CN110408402A - 一种制备盐渍土回填土的改性剂 - Google Patents

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Abstract

本发明属土木工程材料领域，为解决目前盐渍土采用换土回填的方法，成本较大，时间较长等问题，提供一种制备盐渍土回填土的改性剂。改性剂由如下重量份的化学成分为组成：CaO为18.15‑35.81份，SiO2为12.41‑55.78份，Al3O2为5.21‑28.8份，Fe2O3为0.90‑4.33份，其他杂质为6.07‑16.20份。依据现场检测结果，对不同掺量下盐渍土的力学性能进行分析，为盐渍土地区改良盐渍土的回填开拓新道路。测量不同掺量下盐渍土腐蚀后混凝土动弹性模量，分析其相对动弹性模量，优先选择腐蚀程度小的盐渍土改良配比，为减轻盐渍土对钢筋混凝土的腐蚀提供参考依据。

Description

一种制备盐渍土回填土的改性剂
技术领域
本发明属于土木工程材料领域，具体涉及一种制备盐渍土回填土的改性剂。
背景技术
盐渍土是一系列受土体中盐碱成分作用的、包括各种盐土和碱土以及其他不同程度盐化的各种类型土壤的统称。在我国，现行国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）规定:岩土中易溶盐含量大于0.3%，并具有溶陷、盐胀、腐蚀等工程特性时，应判断为盐渍土。溶陷性表现在建筑物地基浸水后形成盐渍土的过程中，土壤盐渍化过程起主要作用的是盐渍土中盐结晶溶解，导致强度明显降低，对建筑物产生危害；盐胀性表现为当环境的温度和湿度发生变化时，盐渍土中离子以结晶形式析出，致使盐渍土发生膨胀，严重影响了盐渍土的工程性能；腐蚀性主要表现为硫酸盐和氯盐对钢筋混凝土结构的腐蚀，硫酸盐腐蚀混凝土，氯盐渗透到混凝土中破坏钢筋钝化膜，进而腐蚀钢筋，降低混凝土耐久性能。
盐渍土溶陷、盐胀、腐蚀问题随着我国经济的发展越来越受到重视，如何解决这些问题日益迫切，当前，我国在盐渍土地区建设基础设施时经常采用换土回填的方法，但此方法成本较大，并且从外地运土花费时间较长。因此，寻求一种使盐渍土达到工程要求的外加剂具有重要的现实意义。
发明内容
本发明为了解决目前盐渍土采用换土回填的方法，成本较大，时间较长等问题，提供了一种制备盐渍土回填土的改性剂。
本发明由如下技术方案实现的：一种制备盐渍土回填土的改性剂，所述改性剂由如下重量份的化学成分为组成：CaO为18.15-35.81份，SiO2为12.41-55.78份，Al3O2为5.21-28.8份，Fe2O3为0.90-4.33份，其他杂质为6.07-16.20份。
所述改性剂优选由如下重量份的化学成分组成：改性剂1：CaO为28.31-35.81份，SiO2为16.52-44.73份，Al3O2为7-23.91份，Fe2O3为0.9-3份，其他杂质为7.16-14.16份。
所述改性剂优选由如下重量份的化学成分组成：改性剂2：CaO为20.05-29.71份，SiO2为12.41-50.45份，Al3O2为5.71-28.8份，Fe2O3为1.91-4.33份，其他杂质为6.61-16.20份。
所述改性剂最优选由如下重量份的化学成分组成：改性剂3：CaO为23.8-30.11份，SiO2为25.26-52.1份，Al3O2为6.57-20.92份，Fe2O3为0.96-3.2份，其他杂质为6.63-12.57份。
所述改性剂优选由如下重量份的化学成分组成：改性剂4：CaO为18.15-26.17份，SiO2为19.41-55.78份，Al3O2为5.21-25.61份，Fe2O3为1.13-3.97份，其他杂质含量为6.07-14.58份。
所述盐渍土为中等硫酸盐盐渍土，其中硫酸钠含量为0.146%～0.348%。所述改性剂与盐渍土制备回填土，改性剂与盐渍土体积比为0.15:0.85。
