CN111348872A - 一种高强型水泥基浆材及其制备方法与搅拌桩施工方法 - Google Patents

一种高强型水泥基浆材及其制备方法与搅拌桩施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高强型水泥基浆材及其制备方法与搅拌桩施工方法。包括：水泥200‑330份、粉煤灰150‑200份、硅粉15‑40份、聚羧酸减水剂0.3‑0.6份、三乙醇胺0.3‑1.0份、硫酸铝1.0‑2.0份、碱3‑6份、聚丙烯纤维丝0.2‑0.8份、水183‑342份。制备方法：将减水剂、硫酸铝、碱分别溶解，除三乙醇胺外的材料形成混合液，依次将上述溶解液、三乙醇胺加入混合液搅拌，得高强型水泥基浆材。施工方法：用搅拌桩机就地搅拌，将制备的水泥基浆材与土地基搅拌形成水泥土加固体。本发明的水泥基浆材，材料环保、成本低，制备简单；可采用常规搅拌桩机施工，形成的水泥土加固体早期强度高、后期强度稳定。

Description

一种高强型水泥基浆材及其制备方法与搅拌桩施工方法
技术领域
本发明涉及建筑地基基础工程、地下工程技术领域，具体涉及一种高强型水泥基浆材及其制备方法与搅拌桩施工方法。
背景技术
水泥土搅拌桩复合地基，又称之为深层搅拌法，它是以水泥作为固化剂的主要材料，通过深层搅拌机械，将固化剂和地基土强制搅拌形成水泥土加固体。水泥土加固体可以与加固体之间的土体共同构成具有较高竖向承载力的复合地基，也可以用于基坑工程止水帷幕墙、工法桩围护挡墙、垃圾填埋场防渗墙等地下工程。水泥土搅拌桩适用于处理正常固结的淤泥、淤泥质土、素填土、黏性土(软塑、可塑)、粉土(稍密、中密)、粉细砂(松散、中密)、中粗砂(松散、稍密)、饱和黄土等土层。
对于现有的水泥土搅拌桩，主要采用常规的水泥浆材、石灰浆材，其浆材与地基土搅拌成桩后，桩身无侧限抗压强度较低(7d龄期强度不足0.3MPa，28d龄期强度不足1.5MPa)，其抗拉、抗剪强度都比较低，水平承载能力也较弱，桩体抗渗能力较差(28d龄期水泥土渗透系数为10-5-10-7cm/s)。作为复合地基竖向增强体时，其竖向承载力及抗变形能力有限；作为基坑工程的止水帷幕时，其水平承载能力存在不足。本发明专利属于国家自然科学基金项目(项目编号：51678083)资助研究成果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强度高、防渗效果好、操作方法简单的高强型水泥基浆材及其制备方法与搅拌桩施工方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种高强型水泥基浆材，包括如下重量份组分：水泥200-330份、粉煤灰150-200份、硅粉15-40份、聚羧酸减水剂0.3-0.6份、三乙醇胺0.3-1.0份、硫酸铝1.0-2.0份、碱3-6份、聚丙烯纤维丝0.2-0.8份、水183-342份。
进一步，所述水泥为42.5级或52.5级的硅酸盐水泥。
进一步，所述粉煤灰为火电厂生产的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰。
进一步，所述硅粉为冶金厂生产硅铁过程中的副产品，经冷凝而成的细球粒状颗粒，其中SiO2质量占硅粉质量的80％-90％、颗粒直径80-120目。
进一步，所述水泥、粉煤灰、硅粉混合作为本发明浆材的固化剂。
进一步，所述聚羧酸减水剂为PCA-300P型减水剂，选用PCA-300P型聚羧酸减水剂，用于阻止水泥颗粒因聚结所形成的网状结构，改善水泥颗粒与水接触的水化条件，增加浆液的流动性。
进一步，所述硫酸铝为无水硫酸铝；所述所述碱为碳酸钠。
