乙醇胺、0.5份茶皂素，浸泡2-3h后在室温下均匀搅拌至透明胶质混合液，得到性能优良的稳泡剂。
3)将1)和2)中制备的溶液进行混合并搅拌均匀，得到性能优良发泡剂，用高压空气发泡机制备泡沫大小均匀和形态优良的泡沫群。
4)将水泥和填充料等材料按适宜配比和依次加入并均匀搅拌，加水并再次搅拌，以确保各组成材料在浆体中均匀分散。
5)在搅拌好的浆体中掺入规定发泡倍数和重量由发泡剂制备的泡沫，混合均匀。
6)参考CJJT 177-2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》、JGJ 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》、JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》、GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》等规范，进行相关性能测定。
通过上述组分及方法制备的同步注浆浆体，依据规范测定湿容重、流动度、28d强度、孔隙率、干缩和凝结时间分别为10.15kN/m3、18.79cm、2.33MPa、70.68％、481×10-6和16h。
实施例4：
选取以下质量的成分：
制备过程和试验结果：
1)取35份水，依次加入5份动物蛋白以及10份十二烷基硫酸钠，在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明，得到发泡剂原液，该组分取35g。
2)将2份十二醇加入8份的正丁醇溶液中并在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明。取55份水，依次加入1.5份明胶、1.5份三乙醇胺、0.5份茶皂素，浸泡2-3h后在室温下均匀搅拌至透明胶质混合液，得到性能优良的稳泡剂。
3)将1)和2)中制备的溶液进行混合并搅拌均匀，得到性能优良发泡剂，用高压空气发泡机制备泡沫大小均匀和形态优良的泡沫群。
4)将水泥和填充料等材料按适宜配比和依次加入并均匀搅拌，加水并再次搅拌，以确保各组成材料在浆体中均匀分散；
5)在搅拌好的浆体中掺入规定发泡倍数和重量由发泡剂制备的泡沫，混合均匀。
6)参考CJJT 177-2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》、JGJ 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》、JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》、GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》等规范，进行相关性能测定。
通过上述组分及方法制备的同步注浆浆体，依据规范测定湿容重、流动度、28d强度、孔隙率、干缩和凝结时间分别为10.15kN/m3、21.70cm、2.59MPa、70.81％、472×10-6和15.5h。
实施例5：
将实施例4中减水剂组分改为1.5g，其余组分及含量均保持不变。
制备过程和试验结果：
1)取35份水，依次加入5份动物蛋白以及10份十二烷基硫酸钠，在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明，得到发泡剂原液，该组分取35g。
2)将2份十二醇加入8份的正丁醇溶液中并在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明。取55份水，依次加入1.5份明胶、1.5份三乙醇胺、0.5份茶皂素，浸泡2-3h后在室温下均匀搅拌至透明的胶质混合液，得到性能优良的稳泡剂。
3)将1)和2)中制备的溶液进行混合并搅拌均匀，得到性能优良发泡剂，用高压空气发泡机制备泡沫大小均匀和形态优良的泡沫群。
4)将水泥和填充料等材料按适宜配比和依次加入并均匀搅拌，加水并再次搅拌，以确保各组成材料在浆体中均匀分散。
5)在搅拌好的浆体中掺入规定发泡倍数和重量由发泡剂制备的泡沫，混合均匀。
6)参考CJJT 177-2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》、JGJ 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》、JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》、GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》等规范，进行相关性能测定。
通过上述组分及方法制备的同步注浆浆体，依据规范测定湿容重、流动度、28d强度、孔隙率、干缩和凝结时间分别为10.17kN/m3、23.60cm、2.59MPa、70.80％、476×10-6和15.5h。
