CN110436882A - 一种自凝灰浆及其堤坝防渗加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自凝灰浆及其堤坝防渗加固方法,所述自凝灰浆由膨润土、粉煤灰、水泥、氢氧化钠、偏铝酸钠、硅酸钠、缓凝剂、增强剂和水组成,所述堤坝加固方法,包括以下步骤:S1、上述自凝灰浆的制备:(1)将膨润土、粉煤灰、氢氧化钠、偏铝酸钠和水混合搅拌静置,得到活化膨润土泥浆;(2)向步骤(1)得到的活化膨润土泥浆中加入硅酸钠、增强剂,搅拌,得到膨润土泥浆;(3)向步骤(2)得到的膨润土泥浆中加入水泥和缓凝剂搅拌,即得所述自凝灰浆;S2、开挖槽孔。与现有技术相比,本发明可以提高自凝灰浆的结实率,固结周期短,抗渗性好,强度高,为自凝灰浆防渗墙在堤坝等永久工程中的应用提供了技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于堤坝加固技术领域,具体涉及一种自凝灰浆及其堤坝防渗加固方法。
背景技术
堤坝作为水利工程的核心组成部分,在水利工程施工中占据重要作用,但是,水利工程中的堤坝在运行过程当中,特别容易发生大面积渗漏,如果不采取合理的加固处理措施进行加固,会严重影响水利工程的安全性。因此,加强水利工程堤坝防渗加固施工特别关键。
混凝土防渗加固技术是当前在堤坝渗水病害的治理等方面应用较为广泛的一种技术,利用混凝土进行加固,可以改善土壤的透水性能,起到防渗加固的效果,现在最常用到的几种混凝土加固技术为帷幕灌浆法、自凝灰浆防渗墙法、高压喷射防渗墙法。
1)帷幕灌浆法的应用。在帷幕灌浆的应用中最主要的是对浆液的比例进行调和,因为浆液本身就具有胶凝性以及流动性,在通过一定的比例调和之后,会增加其附着性,在调配完浆液之后,通过钻孔将其压至岩层的缝隙中,浆液在岩石的缝隙中会自动胶结硬化,通过浆液的胶结硬化能够极大地改善岩层的性能,提升岩层的硬度以及强度,进而达到了防渗的目的。当前我国最常使用的是孔口封闭灌浆的方法。
2)高压喷射防渗加固。高压喷射防渗的方法主要是借助高压射流的冲击力,将水泥混凝土浆液喷射覆盖于坝基层面,在喷射的同时,向坝基部分灌入水泥浆液,通过两者的相互胶凝作用,提升坝基出的防渗水性能,并且能够在坝基层面形成一道防渗墙,能够有效地避免水泥的渗透。
3)自凝灰浆防渗墙的方法。使用此方法治理堤坝渗水病害的原理,主要是通过对水泥、混凝土以及膨润土之间的调和,最终生成自凝灰这种防渗水的材料,以起到防渗加固的作用。
国外很多国家在进行水利工程施工的过程中经常会使用自凝灰浆进行施工,而目前,我国水利工程施工的过程中很少使用自凝灰浆进行施工。
顾志刚等根据三峡三期土石围堰防渗体设计要求和施工特点,选择了振孔高喷、常规钻孔高喷、钻喷一体化高喷和自凝灰浆等4防渗墙施工工艺进行现场试验。在施工过程中,各种施工工艺相互配合,发挥了各自的优势,确保了三峡三期土石围堰防渗墙工程按期、高质量地完成(三峡三期土石围堰防渗墙施工工艺,水利水电科技进展,2007年,8月,第27卷第4期),为自凝灰浆防渗墙在永久工程中的应用提供了技术支撑。
CN109734352A公开了一种超缓凝自凝灰浆增强外加剂及制备方法,包括:缓凝剂10~16%;阻泥剂3~6%;减水剂8~15%;抗分散剂0.02~0.04%;水性环氧树脂乳液10~20%;增强剂10~15%;增稠剂1~2%和水31~53%,该发明从自凝灰浆的浆液性能入手,解决了自凝灰浆抗压强度和抗渗性能与凝结时间相制约的问题。
自凝灰浆是一种高水灰比的浆液,结石率较低,若要形成防渗墙固体材料,需要不断补充浆液完成析水固结,周期较长,难以满足工程需要。另外墙体的低强度特性使承受水压力的能力有限,容易形成穿孔破坏,极大的限制了自凝灰浆防渗墙在永久工程中的应用。
发明内容
为了解决以上技术问题,本发明提供了一种自凝灰浆及其堤坝防渗加固方法。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种自凝灰浆,由以下成分组成:膨润土、粉煤灰、水泥、氢氧化钠、偏铝酸钠、硅酸钠、缓凝剂、增强剂和水。
