CN110143782B - 一种南海钙质砂高聚物加固土及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种南海钙质砂高聚物加固土及制备方法，其中高聚物为聚氨酯泡沫胶黏剂，由白料(组合聚醚)和黑料(异氰酸酯)组成，高聚物的质量百分比为3％～7.5％，钙质砂的含量为余量。本文还提供了上述含有高聚物的钙质砂加固土的制备方法，将配比好的钙质砂倒入搅拌器中，加入白料(组合聚醚)充分搅拌混合，再加入与白料相同比例的黑料(异氰酸酯)并充分搅拌混合，利用喷射器将混合物喷射入模具，养护时间为七天，即可得到含有高聚物的钙质砂加固土。本发明所提出的加固土有效提高了南海钙质砂的强度和耐久性，为南海钙质砂地基处理提供方案设计和施工技术参考。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程中高聚物在地基处理及土体力学性质研究技术领域，具体涉及一种含有高聚物的钙质砂加固土及其制备方法。
背景技术
钙质砂是指富含碳酸钙颗粒或天然胶结物的碳酸盐沉积，碳酸钙含量在50％以上。广泛分布于属热带、亚热带气候的南纬30°和北纬30°之间海岸线和大陆架一带。其沉积源主要来自于：贝壳类、珊瑚礁等钙质海洋生物骨架的破碎、搬运、沉积；海水中的碳酸盐类等难溶物质由于环境因素改变而在海水中的沉积；碎屑物，如古老灰岩的破碎、搬运、沉积。钙质砂由于其具有的特殊沉积环境，还保留着原海洋生物骨架中的细孔隙，形成了钙质砂的多孔隙、棱角度高、形状不规则、易破碎、颗粒易胶结等特点，使其工程力学特性相比于其他陆相沉积物有很大不同。在我国南海海域广泛分布着钙质砂，大多为粒状或碎屑状，且CaCO3含量大都在90％以上，主要为珊瑚碎屑。由于国防和经济建设的需要，我国正在南海岛礁大力展开基础设施建设，虽然海底的钙质砂作为地基时所承受的应力水平很高，但产生的颗粒破碎也很可观，很容易出现地基不均匀沉降。因此对南海钙质砂地基进行地基加固处理尤其重要。
高聚物是指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量化合物。研究表明以聚氨酯泡沫胶黏剂为代表的高聚物具有良好的材料特性。聚氨酯泡沫胶黏剂 (polyurethane foam adhesive，即PFA)以具有高强度、轻质、膨胀性好、具有黏结力等特点引入化学灌浆领域。
然而，当前国内外对钙质砂地基处理的研究尚处于初步探索阶段，钙质砂地基评价标准在国内尚无规范可借鉴。采用水泥、石灰等固化剂改良土体特性是当前地基处理最有效的方法之一。然而，一方面，固化土体强度虽然可大幅度提升,但其刚度和脆性也显著提高，机场跑道、道路路基等在动荷载作用下，极易出现道面断裂和地基不均匀沉降，严重影响其正常运行，易造成安全事故；另一方面，大量使用水泥等强碱性固化剂将破化土体酸碱平衡，严重危及海洋植被生长，破坏海洋生态。
因此，对南海钙质砂地基，特别是机场跑道、路基等，亟需一种针对南海钙质砂的改良和改性方法，以改善南海钙质砂的工程特性，在保证土体刚度的前提下，明显提高其强度，进而可作为回填材料广泛应用于南海岛礁建设。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种南海钙质砂高聚物加固土及制备方法。
本发明针对南海钙质砂作为地基处理材料时的颗粒易碎性的问题对其进行改良，主要为了提高其强度，并改善其刚度和脆性。本发明公开的南海钙质砂高聚物加固土与现有的钙质砂地基处理的材料(即水泥)相比，在相同的掺量的条件下，其强度要高于水泥，提高了其强度和稳定性，并且减少了对海洋生态的破坏。除此以外，本发明还对高聚物的掺量进行了优化：掺量小于3％的达不到改良的效果，若是掺量过大，由于高聚物反应过于迅速，加深了制样的难度，在掺量为3％～7.5％的范围内，合理控制高聚物的反应速度，既能够提高加固土的强度，改善其刚度和脆性，又能够有效降低制样的难度提高成品率，在上述掺量范围内，高聚物的掺量越高，试样的强度越大，因而可根据需要选择合适的掺量以达到相应的性能要求。