考虑实际工程中经济的合理性，优选试改性剂3，即CaO为23.8-30.11份，SiO2为25.26-52.1份，Al3O2为6.57-20.92份，Fe2O3为0.96-3.2份，其他杂质为6.63-12.57份。
改性剂在盐渍土作用机理：盐渍土和改性剂加水拌和过程中，CaO遇水形成Ca+、OH-形成碱性环境，且形成骨架结构,盐渍土中含有SO4 2-，阴阳离子相互吸引致使土颗粒聚集，且在碱性环境中大量SiO2生成不易溶解的硅酸凝胶，与骨架结构一起稳定盐渍土结构，增强了盐渍土强度，提高其稳定性。
本发明以钙质材料、硅质材料为原料调配改性剂，对各种改性剂下的盐渍土进行抗压强度试验、渗透试验以及腐蚀试验。提出强度适宜、耐久性良好的方案。
本发明通过添加不同改性剂的方法，研究随着龄期的增长各改良盐渍土回填土无侧限抗压强度、渗透系数以及盐渍土回填土对混凝土腐蚀的变化规律。对不同改性剂的试验结果进行分析，得出不同改性剂对盐渍土强度的影响，经过经济分析，选择出最佳配比方案，为现场施工提供科学理论支持。依据现场检测结果，对不同改性剂下盐渍土的力学性能进行分析，为盐渍土地区改良盐渍土的回填开拓新道路。测量不同改性剂下盐渍土腐蚀后混凝土动弹性模量，分析其相对动弹性模量，优先选择腐蚀程度小的盐渍土改性剂，为减轻盐渍土对钢筋混凝土的腐蚀提供参考依据。
附图说明
图1为龄期对盐渍土改良回填土抗压强度的影响；
图2为龄期对渗透系数的影响；
图3为龄期对相对动弹模的影响。
具体实施方式
本发明通过对运城盐渍土地区的盐渍土进行勘察，并向盐渍土中分别加入改性剂1、改性剂2、改性剂3、改性剂4，研究不掺加改性剂和掺加不同改性剂在不同龄期、不同掺量作用下的物理化学性质，并结合实际工程中的经济性、合理性，选择一种最佳掺量，为我国盐渍土地区基础设施建设提供参考依据。
所述改性剂配方由如下重量份的化学成分组成：改性剂1： CaO为28.31-35.81份，SiO2为16.52-44.73份，Al3O2为7-23.91份，Fe2O3为0.9-3份，其他杂质为7.16-14.16份。
改性剂2：CaO为20.05-29.71份，SiO2为12.41-50.45份，Al3O2为5.71-28.8份，Fe2O3为1.91-4.33份，其他杂质为6.61-16.20份。
改性剂3：CaO为23.8-30.11份，SiO2为25.26-52.1份，Al3O2为6.57-20.92份，Fe2O3为0.96-3.2份，其他杂质为6.63-12.57份。
改性剂4：CaO为18.15-26.17份，SiO2为19.41-55.78份，Al3O2为5.21-25.61份，Fe2O3为1.13-3.97份，其他杂质含量为6.07-14.58份。
所述盐渍土为中等硫酸盐盐渍土，其中硫酸钠含量为0.146%～0.348%。
具体方法为：准备试件：根据不同硅质材料、钙质材料含量调配不同改性剂。
土样：根据运城盐渍土地区评估，本发明盐渍土为中等硫酸盐盐渍土，硫酸钠含量为0.146%～0.348%，对于混凝土及混凝土中的钢筋具有中等腐蚀性。
测定含水率：根据《土工试验方法标准》，称取200g盐渍土，取具有代表性的试样 15g～30g，放入称量盒内，盖上盒盖，称量盒加湿土的总质量，准确至0.01g；打开盒盖，将盒 置于烘箱内，在105℃～110℃的恒温下烘至恒量，烘干时间为8h；将称量盒从烘箱内取出， 盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称量盒加干土总质量，准确至0.01g；应用以下公式 计算含水率：；式中：w—含水率，%；m—湿土质量，g；mg—干土质量，g。通过 上述公式，得出对比样含水率为14.47%。
