CN110922973A - 一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料 - Google Patents

一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料 Download PDF

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Abstract

一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，属于工程材料技术领域。由膨胀土、水和特种结构剂按重量比为：2：4‑5：3‑4配制组成，膨胀土和水按重量比为：4‑5:2‑3配制成膨胀土浆液，特种结构剂和水按重量比为：1‑2:1配制成结构剂浆液。本发明在膨胀土的基础上添加特种结构剂，用于替代传统的现场黏土，能够加固改善不良土壤，继而使得浆液的吸水性、膨胀性得以稳定的控制，具有水下稳定性优越、抗稀释、抗渗性能显著、强度可控、凝结时间可控、流动性可控等优点，并且在海水环境下有良好的耐久性，进而浆液加固后的加固体性能更稳定可控。

Description

一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料
技术领域
本发明涉及一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，属于工程材料技术领域。
背景技术
随着社会经济的快速发展，我国对工程建设的要求也日趋严格，同时我国幅员辽阔，山河众多，场地类型亦复杂多样。不良地质条件对工程建设的发展造成了极大的阻力，包括建筑基础工程、堤坝工程以及路基工程，尤其是近岸桥梁工程和近岸港口工程的原状地基土常为不良地基，往往需要先进行地基处理以满足结构的适用性和耐久性。
地基处理的方法多种多样，注浆加固是一种经济实用并且施工简单的地基处理方法，我国已有大量的土壤加固浆液，并已经广泛的应用于建筑及道路领域。然而，针对近岸桥梁工程和近岸港口工程的特殊场地条件而制备的加固浆液材料却不常见。海水中的土壤承受海水的长期冲刷和渗透作用，海水中的各种矿物质会影响传统加固浆液的稳定性和耐久性，使得加固效果并不理想。此外，海水或地下水中存在多种氯盐和硫酸盐等多种有害物质，水中的氯离子主要是通过破坏钝化膜、阳极去极化作用和导电作用对桩基造成腐蚀，从而降低桩基的强度和耐久性。硫酸盐的侵蚀能够和混凝土内的水化硅酸钙生成无胶凝能力的碳硫硅钙石、石膏和无定型硅酸，降低混凝土的粘结性和强度。无论是氯离子的电化学腐蚀还是硫酸根离子的化学腐蚀都会对桩基造成不可恢复的损害，因此在土体中注入浆液改善地基时，可对浆液进行特殊处理从而达到阻断有害离子的渗透，最终达到保护桩基的目的。
发明内容
为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料。
实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，所述材料由膨胀土、水和特种结构剂按重量比为：2：4-5：3-4配制组成，所述膨胀土和水按重量比为：4-5:2-3配制成膨胀土浆液，所述特种结构剂和水按重量比为：1-2:1配制成结构剂浆液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明在膨胀土的基础上添加特种结构剂，用于替代传统的现场黏土，能够加固改善不良土壤，继而使得浆液的吸水性、膨胀性得以稳定的控制，具有水下稳定性优越、抗稀释、抗渗性能显著、强度可控、凝结时间可控、流动性可控等优点，并且在海水环境下有良好的耐久性，进而浆液加固后的加固体性能更稳定可控；
2、在海水条件下，本发明的活性二氧化硅与游离的钠离子、钾离子可以生成新的聚合物，使得浆液结合体水稳定性好，水下强度高；
3、特种结构剂中的铝酸钙可与硫酸根离子发生化学反应，阻断硫酸根离子的渗透，铝酸钙与水中硫酸根离子一方面铝酸钙水化形成的层状双金属氢氧化物(CaAl-OH-LDH)与硫酸根离子发生离子交换作用形成CaAl-SO4-LDH，另一方面铝酸钙溶解产生的钙离子与硫酸根离子发生反应，生成硫酸钙沉淀，既起到了阻断硫酸根离子向桩基的迁移的作用，又可以提高结石体的稳定性，降低结石体的渗透性；
4、海水条件下，特种结构剂中的铝酸钙、活性三氧化二铝可以与海水中的氯离子发生反应，生成盐附着在颗粒表面，降低浆液加固体的渗透性，阻断氯离子的渗透，提高浆液的可靠性，对于近岸港口工程来说，实用性较高。
具体实施方式
下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施方式一：本发明公开了一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，所述材料由膨胀土、水和特种结构剂按重量比为：2：4-5：3-4配制组成，所述膨胀土和水按重量比为：4-5:2-3配制成膨胀土浆液，所述特种结构剂和水按重量比为：1-2:1配制成结构剂浆液，采取双液注浆技术进行注浆。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述膨胀土中的粘性矿物成分为蒙脱石、伊利石或高岭石中的一种或至少两种。膨胀土为普通膨胀土，只需确保其中的粘性矿物成分为蒙脱石、伊利石或高岭石中的一种或至少两种即可。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二作出的进一步说明，所述蒙脱石含量不低于膨胀土总重量的70％，蒙脱石颗粒细小，直径约0.2～1微米，其胶体分散悬浮特性可使固化浆液的粘度得以提升，吸水后其体积变化剧烈，往往会膨胀增大近十倍，具很强的吸附能力。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述特种结构剂按重量百分比由活性二氧化硅13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述特种结构剂按重量百分比由活性二氧化硅13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸二钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述特种结构剂按重量百分比由活性二氧化硅13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸三钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。所述的特种结构剂中的矿物成分(铝酸钙和硅酸钙等)遇水会发生水化和水解反应，很快形成具有粘结性的可塑性浆体，控制其含量可以控制浆液的凝结时间，但是凝结时间不单单取决于矿物成分的含量，特种结构剂中其他成分也发挥着重要作用。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式四作出的进一步说明，所述特种结构剂按重量百分比由火山灰13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式四作出的进一步说明，所述特种结构剂按重量百分比由粉煤灰13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式五作出的进一步说明，所述特种结构剂按重量百分比由火山灰13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸二钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式五作出的进一步说明，所述特种结构剂按重量百分比由粉煤灰13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸二钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
具体实施方式十一：本实施方式是对具体实施方式六作出的进一步说明，所述特种结构剂按重量百分比由火山灰13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸三钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
具体实施方式十二：本实施方式是对具体实施方式六作出的进一步说明，所述特种结构剂按重量百分比由粉煤灰13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸三钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。所述的火山灰或者粉煤灰含有大量的活性氧化物(活性二氧化硅、活性三氧化二铝等)，火山灰或者粉煤灰粒径应该小于0.08mm,粒径的大小一定程度上影响着其活性，粒径越细，细粉占的比重越大，进而加快化学反应。
具体实施方式十三：本实施方式是对具体实施方式四至具体实施方式十二中任一具体实施方式作出的进一步说明，所述特种结构剂每种成分的粒径均为0.02～0.15mm。
本发明可用于桥梁工程、港口工程、边坡工程等土木工程中的地基土加固改良，其使用流程如下：
步骤1：依据治理区域工程地质与水文地质资料，计算所需膨胀土、特种结构剂用量。
步骤2：依据治理区域自然水体离子成分及含量情况，尝试配置不同配比的膨胀土浆液，优选出满足膨胀土浆液流动性的最小注水量。
步骤3：计算达到目标凝结时间、浆液整体流动性、抗压强度所需提供的整体用水量，扣除膨胀土浆液用水量后，得到特种结构剂所需用水量。
步骤4：注浆过程采用双液注浆工艺，优先配置特种结构剂浆液，随即配置膨胀土浆液，最后同步注入被治理地层；在保证流动性的情况下，使膨胀土的膨胀性能与吸水性得到最大的发挥。
实施例1：
一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，膨胀土、水以及特种结构剂的重量配比为2：5：3。确定特种结构剂、膨胀土和水的用量，将水倒入特种结构剂中制作成结构剂浆液(水和特种结构剂重量配比为1:1)，搅拌均匀。配置含水量最少，且满足流动性的膨胀土浆液(水和膨胀土重量配比为3:3)，特种结构剂中各成分按重量百分比由活性二氧化硅15％、氧化钙12％、氧化铝8％、三氧化二铁5％、硅酸钙(硅酸二钙和硅酸三钙)29％、铝酸钙18％、硫酸钾铝11％、二水硫酸钙2％组成。采用双液注浆工艺，同步注入结构剂浆液与膨胀土浆液。此实施例与传统固化浆液相比，渗透系数降低4个数量级，凝结时间为55秒，结石体抗压强度为5.12MPa(28天养护)，劈裂抗拉强度为0.72MPa。
通过控制特种结构剂的掺入量和特种结构剂成分的不同比例，其对地基土的加固改善效果可达到不同的水平。可实现凝结时间可控、强度可控、稳定性可控、流动性可控等优势。
传统的加固浆液多数是由现场黏土加上水泥等材料混制而成，结石体的物理性质随机性很强，难以控制。而且传统浆液多为针对公路路基、高速铁路、水利工程和边坡工程等方面，鲜有针对近岸港口工程的加固浆液。本发明在膨胀土的基础上加上特定的结构剂(主要包括活性氧化物和矿物成分)，使得浆液具有海水条件下稳定性好、水下强度高且可控、耐久性好、流动性可控和初凝终凝时间可控等优点，是一种环境友好型的固化浆液。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (13)