本发明提供的具体方案如下：
一种南海钙质砂高聚物加固土，含有以下质量份的组分：
高聚物 3％～7.5％
钙质砂 余量。
进一步的，所述加固土，含有以下质量份的组分：
高聚物 3％、4.5％、6％或者7.5％
钙质砂 余量。
进一步的，所述加固土，含有以下质量份的组分：
白料 1.5％、2.25％、3％或者3.75％；
黑料 1.5％、2.25％、3％或者3.75％；
钙质砂 余量。
进一步的，所述加固土，含有以下质量份的组分：
白料 3.75％；
黑料 3.75％；
钙质砂 余量。
进一步的，上述白料为组合聚醚。优选的，组合聚醚由上海万田保温材料有限公司生产的聚氨酯白料。
进一步的，上述黑料为异氰酸酯。优选的，异氰酸酯由上海万田保温材料有限公司生产的聚氨酯黑料。
进一步的，所述的一种含有高聚物的钙质砂加固土，所述的钙质砂为南海钙质砂。
本发明的另一目的在于公开上述加固土的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取白料、黑料及钙质砂；
(2)将钙质砂倒入搅拌器中，加入白料充分搅拌混合；
(3)将黑料加入其中充分搅拌混合；
(4)利用喷射器将混合物喷射入模具，养护时间为七天，即可得到含有高聚物的钙质砂加固土。
本发明的有益效果：
(1)本发明所制备的南海钙质砂高聚物加固土，能够有效地抑制钙质砂颗粒破碎，同时提高南海钙质砂的强度、延展性和耐久性；
(2)采用白料和黑料的组合并通过掺量的优选，合理控制高聚物反应时间，保证加固土高性能的同时能够有效地降低制样难度以提高成品率；
(3)本发明所提供的加固土解决了南海钙质砂加固土的刚度和脆性较高、地基发生不均匀沉降、破坏海洋生态等问题；能够有效改善南海钙质砂加固土的力学性能且减少了对海洋生态的污染；
(4)本发明提供的技术方案为南海钙质砂地基处理提供一种新思路和施工技术参考。
附图说明
图1为制备高聚物加固土的工艺流程图；
图2为钙质砂水泥加固土的直剪结果；
图3为钙质砂高聚物加固土的直剪结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明，本发明的内容完全不限于此。
下述白料和黑料反应生成高聚物。原料中白料为组合聚醚，优选的为上海万田保温材料有限公司生产的聚氨酯白料。黑料为异氰酸酯，优选的为上海万田保温材料有限公司生产的聚氨酯黑料。下述实施例中均采用优选的原料进行实施。图1示出了实施的工艺流程图。
实施例1
组分的质量百分比组成：
白料 1.5％
黑料 1.5％
钙质砂 余量。
其中，白料为组合聚醚，黑料为异氰酸酯，钙质砂为南海钙质砂。
原料处理：钙质砂用筛分器过4mm筛，去除大于4mm的钙质砂颗粒，试样烘干前的风干含水率为4.1％，钙质砂的比重变化范围为2.73～2.86，钙质砂试样的孔隙比在0.7～1.4之间。试样的干密度取1.4g/cm3，环刀的体积为60cm3。
制备方法：
(1)称取白料、黑料及钙质砂；
(2)将钙质砂倒入搅拌器中，加入白料充分搅拌混合；
(3)将黑料加入其中充分搅拌混合；
(4)利用喷射器将混合物喷射入模具，养护时间为七天，即可得到含有高聚物的钙质砂加固土。
实施例2
组分的质量百分比组成：
白料 2.25％
黑料 2.25％
钙质砂 余量。
其中，白料为组合聚醚，黑料为异氰酸酯，钙质砂为南海钙质砂。
原料处理：同实施例1。
制备方法：同实施例1。
实施例3
组分的质量百分比组成：
白料 3.0％
黑料 3.0％
钙质砂 余量。