进一步，选用三乙醇胺、硫酸铝和碱混合协同作为增强剂，可使水泥土快速稠化固相，大幅度提高搅拌桩水泥土加固体的早期强度与后期强度。
进一步，所述聚丙烯纤维丝，其长度为5-20mm，选用聚丙烯纤维丝作为阻裂剂，可增强搅拌桩水泥土加固体的抗拉强度与抗剪强度。
进一步，所述水采用自来水。
一种高强型水泥基浆材的制备方法，包括如下步骤：
(1)取聚羧酸减水剂0.3-0.6份，加入10份水溶解；
(2)取硫酸铝1.0-2.0份，加入10-20份水溶解；
(3)取碱3-6份，加入12-18份水溶解；
(4)取水泥200-330份、粉煤灰150-200份、硅粉15-40份混合均匀后加入余量水，搅拌均匀，然后加入步骤(1)配置的聚羧酸减水剂溶液，搅拌均匀，继续加入三乙醇胺、步骤(2)配置的硫酸铝溶液及步骤(3)配置的碱溶液，搅拌均匀，最后加入聚丙烯纤维丝，搅拌均匀，得到高强型水泥基浆材。
进一步，该制备方法简单，搅拌所用时间较短。
一种高强型水泥基浆材的搅拌桩施工方法，其特征在于，利用搅拌桩机就地搅拌，将高强型水泥基浆材与被处理软土地基搅拌形成水泥土加固体。
进一步，所述搅拌桩机为双轴机型、三轴机型、五轴机型中任一种。
进一步，所述高强型水泥基浆材中水泥的重量占所述被处理软土地基重量的15％-28％。
进一步，所述水泥土加固体为柱状、壁状、格栅状、块状中任一种，搅拌桩的桩长可根据机械设备能力、土层及工程需要确定，以满足复合地基承载力和变形的要求，或满足止水帷幕墙的抗渗设计要求。
本发明的有益效果：
(1)本发明的高强型水泥基浆材，其制备方法简单，所用材料成本较低且无环境污染，具有推广应用价值；
(2)本发明的高强型水泥基浆材的搅拌桩施工方法，方便操作，采用常规的搅拌桩机，无需投入新的施工设备，且适用于地基土种类比较广泛，所形成搅拌桩的水泥土加固体早期强度高、后期强度稳定，抗渗效果好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细阐述：
实施例1
某建筑地基处理工程，采用筏板基础，筏板基底平均压力特征值为200kPa，基础埋深为-2.5m，其下部地层主要为软黏性土、粉土、粉细砂、硬黏性土等土层，其软黏性土地基承载力特征值为60kPa。为此，需对筏板基础底部的软弱地基进行处理，以使处理后的复合承载力特征值达到200kPa以上。设计采用双轴搅拌桩进行地基加固处理，搅拌桩桩长为15m，设计要求搅拌桩水泥土加固体28d龄期的无侧限抗压强度达到2.6MPa以上。
根据上述设计要求，制备高强型水泥基浆材，取如下重量份组分：
260份42.5级硅酸盐水泥、180份火电厂生产的Ⅱ级粉煤灰、25份SiO2含量80％，颗粒直径为100目的硅粉、0.6份PCA-300P型减水剂、0.3份三乙醇胺、1.5份无水硫酸铝、6.0份碳酸钠、0.5份长度为15mm的聚丙烯纤维丝、260份自来水。
施工现场进行高强型水泥基浆材的制备，制备方法如下：(1)取0.6份PCA-300P型减水剂，加入10份自来水溶解；(2)取1.5份无水硫酸铝，加入15份自来水溶解；(3)取6.0份碳酸钠，加入18份自来水溶解；(4)取260份42.5级硅酸盐水泥、180份火电厂生产的Ⅱ级粉煤灰、25份SiO2含量80％，颗粒直径为100目的硅粉加入容器中混合均匀后加入217份自来水，搅拌10分钟至均匀状态，然后加入步骤(1)配置的聚羧酸减水剂溶液，搅拌5分钟至均匀状态，继续加入三乙醇胺、步骤(2)配置的硫酸铝溶液及步骤(3)配置的碱溶液，搅拌8分钟至均匀状态，最后加入聚丙烯纤维丝，搅拌5分钟至均匀状态，得到高强型水泥基浆材。
在施工现场进行高强型水泥基浆材搅拌桩的制作，其施工步骤如下：(1)将双轴搅拌桩机移动到指定桩位；(2)启动搅拌桩机，控制高强型水泥基浆材中水泥的重量占被处理软土地基重量的23％，将制备好的高强型水泥基浆材与软土地基搅拌形成水泥土加固体。
