CN110615654A - 一种低温施工软土地基加固用固化材料及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低温施工软土地基加固用固化材料及其应用方法，其组分包括：(1)铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥；(2)脱硫石膏；(3)硅酸盐水泥；(4)生石灰；(5)调凝剂；(6)填充材料。所述填充材料为粉煤灰、矿渣或钢渣等固体废弃物。该软土固化材料具有低温环境下凝结时间短、强度发展快、固化土体积微膨胀的特点，固化后1d即形成主要强度，特别适用于低温环境下施工的软土加固和处理，优选所述软土固化材料的用量为加固土体重量的10％～15％。与现有技术相比，本发明在保证产品性能的同时，能够减轻脱硫石膏、粉煤灰及矿渣等固体废弃物由于未被利用对环境造成的严重负担以及处理费用。

Description

一种低温施工软土地基加固用固化材料及其应用方法
技术领域
本发明属于新材料技术、环保节能技术领域，涉及脱硫石膏、粉煤灰、钢渣等固体废弃物的利用以及一种低温施工软土地基加固和处理的固化材料及其应用技术。
背景技术
软土加固法因具有技术经济效益高、对环境无不良影响、施工简便等优点，在我国软土地区发展迅速，现已广泛应用于工业与民用建筑地基加固、道路路基加固、江河堤坝防渗、抗渗加固和深基坑开挖围护工程。常用软土加固法(深层搅拌法、高压旋喷法和水泥拌合土法)的加固原理都是将固化材料与软土充分拌和，利用固化材料与软土之间发生的一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的固化土。固化材料除能在不同环境温度下使软土具有一定强度以外，还必须含膨胀性水化产物，该水化物形成过程的体积膨胀能将挤压、填充土团粒内孔隙，而使固化土强度大幅度提高，避免出现收缩裂缝。目前使用的固化材料多为硅酸盐水泥和石灰-粉煤灰(二灰土)。然而硅酸盐水泥作为软土固化材料时，并不能有效填充固化土中的孔隙，限制了固化土强度的提高；且固化效果受土壤类别的限制，对塑性指数高的粘土、裂土、有机土及盐渍土固化效果不理想。此外，因硅酸盐水泥初终凝时间无法调整，尤其在低温环境下其凝结时间过长，限制了工程进展；后期干燥收缩较大、易开裂。二灰土在实际使用中的早强性较差，且由于粉煤灰本身特性，使得二灰土的水稳定性差。若在硅酸盐水泥中掺加一定量的膨胀性组分构成复合型固化材料，膨胀性水化物可有效地填充固化土中孔隙从而使固化土强度成倍提高。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在保证产品性能的同时，生成的具有高结晶水的胶凝及晶体物质，可堵塞土体中的各种毛细管道，避免渗入水分再次破坏固化土的结构。
本发明涉及的固化材料与土体混合后，一方面，固化材料中脱硫石膏与铝酸盐水泥中的铝酸钙或硫铝酸盐水泥中的无水硫铝酸钙反应，迅速生成高结合水且具有膨胀性水化物，使得低温环境下土体也具有较快的强度发展；此外，硅酸盐水泥也会逐步生成水化硅酸钙凝胶、氢氧化钙及钙矾石晶体。又因土体中一般也含有部分铝质组分，因此钙矾石的形成部分是由于在硫酸盐作用下氢氧化钙和土体的相互作用，有利于固化土强度的提高；同时，加强了土体和水泥骨架间的连接，大大增加了固化土的水稳性和强度。另一方面，粉煤灰等工业废渣的加入使得后期强度得以持续发展。总体来说，该固化材料有效发挥了硅酸盐水泥主要水化产物水化硅酸钙胶凝的特性，又结合了钙矾石等水化产物的快凝、早强及微膨胀效应。
与现有技术相比，本发明有效结合了硅酸盐水泥及铝酸盐水泥(或硫铝酸盐水泥)的性能优势，充分保证了低温环境下土体的凝结时间、强度发展及后期微膨胀性，具有更强的可调控性。此外，综合利用了利用脱硫石膏、粉煤灰等固体废弃物，在保证产品性能的同时，能够减轻了这些固体废弃物由于未被利用对环境造成的严重负担以及处理费用，具有很好的经济和社会效益。
本低温施工软土固化材料性能要求如表1所示：
表1低温(0℃)施工软土固化材料的性能要求
项目 性能
初凝时间，min ≤60
终凝时间，min ≤120
1d抗压强度，MPa ≥15.0
3d抗压强度，MPa ≥25.0
28d尺寸变化率，％ ≤0.03
综上所述，本低温软土固化材料生产过程简单，各性能指标优良、品质易于控制，适用范围广，便于低温条件下尤其是冬季大规模推广应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
固化材料的主要原材料有铝酸盐水泥30％、脱硫石膏30％、硅酸盐水泥15％、生石灰5％、葡萄糖1％、粉煤灰19％。待加固的粘土(粉土)事先在105℃下干燥24小时，并用橡皮锤破碎至全部通过3mm圆孔筛。固化材料的用量为加固土体重量的10％，水胶比为0.5。经搅拌混合体后制作的试件，分别在5℃及20℃养护，至规定龄期时测试得到的加固粘土的性能如表2所示。
表2低温施工软土固化材料配方一所得加固粘土的性能测试结果
实施例2
主要原材料有硫铝酸盐水泥40％、脱硫石膏30％、硅酸盐水泥10％、生石灰3％、蔗糖2％、矿渣19％。待加固的粘土(粉土)事先在105℃下干燥24小时，并用橡皮锤破碎至全部通过3mm圆孔筛。固化材料的用量为加固土体重量的15％，水胶比为0.5。经搅拌混合体后制作的试件，分别在5℃及20℃养护，至规定龄期时测试得到的加固粘土的性能如表2所示。
表2低温施工软土固化材料配方二所得加固粘土的性能测试结果
实施例3
主要原材料有硫铝酸盐水泥35％、脱硫石膏20％、硅酸盐水泥10％、生石灰3％、木质磺酸盐1％、钢渣20％。待加固的粘土(粉土)事先在105℃下干燥24小时，并用橡皮锤破碎至全部通过3mm圆孔筛。固化材料的用量为加固土体重量的13％，水胶比为0.5。经搅拌混合体后制作的试件，分别在5℃及20℃养护，至规定龄期时测试得到的加固粘土的性能如表3所示。
表3低温施工软土固化材料配方三所得加固粘土的性能测试结果
由以上实施例可见，本软土固化材料可以根据实际施工环境的温度制备出不同强度等级的固化材料。各项性能指标均满足或超过相关标准和实际工程要求，且简化软土固化材料的生产过程，可以广泛推广使用。