优选地,所述的增强剂为木质纤维素和硅藻土。
优选地,所述的缓凝剂为环状糊精和木质素磺酸钙。
优选地,一种自凝灰浆,由以下重量份的成分组成:
膨润土35-48份;
粉煤灰20-30份;
水泥140-192份;
氢氧化钠0.9-1.5份;
偏铝酸钠0.5-1份;
硅酸钠0.5-1份;
缓凝剂0.4-0.6份;
增强剂1-3份;
水700-960份。
进一步优选地,所述增强剂为质量比3-5:1的木质纤维素和硅藻土。
进一步优选地,所述缓凝剂为质量比为1:5-7的环状糊精和木质素磺酸钙。
进一步优选地,所述粉煤灰的粒径为50-80μm。
进一步优选地,所述木质纤维素的粒径为500-800nm;
进一步优选地,所述硅藻土的粒径为25-50μm。
本发明还提供了上述自凝灰浆在堤坝防渗加固中的应用。
本发明还提供了一种自凝灰浆防渗墙堤坝加固方法,包括以下步骤:
S1、上述自凝灰浆的制备:
(1)将膨润土、粉煤灰、氢氧化钠、偏铝酸钠和水混合搅拌,静置,得到活化膨润土泥浆;
(2)向步骤(1)得到的活化膨润土泥浆中加入硅酸钠、增强剂,搅拌,得到膨润土泥浆;
(3)向步骤(2)得到的膨润土泥浆中加入水泥和缓凝剂,搅拌,即得所述自凝灰浆;
S2、开挖槽孔:
根据抓斗开口宽度及槽孔深度,将槽孔划分为一期槽和二期槽,其中一期槽长度等于抓斗开口宽度2.8m,二期槽长度依据槽孔深度定为2.8m,二期槽长度与一期槽搭接;
按照先开挖相邻一期槽,待一期槽内自凝灰浆达到2-3天龄期后开挖其间二期槽,施工沿一个方向连续进行;
抓斗边挖掘边向槽孔内注步骤S1制备好的自凝灰浆,使槽孔内的液面高度不低于导墙顶部60cm,直到设计孔深。
优选地,S1中步骤(1)所述搅拌为机械搅拌,搅拌时间为1-2h;所述静置的时间为3-5h。
优选地,S1中步骤(2)所述搅拌为机械搅拌,搅拌时间为30-50min。
优选地,S1中步骤(3)中的搅拌为水力循环搅拌1-2h。
优选地,S2中搭接为两侧搭接60-80cm,单侧搭接30-40cm。
本发明的有益效果为:
本发明的自凝灰浆由膨润土、粉煤灰、水泥、氢氧化钠、偏铝酸钠、硅酸钠、缓凝剂、增强剂和水组成,可以提高自凝灰浆的结实率,缩短固结周期,同时抗渗性好,强度高,为自凝灰浆防渗墙在堤坝等永久工程中的应用提供了技术支撑。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前,应理解,本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案;还应当理解,本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案,而不是为了限制本发明的保护范围。
当实施例给出数值范围时,应理解,除非本发明另有说明,每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义,本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。
本发明对所采用原料的来源不作限定,如无特殊说明,本发明所采用的原料均为本技术领域普通市售品。
本发明实施例中采用的水泥为普通硅酸盐水泥,购自山东高创恒达新型建材科技有限公司,所采用的膨润土为钻井膨润土,购自潍坊市坊子区振兴膨润土厂。
实施例1
一种自凝灰浆,由以下重量份的成分组成:
膨润土48份、粉煤灰30份、水泥192份、氢氧化钠1.5份、偏铝酸钠1份、硅酸钠1份、缓凝剂0.6份、增强剂3份、水960份;
其中,
所述增强剂为质量比5:1的木质纤维素和硅藻土;
所述缓凝剂为质量比1:5的环状糊精和木质素磺酸钙。
所述粉煤灰的粒径为80μm;所述的木质纤维素的粒径为800nm;所述硅藻土的粒径为50μm;
上述自凝灰浆的制备方法,具体为:
(1)将膨润土、粉煤灰、氢氧化钠、偏铝酸钠和水混合,机械搅拌2h,静置5h,得到活化膨润土泥浆;
(2)向步骤(1)得到的活化膨润土泥浆中加入硅酸钠、增强剂,机械搅拌50min,得到膨润土泥浆;