采用电子万能实验压缩机测试水泥土试样的强度指标，采用TST-55型变水头渗透仪测试水泥土试样的渗透系数，经测试所制成的搅拌桩水泥土加固体7d龄期的无侧限抗压强度达到了1.2MPa，28d龄期的无侧限抗压强度达到2.8MPa、28d龄期抗拉强度可达到0.8MPa，28d龄期的渗透系数为0.42×10-7cm/s，后经平板载荷测试，经搅拌桩处理后的复合承载力特征值达到226kPa，满足了该筏板基底的承载受力要求。
实施例2
某垃圾填埋场防渗工程，垃圾填埋高度为11m，采用水泥土搅拌桩制作防渗墙，墙体埋深20m，自地面至防渗墙墙底，地层主要为软黏性土、粉土、粉细砂、硬黏性土等土层，设计采用三轴搅拌桩进行垃圾场防渗墙的施工，要求防渗墙中的搅拌桩水泥土加固体28d龄期的无侧限抗压强度达到2.7MPa以上，28d龄期的渗透系数低于1.0×10-8cm/s。
根据上述设计要求，制备高强型水泥基浆材，取如下重量份组分：
330份52.5级硅酸盐水泥、150份火电厂生产的I级粉煤灰、15份SiO2含量85％，颗粒直径为80目的硅粉、0.5份PCA-300P型减水剂、0.6份三乙醇胺、2.0份无水硫酸铝、4.5份碳酸钠、0.8份长度为20mm的聚丙烯纤维丝、342份自来水。
施工现场进行高强型水泥基浆材的制备，制备方法如下：(1)取0.5份PCA-300P型减水剂，加入10份自来水溶解；(2)取2.0份无水硫酸铝，加入20份自来水溶解；(3)取4.5份碳酸钠，加入15份自来水溶解；(4)取330份52.5级硅酸盐水泥、150份火电厂生产的I级粉煤灰、15份SiO2含量85％，颗粒直径为80目的硅粉加入容器中混合均匀后加入297份自来水，搅拌10分钟至均匀状态，然后加入步骤(1)配置的聚羧酸减水剂溶液，搅拌5分钟至均匀状态，继续加入三乙醇胺、步骤(2)配置的硫酸铝溶液及步骤(3)配置的碱溶液，搅拌8分钟至均匀状态，最后加入聚丙烯纤维丝，搅拌5分钟至均匀状态，得到高强型水泥基浆材。
在施工现场进行高强型水泥基浆材搅拌桩的制作，其施工步骤如下：(1)将三轴搅拌桩机移动到指定桩位；(2)启动搅拌桩机，控制高强型水泥基浆材中水泥的重量占被处理软土地基重量的15％，将制备好的高强型水泥基浆材与软土地基搅拌形成水泥土加固体。
采用电子万能实验压缩机测试水泥土试样的强度指标，采用TST-55型变水头渗透仪测试水泥土试样的渗透系数，经测试所制成的搅拌桩水泥土加固体7d龄期的无侧限抗压强度达到了1.2MPa，28d龄期的无侧限抗压强度达到2.8MPa、28d龄期抗拉强度可达到0.8MPa，28d龄期的渗透系数为0.42×10-8cm/s，满足了该垃圾填埋场防渗墙对水泥土搅拌桩的强度和防渗设计要求。
实施例3
某建筑基坑止水帷幕工程，基坑挖深6m，地层主要为淤泥质土、黏性土、粉土等土层，采用五轴搅拌桩机施工水泥土搅拌桩作为基坑止水帷幕墙，搅拌桩桩长为14m，设计要求搅拌桩水泥土加固体7d龄期的无侧限抗压强度达到1.0MPa以上，28d龄期的无侧限抗压强度达到2.6MPa以上，28d龄期的渗透系数低于0.5×10-7cm/s。
根据上述设计要求，制备高强型水泥基浆材，取如下重量份组分：
200份42.5级硅酸盐水泥、200份火电厂生产的I级粉煤灰、40份SiO2含量90％，颗粒直径为120目的硅粉、0.3份PCA-300P型减水剂、1.0份三乙醇胺、1.0份无水硫酸铝、3.0份碳酸钠、0.2份长度为5mm的聚丙烯纤维丝、183份自来水。
