CN109555101B - 一种沙质地基场地的土壤固化方法 - Google Patents

一种沙质地基场地的土壤固化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种沙质地基场地的土壤固化方法,包含以下的步骤:步骤一、获得沙质地基场地土壤;步骤二、将土壤与固化剂、水混合,置于模具中,加压成型;步骤三、将成型后的固化土养护之后,回填至地基场地。本发明中采用的热变高分子材料采用了甲基丙烯酸‑N,N‑二甲氨基乙酯单体,其制备得到的高分子材料会发生收缩的特性,因此固化产生的热量可以使得热变高分子材料发生收缩,材料会将其负载在表面的无机材料拉紧,当放热后,热变高分子材料会出现膨胀,使得被拉紧的颗粒相互之间接触挤压,进而将间隙填满,提高了固化效果,以上方法可以有效地提高固化土的抗压强度和冻融循环指数、减小土壤间隙。

Description

一种沙质地基场地的土壤固化方法
技术领域
本发明涉及一种沙质地基场地的土壤固化方法,属于建筑工程技术领域。
背景技术
随着国民经济的发展,各项建设的兴起,地基处理事业显得越来越重要。然而过往的地基处理方法大多从机械设备着手,进而建立某种工法,但从材料人手提高地基处理质量和效果却比较少,尤其在当今软基处理中,遇到高含水量,富含有机质的厚层软土,深层搅拌法时,即使水泥掺人量再大,水泥桩的强度还是提不上去。20世纪初,一些经济发达国家由于新建道路、港口、机场等工程需要,采用石灰、水泥对土壤进行了改良,取得了良好的效果,但在长期的土壤固化工程中,人们逐步认识到这些固化材料,存在明显不足,满足不了工程建设发展需要。进入70年代,美、日、加、南非等国家对土壤改良技术进行了深层次的开发,技术水平获得了长足的进步,改良土的材料由单一的石灰、水泥、粉煤灰等升级到土壤固化的新材料——土壤固化剂。这是一种性能优异的复合材料,具有水泥所不具有的一些特点,作用对象是各类土质。
CN105622008A公开了一种复合硅酸盐水泥、粉煤灰、石膏、生石灰、砼防腐剂、硫酸铝和混凝土早强剂复配得到的固化剂。但是,对于盐碱性沙质场地来说,由于土质松软、含盐量高,导致了常规的土壤固化剂存在着固化强度不高的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供了一种针对沙质土壤地基的固化方法,本方法采用了复合固化剂对土壤进行处理,得到的固化土具有较高的强度和耐变温性能,可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
一种沙质地基场地的土壤固化方法,包含以下的步骤:
步骤一、获得沙质地基场地土壤;
步骤二、将土壤与固化剂、水混合,置于模具中,加压成型;
步骤三、将成型后的固化土养护之后,回填至地基场地。
进一步地,所述步骤沙质地基场地土壤土质是:液限30-34%、塑限17.8-18.4%、塑性指数14.5-15.2、颗粒比重2.42-2.55g/cm3、含水量3.5-5.5%;颗粒组成是:砂粒4.5-5.0%、粉粒58.5-60.5%、黏粒34.5-35.5%;土壤盐含量0.2-0.4%,pH7.5-8.5。
进一步地,所述步骤二中土壤、固化剂和水的重量比是1:0.08-0.1:0.1-0.12。
进一步地,所述固化剂由以下组分按重量百分比制成:水泥15-20%、粉煤灰22-30%、脱硫石膏15-24%、生石灰8-12%、硫酸铝5-10%、聚丙烯酰胺4-6%、温变高分子材料3-6%。
进一步地,所述温变高分子材料制备方法:将甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯、4-乙烯基吡啶、交联剂、引发剂混合后,溶解于有机溶剂中,升温至50-65℃反应20-30h,反应结束后,将凝胶取出浸泡于去离子水中去除未反应完的单体和杂质,得到温变高分子材料。
进一步地,所述甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯、4-乙烯基吡啶、交联剂、引发剂和有机溶剂的重量比是8-12:0.3-0.35:0.05-0.10:0.1-0.12:12-15。
进一步地,所述交联剂是N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
进一步地,所述引发剂是偶氮二异丁腈。