(3)向步骤(2)得到的膨润土泥浆中加入水泥和缓凝剂,水力循环搅拌2h,即得所述自凝灰浆。
实施例2
一种自凝灰浆,由以下重量份的成分组成:
膨润土40份、粉煤灰20份、水泥140份、氢氧化钠0.9份、偏铝酸钠0.5份、硅酸钠0.5份、缓凝剂0.4份、增强剂1份、水700份;
其中,
所述增强剂为质量比3:1的木质纤维素和硅藻土;
所述缓凝剂为质量比1:7的环状糊精和木质素磺酸钙。
所述粉煤灰的粒径为50μm;所述的木质纤维素的粒径为500nm;所述硅藻土的粒径为25μm;
上述自凝灰浆的制备方法,具体为:
(1)将膨润土、粉煤灰、氢氧化钠、偏铝酸钠和水混合,机械搅拌1h,静置3h,得到活化膨润土泥浆;
(2)向步骤(1)得到的活化膨润土泥浆中加入硅酸钠、增强剂,机械搅拌30min,得到膨润土泥浆;
(3)向步骤(2)得到的膨润土泥浆中加入水泥和缓凝剂,水力循环搅拌1h,即得所述自凝灰浆。
实施例3
一种自凝灰浆,由以下重量份的成分组成:
膨润土42份、粉煤灰21份、水泥165份、氢氧化钠1份、偏铝酸钠0.6份、硅酸钠0.8份、缓凝剂0.5份、增强剂2.5份、水895份;
其中,
所述增强剂为质量比4:1的木质纤维素和硅藻土;
所述缓凝剂为质量比1:6的环状糊精和木质素磺酸钙。
所述粉煤灰的粒径为75μm;所述的木质纤维素的粒径为600nm;所述硅藻土的粒径为40μm;
制备方法同实施例2。
实施例4
一种自凝灰浆,由以下重量份的成分组成:
膨润土35份、粉煤灰25份、水泥180份、氢氧化钠1.2份、偏铝酸钠0.8份、硅酸钠0.6份、缓凝剂0.5份、增强剂2份、水780份;
其中,
所述增强剂为质量比4.5:1的木质纤维素和硅藻土;
所述缓凝剂为质量比1:6.5的环状糊精和木质素磺酸钙。
所述粉煤灰的粒径为75μm;所述的木质纤维素的粒径为600nm;所述硅藻土的粒径为40μm;
制备方法同实施例2。
对比例1
本对比例与实施例3的不同之处在于,所述增强剂为质量比6:1的木质纤维素和硅藻土;所述缓凝剂为质量比1:4的环状糊精和木质素磺酸钙。
对比例2
本对比例与实施例3的不同之处在于,所述增强剂为质量比2:1的木质纤维素和硅藻土;所述缓凝剂为质量比1:8的环状糊精和木质素磺酸钙。
对比例3
本对比例与实施例3的不同之处在于,所述缓凝剂为白糖。
对比例4
本对比例与实施例3的不同之处在于,所述粉煤灰的粒径为50μm,木质纤维素的粒径为400nm;硅藻土的粒径为80μm。
实验例1
自凝灰浆的渗透性能测试
取实施例1-4和对比例1-4制备的自凝灰浆,预制16块自凝灰浆预制块,预制块模具为Φ80mmx60mm的环刀,25℃下养护24h后拆模,将得到的预制块放入水泥标养箱中,养护条件为20℃,湿度为95-100%,标养至28天后取出,参照水工塑性混凝土试验规程(DL/T5030-2013)中对渗透系统试验的相关规定,采用塑性混凝土抗渗仪进行自凝灰浆预制块的抗渗试验,结果如表1所示。
表1自凝灰浆预制块的渗透系数
样品 | 透水系数(10<sup>-7</sup>cm/s) |
实施例1 | 2.59 |
实施例2 | 1.58 |
实施例3 | 0.92 |
实施例4 | 4.47 |
对比例1 | 8.92 |
对比例2 | 9.10 |
对比例3 | 11.51 |
对比例4 | 15.26 |
由表1可知,本发明自凝灰浆制备的自凝灰浆预制块的抗渗透性较好,且当膨润土和粉煤灰的质量比为2:1时,表现出较好的抗渗性能。
实验例2
自凝灰浆抗压强度测试
取实施例1-4和对比例1-4制备的自凝灰浆制成尺寸为150mm×150mm×150mm的标准立方体试块。装膜成型24h后,脱模,在温度为20℃,湿度为95-100%的条件下,标养至7天、28天。按照《水工混凝土试验规程》(SL352-2006)中的抗压强度试验方法进行检测。使用液压式万能试验机进行自凝灰浆立方体试块的抗压试验,当试块将要被毁坏而发生快速变形时,停止试验机加载直至试件毁坏并记录破坏荷载。结果如表2所示。