施工现场进行高强型水泥基浆材的制备，制备方法如下：(1)取0.3份PCA-300P型减水剂，加入10份自来水溶解；(2)取1.0份无水硫酸铝，加入10份自来水溶解；(3)取3.0份碳酸钠，加入12份自来水溶解；(4)取200份42.5级硅酸盐水泥、200份火电厂生产的I级粉煤灰、40份SiO2含量90％，颗粒直径为120目的硅粉加入容器中混合均匀后加入151份自来水，搅拌10分钟至均匀状态，然后加入步骤(1)配置的聚羧酸减水剂溶液，搅拌5分钟至均匀状态，继续加入三乙醇胺、步骤(2)配置的硫酸铝溶液及步骤(3)配置的碱溶液，搅拌8分钟至均匀状态，最后加入聚丙烯纤维丝，搅拌5分钟至均匀状态，得到高强型水泥基浆材。
在施工现场进行高强型水泥基浆材搅拌桩的制作，其施工步骤如下：(1)将五轴搅拌桩机移动到指定桩位；(2)启动搅拌桩机，控制高强型水泥基浆材中水泥的重量占被处理软土地基重量的28％，将制备好的高强型水泥基浆材与软土地基搅拌形成水泥土加固体。
采用电子万能实验压缩机测试水泥土试样的强度指标，采用TST-55型变水头渗透仪测试水泥土试样的渗透系数，经测试所制成的搅拌桩水泥土加固体7d龄期的无侧限抗压强度达到了1.2MPa，28d龄期的无侧限抗压强度达到2.8MPa、28d龄期抗拉强度可达到0.8MPa，28d龄期的渗透系数为0.21×10-7cm/s，满足了该建筑基坑止水帷幕墙对水泥土搅拌桩的强度和防渗设计要求。
上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种高强型水泥基浆材，其特征在于，包括如下重量份组分：水泥200-330份、粉煤灰150-200份、硅粉15-40份、聚羧酸减水剂0.3-0.6份、三乙醇胺0.3-1.0份、硫酸铝1.0-2.0份、碱3-6份、聚丙烯纤维丝0.2-0.8份、水183-342份。
2.根据权利要求1所述的一种高强型水泥基浆材，其特征在于，所述水泥为42.5级或52.5级的硅酸盐水泥；所述粉煤灰为火电厂生产的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰；所述硅粉中SiO2的质量占80％-90％、硅粉颗粒直径为80-120目；所述聚羧酸减水剂为PCA-300P型减水剂；所述硫酸铝为无水硫酸铝；所述碱为碳酸钠；所述聚丙烯纤维丝，其长度为5-20mm；所述水为自来水。
3.根据权利要求1-2所述的一种高强型水泥基浆材的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)取聚羧酸减水剂0.3-0.6份，加入10份水溶解；
(2)取硫酸铝1.0-2.0份，加入10-20份水溶解；
(3)取碱3-6份，加入12-18份水溶解；
(4)取水泥200-330份、粉煤灰150-200份、硅粉15-40份混合均匀后加入余量水，搅拌均匀，然后加入步骤(1)配置的聚羧酸减水剂溶液，搅拌均匀，继续加入三乙醇胺、步骤(2)配置的硫酸铝溶液及步骤(3)配置的碱溶液，搅拌均匀，最后加入聚丙烯纤维丝，搅拌均匀，得到高强型水泥基浆材。
4.根据权利要求1所述的一种高强型水泥基浆材的搅拌桩施工方法，其特征在于，利用搅拌桩机就地搅拌，将高强型水泥基浆材与被处理软土地基搅拌形成水泥土加固体。
5.根据权利要求4所述的一种高强型水泥基浆材的搅拌桩施工方法，其特征在于，所述搅拌桩机为双轴机型、三轴机型、五轴机型中任一种。
6.根据权利要求4所述的一种高强型水泥基浆材的搅拌桩施工方法，其特征在于，所述高强型水泥基浆材中水泥的重量占所述被处理软土地基重量的15％-28％。
7.根据权利要求4所述的一种高强型水泥基浆材的搅拌桩施工方法，其特征在于，所述水泥土加固体为柱状、壁状、格栅状、块状中任一种。
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