其中，白料为组合聚醚，黑料为异氰酸酯，钙质砂为南海钙质砂。
原料处理：同实施例1。
制备方法：同实施例1。
实施例4
组分的质量百分比组成：
白料 3.75％
黑料 3.75％
钙质砂 余量。
其中，白料为组合聚醚，黑料为异氰酸酯，钙质砂为南海钙质砂。
原料处理：同实施例1。
制备方法：同实施例1。
对比实施例1
制备掺杂水泥含量为3.0％的钙质砂加固土
组分的质量百分比组成：
水泥 3.0％
水 15.2％
钙质砂 余量。
其中，水泥为普通硅酸盐水泥PO42.5，钙质砂为南海钙质砂。
原料处理：钙质砂用筛分器过4mm筛，去除大于4mm的钙质砂颗粒，试样烘干前的风干含水率为4.1％，钙质砂的比重变化范围为2.73～2.86，钙质砂试样的孔隙比在0.7～1.4之间。试样的干密度取1.4g/cm3，环刀的体积为60cm3。
制备方法：
(1)将钙质砂倒入搅拌器中，加入水泥和水充分搅拌混合；
(2)利用喷射器将混合物喷射入模具，养护时间为七天，即可得到含有水泥的钙质砂。
对比实施例2
制备掺杂水泥含量为4.5％的钙质砂加固土
组分的质量百分比组成：
水泥 4.5％
水 15.2％
钙质砂 余量。
其中，水泥为普通硅酸盐水泥PO42.5，钙质砂为南海钙质砂。
原料处理：同对比实施例1。
制备方法：同对比实施例1。
对比实施例3
制备掺杂水泥含量为6.0％的钙质砂加固土
组分的质量百分比组成：
水泥 6.0％
水 15.2％
钙质砂 余量。
其中，水泥为普通硅酸盐水泥PO42.5，钙质砂为南海钙质砂。
原料处理：同对比实施例1。
制备方法：同对比实施例1。
对比实施例4
制备掺杂水泥含量为7.5％的钙质砂加固土
组分的质量百分比组成：
水泥 7.5％
水 15.2％
钙质砂 余量。
其中，水泥为普通硅酸盐水泥PO42.5，钙质砂为南海钙质砂。
原料处理：同对比实施例1。
制备方法：同对比实施例1。
对比实施例5
无高聚物掺杂，组分仅有钙质砂。
原料处理：同实施例1。
制备方法：
(1)将钙质砂倒入搅拌器中；
(2)利用喷射器将混合物喷射入模具，养护时间为七天，即可得到素的钙质砂土。
实施例5
力学性能和稳定性测试
测试方法：
将实施例1-4所制备的含有高聚物的钙质砂加固土、对比实施例1-4所制备的含有水泥的钙质砂加固土以及对比实施例5所制备的素钙质砂在200kPa荷载条件下进行直接剪切试验。
图2为不同掺量水泥的钙质砂加固土的直剪结果。从图2可以看出，随着剪切位移的增加，剪切应力逐渐增大；随着水泥掺量的增加，试样的强度也随之增加。
图3为不同掺量高聚物的钙质砂加固土的直剪试验结果。从图3可以看出，随着剪切位移的增加，剪切应力逐渐增大；随着高聚物掺量的增加，试样的强度也随之增加。与同种掺量的水泥钙质砂加固土相比，高聚物钙质砂加固土的强度均大于水泥钙质砂加固土，高聚物钙质加固土的稳定性也大于水泥钙质砂。
综上所述，在南海钙质砂中掺入一定比例的高聚物能有效提高钙质砂土的抗剪能力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种南海钙质砂高聚物加固土，含有以下质量百分比 的组分：
白料 3.75%；黑料3.75%；钙质砂 余量；
其中，所述高聚物包括白料和黑料；所述白料为聚氨酯白料；所述黑料为异氰酸酯；
所述钙质砂为南海钙质砂。
2.权利要求1所述加固土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）称取白料、黑料及钙质砂；
（2）将钙质砂倒入搅拌器中，加入白料充分搅拌混合；
（3）将黑料加入其中充分搅拌混合；
（4）利用喷射器将混合物喷射入模具，养护时间为七天，即可得到含有高聚物的钙质砂加固土。
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