1.一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，其特征在于：所述材料由膨胀土、水和特种结构剂按重量比为：2：4-5：3-4配制组成，所述膨胀土和水按重量比为：4-5:2-3配制成膨胀土浆液，所述特种结构剂和水按重量比为：1-2:1配制成结构剂浆液。
2.根据权利要求1所述的一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，其特征在于：所述膨胀土中的粘性矿物成分为蒙脱石、伊利石或高岭石中的一种或至少两种。
3.根据权利要求2所述的一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，其特征在于：所述蒙脱石含量不低于膨胀土总重量的70％。
4.根据权利要求1所述的一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，其特征在于：所述特种结构剂按重量百分比由活性二氧化硅13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
5.根据权利要求1所述的一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，其特征在于：所述特种结构剂按重量百分比由活性二氧化硅13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸二钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
6.根据权利要求1所述的一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，其特征在于：所述特种结构剂按重量百分比由活性二氧化硅13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸三钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
7.根据权利要求4所述的一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，其特征在于：所述特种结构剂按重量百分比由火山灰13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
8.根据权利要求4所述的一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，其特征在于：所述特种结构剂按重量百分比由粉煤灰13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
9.根据权利要求5所述的一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，其特征在于：所述特种结构剂按重量百分比由火山灰13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸二钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
10.根据权利要求5所述的一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，其特征在于：所述特种结构剂按重量百分比由粉煤灰13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸二钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
11.根据权利要求6所述的一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，其特征在于：所述特种结构剂按重量百分比由火山灰13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸三钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
12.根据权利要求6所述的一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，其特征在于：所述特种结构剂按重量百分比由粉煤灰13％-15％、氧化钙10％-15％、氧化铝6％-8％、硅酸三钙25％-35％、铝酸钙8％-21％、硫酸钾铝10％-12％、二水硫酸钙1％-5％组成。
13.根据权利要求4-12中任一权利要求所述的一种加固沿海港口地基的混合型矿物基类注浆材料，其特征在于：所述特种结构剂每种成分的粒径均为0.02～0.15mm。
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