进一步地,所述有机溶剂是二甲基亚砜。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明当中,采用的水泥是作为主胶凝材料,起到了一定的固化作用;粉煤灰作为水硬性的胶凝材料,起到了辅助固化作用;生石灰水化后提供一定量的Ca(OH)2,脱硫石膏消化后提供CaSO4·2H2O,再在硫酸铝的激发作用下,促进Ca(OH)2和粉煤灰粒子表面层的铝酸根阴离子间的酸碱中和反应,生成水化硫铝酸钙凝胶,在养护后,会生成钙矾石针状晶体,具有较强的水硬性;同时,由于粉煤灰的表面富含铝酸根离子,铝盐可以与聚丙烯酰胺上的酰胺键进行交联,将聚丙烯酰胺分子构成网状结构,提高了对土壤和颗粒的包覆效果,提高了固化效果;另外,由于以上的材料当中,无机颗粒与土壤之间会构成较多的空隙,不易将固化材料渗透进土壤间隙中,并且在粉煤灰和石灰在水化胶凝的过程中会发生热量,本发明中采用的热变高分子材料采用了甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯单体,其制备得到的高分子材料会发生收缩的特性,因此固化产生的热量可以使得热变高分子材料发生收缩,材料会将其负载在表面的无机材料拉紧,当放热后,热变高分子材料会出现膨胀,使得被拉紧的颗粒相互之间接触挤压,进而将间隙填满,提高了固化效果。以上方法可以有效地提高固化土的抗压强度和冻融循环指数、减小土壤间隙。
附图说明
图1是实施例1中制备得到的固化剂对沙质土固化后的试块SEM照片;
图2是对比例2中制备得到的固化剂对沙质土固化后的试块SEM照片;
图3是冻融循环试验试块强度变化曲线图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
以下实施例当中采用的沙质土的土质如下:
实施例1
制备温变高分子材料:按照重量份,将甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯12份、4-乙烯基吡啶0.35份、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.10份、引发剂偶氮二异丁腈0.12份混合后,溶解于二甲基亚砜15份中,升温至65℃进行反应30h,反应结束后,将凝胶取出浸泡于去离子水中去除未反应完的单体和杂质,得到温变高分子材料。
固化剂的制备:固化剂由以下组分按重量百分比制成:水泥15%、粉煤灰27%、脱硫石膏24%、生石灰12%、硫酸铝10%、聚丙烯酰胺6%、温变高分子材料6%。
实施例2
制备温变高分子材料:按照重量份,将甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯8份、4-乙烯基吡啶0.3份、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.05份、引发剂偶氮二异丁腈0.1份混合后,溶解于二甲基亚砜12份中,升温至50℃进行反应20h,反应结束后,将凝胶取出浸泡于去离子水中去除未反应完的单体和杂质,得到温变高分子材料。
固化剂的制备,按照以下的重量百分比准备各原料:水泥20%、粉煤灰26%、脱硫石膏24%、生石灰12%、硫酸铝7%、聚丙烯酰胺5%、温变高分子材料6%。
实施例3
制备温变高分子材料:按照重量份,将甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯10份、4-乙烯基吡啶0.32份、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.06份、引发剂偶氮二异丁腈0.11份混合后,溶解于二甲基亚砜13份中,升温至55℃进行反应25h,反应结束后,将凝胶取出浸泡于去离子水中去除未反应完的单体和杂质,得到温变高分子材料。
固化剂的制备,固化剂由以下组分按重量百分比制成:水泥19%、粉煤灰29%、脱硫石膏23%、生石灰9%、硫酸铝9%、聚丙烯酰胺6%、温变高分子材料5%。
对比例1
与实施例1的区别在于未在固化剂中加入聚丙烯酰胺。
对比例2
与实施例1的区别在于未在固化剂中加入温变高分子材料。
首先,将以上实施例和对比例当中制备得到的土壤固化剂与沙质土壤、水按照重量比0.08-0.1:1:0.1-0.12混合均匀,然后置于模具(圆柱体)当中,加压至0.3MPa使成型,将成型后的土块取出,于25±2℃下养护28d,进行测试。