实施例6：
将实施例4中减水剂组分改为2.5g，其余组分及含量均保持不变。
制备过程和试验结果：
1)取35份水，依次加入5份动物蛋白以及10份十二烷基硫酸钠，在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明，得到发泡剂原液，该组分取35g。
2)将2份十二醇加入8份的正丁醇溶液中并在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明。取55份水，依次加入1.5份明胶、1.5份三乙醇胺、0.5份茶皂素，浸泡2-3h后在室温下均匀搅拌至透明的胶质混合液，得到性能优良的稳泡剂。
3)将1)和2)中制备的溶液进行混合并搅拌均匀，得到性能优良发泡剂，用高压空气发泡机制备泡沫大小均匀和形态优良的泡沫群。
4)将水泥和填充料等材料按适宜配比和依次加入并均匀搅拌，加水并再次搅拌，以确保各组成材料在浆体中均匀分散。
5)在搅拌好的浆体中掺入规定发泡倍数和重量由发泡剂制备的泡沫，混合均匀。
6)参考CJJT 177-2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》、JGJ 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》、JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》、GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》等规范，进行相关性能测定。
通过上述组分及方法制备的同步注浆浆体，依据规范测得的湿容重、流动度、28d强度、孔隙率、干缩和凝结时间分别为10.19kN/m3、25.0cm、2.52MPa、70.69％、480×10-6和15.5h。
实施例7：
选取以下质量的成分：
制备过程和试验结果：
1)取35份水，依次加入5份动物蛋白以及10份十二烷基硫酸钠，在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明，得到发泡剂原液，该组分取35g。
2)将2份十二醇加入8份的正丁醇溶液中并在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明。取55份水，依次加入1.5份明胶、1.5份三乙醇胺、0.5份茶皂素，浸泡2-3h后在室温下均匀搅拌至透明的胶质混合液，得到性能优良的稳泡剂。
3)将1)和2)中制备的溶液进行混合并搅拌均匀，得到性能优良发泡剂，用高压空气发泡机制备泡沫大小均匀和形态优良的泡沫群。
4)将水泥和填充料等材料按适宜配比和依次加入并均匀搅拌，加水并再次搅拌，以确保各组成材料在浆体中均匀分散。
5)在搅拌好的浆体中掺入规定发泡倍数和重量由发泡剂制备的泡沫，混合均匀。
6)参考CJJT 177-2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》、JGJ 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》、JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》、GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》等规范，进行相关性能测定。
通过上述组分及方法制备的同步注浆浆体，依据规范测得的湿容重、流动度、28d强度、孔隙率、干缩和凝结时间分别为10.09kN/m3、19.3cm、2.42MPa、70.81％、538×10-6和15.5h。
实施例8：
将实施例7中沉降减缩剂组分改为1.5g，其余组分及含量均保持不变。
制备过程和试验结果：
1)取35份水，依次加入5份动物蛋白以及10份十二烷基硫酸钠，在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明，得到发泡剂原液，该组分取35g。
2)将2份十二醇加入8份的正丁醇溶液中并在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明。取55份水，依次加入1.5份明胶、1.5份三乙醇胺、0.5份茶皂素，浸泡2-3h后在室温下均匀搅拌至透明的胶质混合液，得到性能优良的稳泡剂。
3)将1)和2)中制备的溶液进行混合并搅拌均匀，得到性能优良发泡剂，用高压空气发泡机制备泡沫大小均匀和形态优良的泡沫群。
4)将水泥和填充料等材料按适宜配比和依次加入并均匀搅拌，加水并再次搅拌，以确保各组成材料在浆体中均匀分散。
5)在搅拌好的浆体中掺入规定发泡倍数和重量由发泡剂制备的泡沫，混合均匀。