盐渍土试件制备：将烘干后盐渍土放入搅拌锅内，搅拌30s，放入改性剂，再次搅拌30s使其在干燥状态下搅拌均匀，向搅拌锅内加入称好的水，用水量大约为15%～20%，加入水时应使其均匀喷洒进搅拌锅内，搅拌完成后取下搅拌锅，制备试件；制备试件时采用静压法，以圆柱体为例，向φ×h=50mm×50mm中放满盐渍土回填土，在盐渍土回填土上方放一张直径50mm纸片、一个直径50mm铁块（刚好能放入模具中），然后将模具和铁块放到支架上，用千斤顶压实，经过第一次压实，压实度大约为五压二，将压实后土样用小刀划几道划痕以便与再次放入模具中盐渍土回填土有较好的结合力，向模具中再次加入盐渍土回填土，依照上法再次压实，压实度为二压一；压实立方体试件时也可用此法。试验采用两种尺寸试件：盐渍土回填土立方体试件：70.7mm×70.7mm×70.7mm；盐渍土回填土圆柱体试件：φ×h=50mm×50mm。
混凝土试件制备：将称量好的粗集料、细集料倒入搅拌锅内，开始搅拌，搅拌30s后加入水泥、粉煤灰，搅拌均匀后加入水和减水剂继续搅拌，混凝土搅拌完成后放入模具中，振动，拆模后放入养护室内养护28d。混凝土棱柱体试件尺寸：100mm×100mm×400mm。
盐渍土回填土试验：本试验采用不掺加改性剂（对比样）和掺加不同该改性剂研究对其盐渍土改良效果，改性剂与盐渍土体积比为0.15:0.85，盐渍土回填土试验如表1所示，选用不同改性剂对盐渍土进行改良。
表1 盐渍土回填土试样配比
本发明共设计5种试验，每次试验共制备8组试件（即3d、7d、14d、28d四个养护龄期，各2组试件，分别用于测试各养护龄期无侧限抗压强度、渗透系数）盐渍土共120块试件。
混凝土配合比：本试验采用C40混凝土，混凝土配合比如表2所示，混凝土试件制作18块。
表2 C40混凝土配合比（kg/m3）
石子 砂 水泥 粉煤灰 水 减水剂
1105 705 330 90 168 6.72
将制备好的试件埋入普通土、盐渍土和掺加不同改性剂的盐渍土回填土中，观察其腐蚀情况。
盐渍土试验结果分析：
1、无侧限抗压强度：不同改性剂下改良盐渍土回填土的无侧限抗压强度值如图1所示。从图1可知，随着养护龄期的增加，改良盐渍土回填土的抗压强度逐渐增大。养护前期改良盐渍土回填土抗压强度增长较快；3d养护龄期时，改良盐渍土回填土抗压强度均大于对比样；7d时，不同改性剂下改良盐渍土回填土抗压强度不同，其中试样4在7d时抗压强度最大，达到了7.42MPa；养护龄期达到14d时改良盐渍土回填土试样的抗压强度接近，在7.95MPa～9.14MPa之间，均远大于对比样的6.36MPa；28d时对比样、试样1、试样2、试样3、试样4的抗压强度分别为6.77MPa、9MPa、9.89MPa、11.15MPa、11.52MPa。各个改良盐渍土回填土抗压强度分别提高了32.94%、46.09%、64.70%、70.16%，表明掺加改性剂后盐渍土有明显提高，其中试样3、试样4提升较大。
2、渗透试验：不同改性剂下改良盐渍土回填土的渗透试验结果如图2所示；由图2可知，随着养护龄期的增加，改良盐渍土回填土的渗透性逐渐降低。养护前期改良盐渍土回填土渗透系数急剧下降，14d后趋于平缓；3d养护龄期时，改良盐渍土回填土渗透系数较接近，均远远小于对比样；7d时，各改良盐渍土回填土渗透系数不同，其中试样1、试样2在7d时较接近且大于试样3、试样4的渗透系数。养护龄期达到14d时改良盐渍土回填土试样的渗透系数接近，在0.85×10-6～0.96×10-6之间，均远小于对比样的2.18×10-6；28d时对比样、试样1、试样2、试样3、试样4改良盐渍土回填土的渗透系数分别为1.75×10-6、0.84×10-6、0.85×10-6、0.81×10-6、0.79×10-6。表明掺加改性剂后盐渍土抗渗性有明显提高，其中试样3、试样4提升较大。