Claims (6)

1.一种低温施工软土地基加固和处理的固化材料，其组分包括铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥、脱硫石膏、硅酸盐水泥、生石灰、调凝剂、填充材料，各组分的质量百分含量为：
(1)铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥：30％～40％；
(2)脱硫石膏：20％～30％；
(3)硅酸盐水泥：10％～15％；
(4)生石灰：3％～5％；
(5)缓凝剂：0.5％～2％；
(6)填充材料：8％～36.5％。
2.根据权利要求1所述的低温施工软土地基加固和处理的固化材料，其特征在于，所述的铝酸盐水泥为CA-50或CA-70级铝酸盐水泥；硫铝酸盐水泥为72.5R级硫铝酸盐水泥；硅酸盐水泥为PⅡ52.5R级硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的低温施工软土地基加固和处理的固化材料，其特征在于，缓凝剂为葡萄糖、淀粉、六偏磷酸钠、木质磺酸盐或柠檬酸钠中的任一种。
4.根据权利要求1所述的低温施工软土地基加固和处理的固化材料，其特征在于，所述软土固化材料的用量为加固土体重量的10％～15％。
5.根据权利要求1所述的低温施工软土地基加固和处理的固化材料，其特征在于，5℃下60分钟内凝结，1d即可发挥50％以上的力学强度，且固化土体后期不收缩，土体中不存在收缩裂缝。
6.根据权利要求1所述的低温施工软土地基加固和处理的固化材料，其特征在于具体步骤为：按照重量比例称量后，先利用混合速率为50～150r/min的混合机将铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥、脱硫石膏、硅酸盐水泥、生石灰、调凝剂混合均匀，然后在上述混合机中把上述混合物与填充材料一起混合均匀，即得所需产品。
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