6)参考CJJT 177-2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》、JGJ 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》、JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》、GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》等规范，进行相关性能测定。
通过上述组分及方法制备的同步注浆浆体，依据规范测得的湿容重、流动度、28d强度、孔隙率、干缩和凝结时间分别为10.15kN/m3、20.0cm、2.53MPa、70.69％、482×10-6和15.5h。
实施例9：
将实施例7中沉降减缩剂组分改为2g，其余组分及含量均保持不变。
制备过程和试验结果：
1)取35份水，依次加入5份动物蛋白以及10份十二烷基硫酸钠，在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明，得到发泡剂原液，该组分取35g。
2)将2份十二醇加入8份的正丁醇溶液中并在室温下匀速搅拌直至混合液澄清透明。取55份水，依次加入1.5份明胶、1.5份三乙醇胺、0.5份茶皂素，浸泡2-3h后在室温下均匀搅拌至透明的胶质混合液，得到性能优良的稳泡剂。
3)将1)和2)中制备的溶液进行混合并搅拌均匀，得到性能优良发泡剂，用高压空气发泡机制备泡沫大小均匀和形态优良的泡沫群。
4)将水泥和填充料等材料按适宜配比和依次加入并均匀搅拌，加水并再次搅拌，以确保各组成材料在浆体中均匀分散。
5)在搅拌好的浆体中掺入规定发泡倍数和重量由发泡剂制备的泡沫，混合均匀。
6)参考CJJT 177-2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》、JGJ 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》、JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》、GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》等规范，进行相关性能测定。
通过上述组分及方法制备的同步注浆浆体，依据规范测定湿容重、流动度、28d强度、孔隙率、干缩和凝结时间分别为10.20kN/m3、19.5cm、2.46MPa、70.70％、488×10-6和15.5h。
九个实施例制备的泡沫轻质混合土性能对比如表1所示：
表1泡沫轻质混合土性能对比
总体来说第一组和第五组的实验结果较为理想，对比实验结果可以发现，流动度随减水剂掺量的增大而变大；干缩沉降随膨胀材料的增加而减少，抗压强度随稳泡剂的增加而增加。将这几项材料混合使用可得最佳效果。
稳泡剂含量、减水剂掺量对轻质泡沫混合土浆体流动度及试件28d抗压强度的试验影响曲线分别如图1和图2所示，沉降减缩剂含量对试件28d强度及干缩的试验影响曲线如图3所示。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种大流态轻质泡沫混合土，其特征在于包括以下质量成分：水泥1.5-3.5 份，掺合料1.0-2.5 份，粘性土0-2.5 份，砂0.5-2.5 份，水1.5-3.5 份，泡沫群0.15-0.3份，减水剂0.0005-0.002份，沉降减缩剂0-0.002份，稳泡剂0-0.0015份，其中所述的泡沫群通过高性能动物蛋白改性发泡剂发泡而成。
2.根据权利要求1所述的大流态轻质泡沫混合土，其特征在于：所述的高性能动物蛋白改性发泡剂包括以下质量分数的组分，牛蹄角水解蛋白，0-20份；十二烷基苯磺酸钠，5-15份；明胶，1-5份；葡萄糖酸钙，1-5份；水，50-150份，所产生的泡沫发泡倍数大于40-50倍，1h沉降距3-8 mm，1h泌水量5-20 ml。
3.根据权利要求1或2所述的大流态轻质泡沫混合土，其特征在于：所述的稳泡剂为十二醇、三乙醇胺和茶皂树复合而成，混合比例为1:（1~1.5）:（0.2~0.8）。
4.根据权利要求1或2所述的大流态轻质泡沫混合土，其特征在于：所述的减水剂为抗泥型聚羧酸高效减水剂，其主要成分为甲基丙烯酸钠、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠复以及氢氧化钠，其混合比例为1: 0.4~0.6: 0.3~0.4: 0.1~0.2，减水率大于30%。
5.根据权利要求1或2所述的大流态轻质泡沫混合土，其特征在于：所述的沉降减缩剂为钙镁沉降减缩剂和高岭土组成，混合比例为1:（0~1.2）。
6.根据权利要求1或2所述的大流态轻质泡沫混合土，其特征在于：所述的掺合料为粉煤灰和矿渣粉按1：（0~0.8）复合，其含水率≤ 1，细度≤ 12，需水量比≤ 95。
7.根据权利要求6所述的大流态轻质泡沫混合土，其特征在于：所述的掺合料含水率为0.2%，细度为5.4，需水量比为94%。
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