1.固化后的试块SEM表征
实施例1中制备得到的固化剂对沙质土固化28d后的试样剖面SEM照片如图1所示,图中可以看出,土壤经过固化后的缝隙较为紧密,得到了明显的填充和固结;对比例2中制备得到的固化剂对沙质土固化28d后的试样剖面SEM照片如图2所示,从图中可以看出,试样当中仍然存有着较大的空隙,说明这种固化剂不能较好的填充沙质土,使得固化效果不好。2.抗压强度实验
按照JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》,将养护后的试件至于压力机(型号为YAW-2000)上,以1mm/min的下压速度加压至试件破坏,记录破坏载荷,即为试件抗压强度(Mpa)。
从上表中可以看出,通过本方法进行土壤固结之后,得到的试块具有较高的抗压强度,对比例1当中没有采用聚丙烯酰胺辅助进行填充和固结,使得固化后的试块抗压强度不高。
3.固化土抗冻试验
抗冻实验参考混凝土慢冻法(见GB/T50082-2009)进行,抗冻等级可用该试件的重量损失率或程度损失率来衡量,当试件重量损失率大于5%,或者强度损失率大于20%时,结束实验,此时对应的循环次数为该试件的抗冻等级。首先将试块在-20±2℃下冻结4h,取出后再置于20±2℃下4h,为一个循环。
以上各个实施和对比例当中的试块经过循环冻融实验过程中的抗压强度损失变化,如图3所示。
最终的抗冻等级下表所示。
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
抗冻等级 22 24 21 14 13
从表中可以看出,由于在本发明的固化剂,当中使用了聚丙烯酰胺沙质土进行固化,有效的将沙质土当中的间隙填充完整,经过冷冻循环之后,固结土的强度保持率较好;使用了温变高分子材料之后,有效的通过固化过程当中放热散热的过程,将沙质土以及填充料进行结合包裹,减小了间隙,在冷冻循环过程当中不易发生强度的损失。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种沙质地基场地的土壤固化方法,其特征在于:包含以下的步骤:
步骤一、获得沙质地基场地土壤;
步骤二、将土壤与固化剂、水混合,置于模具中,加压成型;
步骤三、将成型后的固化土养护之后,回填至地基场地;
所述步骤二中土壤、固化剂和水的重量比是1:0.08-0.1:0.1-0.12;
所述固化剂由以下组分按重量百分比制成:水泥15-20%、粉煤灰22-30%、脱硫石膏15-24%、生石灰8-12%、硫酸铝5-10%、聚丙烯酰胺4-6%、温变高分子材料3-6%;
所述的温变高分子材料制备方法包括以下步骤:将甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯、4-乙烯基吡啶、交联剂、引发剂混合后,溶解于有机溶剂中,升温至50-65℃反应20-30h,反应结束后,将凝胶取出浸泡于去离子水中去除未反应完的单体和杂质,得到温变高分子材料。
2.根据权利要求1所述的一种沙质地基场地的土壤固化方法,其特征在于:所述步骤沙质地基场地土壤土质是:液限30-34%、塑限17.8-18.4%、塑性指数14.5-15.2、颗粒比重2.42-2.55g/cm3、含水量3.5-5.5%;颗粒组成是:砂粒4.5-5.0%、粉粒58.5-60.5%、黏粒34.5-35.5%;土壤盐含量0.2-0.4%,pH7.5-8.5。
3.根据权利要求1所述的一种沙质地基场地的土壤固化方法,其特征在于:所述的甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯、4-乙烯基吡啶、交联剂、引发剂和有机溶剂的重量比是8-12:0.3-0.35:0.05-0.10:0.1-0.12:12-15。
4.根据权利要求1所述的一种沙质地基场地的土壤固化方法,其特征在于:所述交联剂是N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
5.根据权利要求1所述的一种沙质地基场地的土壤固化方法,其特征在于:所述引发剂是偶氮二异丁腈。
6.根据权利要求1所述的一种沙质地基场地的土壤固化方法,其特征在于:所述有机溶剂是二甲基亚砜。
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