3、混凝土腐蚀性试验：将普通土、盐渍土以及改良盐渍土回填土放入塑料箱中，将养护28d的混凝土试块埋入普通土、盐渍土和盐渍土回填土中，分别测定不同埋入时长混凝土的动弹性模量，通过分析混凝土相对动弹性模量，研究不同改性剂下改良盐渍土回填土对混凝土的腐蚀程度。龄期对相对动弹性模量的影响如图3所示。从图3中可以看出，混凝土试件埋入普通土中时动弹性模量持续增加，混凝土试件埋入普通土、对比样和改良盐渍土回填土前期，相对动弹性模量增加，且埋入30d前相对动弹性模量增加速率最大。30d时，埋入对比样、试样1、试样2、试样3、试样4、普通土中的混凝土试件相对动弹性模量分别增加了2%、4%、5%、6%、6%、6.5%。30d后，埋入试样3、试样4、普通土中混凝土试件小幅度增加，其余混凝土的相对动弹性模量不变或下降。除埋入普通土中混凝土试件外，埋入对比样和改良盐渍土回填土60d后相对动弹性模量均开始下降；埋入120d时埋入对比样中混凝土试件的相对动弹性模量为0.98，埋入试样1、试样2、试样3、试样4、普通土中混凝土试件的相对动弹性模量分别为1.02、1.03、1.05、1.06、1.08。表明向盐渍土中加入改性剂能够有效改善盐渍土的性质。
通过抗压试验、渗透试验以及腐蚀性试验表明：由15%改性剂、85%盐渍土拌和形成的盐渍土回填土能提高盐渍土强度、抗渗性和腐蚀性，本发明为解决盐渍土地区盐渍土的危害提供了参考。
由上述分析可知，试样3改良盐渍土回填土的抗压强度、抗渗性能较小于试样4，但试样3改良盐渍土回填土的抗压强度、渗透性能大于试样1和试样2；且埋入试样3、试样4中混凝土试件的相对动弹性模量接近且大于埋入对比样、试样1、试样2中混凝土试件。综上所述，且考虑实际工程中经济的合理性，优选试样3中的改性剂，即由如下重量份的化学成分组成：改性剂3：CaO为23.8-30.11份，SiO2为25.26-52.1份，Al3O2为6.57-20.92份，Fe2O3为0.96-3.2份，其他杂质为6.63-12.57份。
改性剂在盐渍土作用机理：盐渍土和改性剂加水拌和过程中，CaO遇水形成Ca+、OH-形成碱性环境，且形成骨架结构,盐渍土中含有SO4 2-，阴阳离子相互吸引致使土颗粒聚集，且在碱性环境中大量SiO2生成不易溶解的硅酸凝胶，与骨架结构一起稳定盐渍土结构，增强了盐渍土强度，提高其稳定性。

Claims (7)

1.一种制备盐渍土回填土的改性剂，其特征在于：所述改性剂由如下重量份的化学成分为组成：CaO为18.15-35.81份，SiO2为12.41-55.78份，Al3O2为5.21-28.8份，Fe2O3为0.90-4.33份，其他杂质为6.07-16.20份。
2.根据权利要求1所述的一种制备盐渍土回填土的改性剂，其特征在于：所述改性剂由如下重量份的化学成分组成：改性剂1：CaO为28.31-35.81份，SiO2为16.52-44.73份，Al3O2为7-23.91份，Fe2O3为0.9-3份，其他杂质为7.16-14.16份。
3.根据权利要求1所述的一种制备盐渍土回填土的改性剂，其特征在于：所述改性剂由如下重量份的化学成分组成：改性剂2：CaO为20.05-29.71份，SiO2为12.41-50.45份，Al3O2为5.71-28.8份，Fe2O3为1.91-4.33份，其他杂质为6.61-16.20份。
4.根据权利要求1所述的一种制备盐渍土回填土的改性剂，其特征在于：所述改性剂由如下重量份的化学成分组成：改性剂3：CaO为23.8-30.11份，SiO2为25.26-52.1份，Al3O2为6.57-20.92份，Fe2O3为0.96-3.2份，其他杂质为6.63-12.57份。
5.根据权利要求1所述的一种制备盐渍土回填土的改性剂，其特征在于：所述改性剂由如下重量份的化学成分组成：改性剂4：CaO为18.15-26.17份，SiO2为19.41-55.78份，Al3O2为5.21-25.61份，Fe2O3为1.13-3.97份，其他杂质含量为6.07-14.58份。
6.根据权利要求1所述的一种制备盐渍土回填土的改性剂，其特征在于：所述盐渍土为中等硫酸盐盐渍土，其中中等硫酸盐盐渍土中硫酸钠含量为0.146%～0.348%。
7.根据权利要求1所述的一种制备盐渍土回填土的改性剂，其特征在于：所述改性剂与盐渍土制备回填土，改性剂与盐渍土体积比为0.15:0.85。
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