表2自凝灰浆抗压强度
由表2可知,本发明自凝灰浆制备的立方体试块的抗压强度较高。
实验例3
自凝灰浆在堤坝防渗加固中的应用,具体为:一种自凝灰浆防渗墙堤坝加固方法,包括以下步骤:
S1、自凝灰浆的制备:按照实施例3制备自凝灰浆,备用;
S2、开挖槽孔:
根据抓斗开口宽度及槽孔深度,将槽孔划分为一期槽和二期槽,其中一期槽长度等于抓斗开口宽度2.8m,二期槽长度依据槽孔深度定为2.8m,二期槽长度与一期槽两侧搭接60-80cm,单侧搭接30-40cm;
按照先开挖相邻一期槽,待一期槽内自凝灰浆达到2-3天龄期后开挖其间二期槽,施工沿一个方向连续进行;
抓斗边挖掘边向槽孔内注步骤S1制备好的自凝灰浆,使槽孔内的液面高度不低于导墙顶部60cm,直到设计孔深。
S3、清底、养护
按照本领域常规的清底、养护,即可。
本发明的自凝灰浆由膨润土、粉煤灰、水泥、氢氧化钠、偏铝酸钠、硅酸钠、缓凝剂、增强剂和水组成,可以提高自凝灰浆的结实率,缩短固结周期,同时抗渗性好,强度高,为自凝灰浆防渗墙在堤坝等永久工程中的应用提供了技术支撑。
以上是结合具体实施例对本发明进一步的描述,但这些实施例仅仅是范例性的,并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是,在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换,但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种自凝灰浆,其特征在于,由以下成分组成:膨润土、粉煤灰、水泥、氢氧化钠、偏铝酸钠、硅酸钠、缓凝剂、增强剂和水;
所述的增强剂为木质纤维素和硅藻土;
所述的缓凝剂为环状糊精和木质素磺酸钙。
2.根据权利要求1所述的自凝灰浆,其特征在于,由以下重量份的成分组成:
膨润土35-48份;
粉煤灰20-30份;
水泥140-192份;
氢氧化钠0.9-1.5份;
偏铝酸钠0.5-1份;
硅酸钠0.5-1份;
缓凝剂0.4-0.6份;
增强剂1-3份;
水700-960份。
3.根据权利要求2所述的自凝灰浆,其特征在于,所述增强剂为质量比3-5:1的木质纤维素和硅藻土。
4.根据权利要求2所述的自凝灰浆,其特征在于,所述缓凝剂为质量比1:5-7的环状糊精和木质素磺酸钙。
5.一种权利要求1-4任一项所述的自凝灰浆在堤坝防渗加固中的应用。
6.一种自凝灰浆防渗墙堤坝加固方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、权利要求1-4任一项所述的自凝灰浆的制备,具体为:
(1)将膨润土、粉煤灰、氢氧化钠、偏铝酸钠和水混合搅拌,静置,得到活化膨润土泥浆;
(2)向步骤(1)得到的活化膨润土泥浆中加入硅酸钠、增强剂,搅拌,得到膨润土泥浆;
(3)向步骤(2)得到的膨润土泥浆中加入水泥和缓凝剂,搅拌,即得所述自凝灰浆;
S2、开挖槽孔:
根据抓斗开口宽度及槽孔深度,将槽孔划分为一期槽和二期槽,其中一期槽长度等于抓斗开口宽度2.8m,二期槽长度依据槽孔深度定为2.8m,二期槽长度与一期槽搭接;
按照先开挖相邻一期槽,待一期槽内自凝灰浆达到2-3天龄期后开挖其间二期槽,施工沿一个方向连续进行;
抓斗边挖掘边向槽孔内注步骤S1制备的自凝灰浆,使槽孔内的液面高度不低于导墙顶部60cm,直到设计孔深。
7.根据权利要求5所述的自凝灰浆防渗墙堤坝加固方法,其特征在于,S1中步骤(1)所述搅拌为机械搅拌,搅拌时间为1-2h。
8.根据权利要求5所述的自凝灰浆防渗墙堤坝加固方法,其特征在于,S1中步骤(1)所述静置的时间为3-5h。
9.根据权利要求5所述的自凝灰浆防渗墙堤坝加固方法,其特征在于,S1中步骤(2)所述搅拌为机械搅拌,搅拌时间为30-50min。
10.根据权利要求5所述的自凝灰浆防渗墙堤坝加固方法,其特征在于,S1中步骤(3)中的搅拌为水力循环搅拌1-2h。
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