CN111393092A - 一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土及其制备方法 - Google Patents

一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土及其制备方法。提供的海砂固化土主要由水泥50～100份、无机结合料130～200份、海砂1200～1500份和水200～300份混合搅拌而成，并辅以偏铝酸钠0.5～3份、流动性调控剂0.5～1.0份、增粘剂1～5份和消泡剂0.001～0.009份。本发明技术方案解决了海砂固化土孔隙率高、抗渗效果差和胶材用量大等系列技术难题，提供的海砂固化土具有胶材用量低、密实性好、抗渗性能高和流动性能强等优点，实现了海砂的低成本应用，可广泛用于涉海工程吹填施工，经济和社会效益显著。

Description

一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土及其制备方法
技术领域
本发明属于土木工程材料技术领域，具体涉及一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土及其制备方法。
背景技术
海砂作为海洋资源中极为丰富的一种材料，已经探明的中国近海区域海砂储量约为1.6万亿吨。目前海砂在实际工程中使用频率低、用量少，如果能将海砂作为骨架和流动性调控组分大量加入海砂固化土中，对于提高海砂的利用率具有较大的推动意义。
专利CN 106242482 B公布了一种高流动度吹填海泥防渗固化材料及其制备方法，涉及的是海砂和海泥的固化方法，制备的防渗固化材料力学性能优良，抗渗系数低，抗侵蚀性能好，但胶凝材料用量大，胶凝材料最高用量为海泥材料重量的1.5倍，海泥的固化成本极高，不利于大面积推广使用。且胶材中水泥占比高，海泥防渗固化材料硬化后存在较大的干燥收缩、开裂的风险，影响防渗材料的长期抗渗性和稳定性。
海砂固化面临的技术难题是胶材用量高，固化后体系孔隙率大，结构抗渗效果差。本发明通过调整海砂固化土的流动性、密实性和粘聚性，减少海砂固化土混合搅拌过程中产生大孔径气泡，避免大量连通孔隙的出现，减少渗透通道，给出了低胶材用量高抗渗性海砂固化土的制备技术方案，为海砂固化土在涉海工程中的应用提供技术支撑。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土及其制备方法，提供的海砂固化土具有胶凝材料用量低、抗渗效果好、流动性大、粘聚性强的特点，制备的海砂固化土适合于海上风电基础、桥梁底部、堤岸码头等工程的吹填防护。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土，由以下成分按照重量份数组成：
水泥 50～100份 无机结合料 130～200份
偏铝酸钠 0.5～3份 流动性调控剂 0.5～1.0份
增粘剂 1～5份 消泡剂 0.001～0.009份
海砂 1200～1500份 用水量 200～300份。
作为优选的，所述的水泥强度等级为42.5及以上。
作为优选的，所述的无机结合料为粉煤灰、高岭土和铝矾土的混合物；所述的粉煤灰：高岭土：铝矾土的重量比为3～5：1～4：1～3，粉煤灰等级为Ⅱ级及以上，高岭土和铝矾土细度要求为：325目筛余低于5%。
作为优选的，所述的偏铝酸钠为工业级，有效含量不低于85%。
作为优选的，所述的流动性调控剂为缓凝剂和减水剂的混合物，缓凝剂重量为减水剂的1%～3%；其中，缓凝剂为糖钙和柠檬酸钠的一种或两种，减水剂为脂肪族减水剂。
作为优选的，所述的增粘剂为阿拉伯树胶粉和硅藻土的粉体混合物，其中，阿拉伯树胶粉的重量占增粘剂的5%～10%；阿拉伯树胶粉具有冷溶特性，分子量低于2万，硅藻土为工业级三级硅藻土，含水率低于2%，细度为100目筛余低于8%。
作为优选的，所述的消泡剂为聚醚型消泡剂。
作为优选的，所述海砂的细度模数0.7～3.0。
本发明提供了海砂固化土的制备方法，制备步骤如下：
（1）增粘剂溶液的制备：按照比例称取增粘剂和20～30份水，边搅拌边向水中加入增粘剂，加完后持续搅拌5～10min，制备出增粘剂溶液，增粘剂溶液存放时间不宜大于5h；
（2）海砂浆料的制备：按比例称取海砂、水泥、无机结合料、偏铝酸钠、流动性调剂、消泡剂和剩余份数的水，一次性投入双轴密封强制搅拌装置，以60～80r/min的转速搅拌2～3min，制备出海砂浆料；
（3）海砂固化土的制备：将步骤（1）制备的增粘剂溶液加到步骤（2）制备的海砂浆料中，以40～60r/min的转速搅拌1～2min，制备出吹填用防渗海砂固化土。
本发明具有如下优点：
（1）本发明制备的吹填用海砂固化土充分考虑到各种材料的相容性，通过添加各种功能性材料，增强了体系的流动性、密实性、粘聚性和稳定性。形成的海砂固化土密实度高，渗透系数低（10-5数量级），抗渗效果好。
（2）本发明中胶凝材料用量低，水泥占比小，实现了海砂的低成本固化。低胶材用量可减小海砂固化土的干燥收缩，避免了收缩裂缝的出现，增强了海砂固化土的抗渗效果。
（3）本发明中采用的低密度细颗粒的无机结合料增加了海砂固化土中的富余浆料，使海砂充分包裹于浆料中，避免了海砂的析出，与增粘剂的配合使用，共同增加了海砂固化土的致密性、均匀性和稳定性。
（4）本发明中消泡剂的使用，减少海砂固化土混合搅拌过程中产生大孔径气泡，避免大量连通孔隙的出现，减少了渗透通道，增强了海砂固化土的抗渗效果。
（5）本发明所述的海砂固化土的制备方法，通过预先制备出高粘性增粘剂溶液，使增粘剂粉末充分溶解于水中，然后与海砂浆料进行均匀混合制备出海砂固化土，保证了海砂固化土的体系均匀性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
本发明提供的一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土，由以下成分按照重量份数组成：水泥50～100份、无机结合料130～200份、偏铝酸钠0.5～3份、流动性调控剂0.5～1.0份、增粘剂1～5份、消泡剂0.001～0.009份、海砂1200～1500份和用水量200～300份。
实施例（序号为S）和对比例（序号为D）均采用本发明专利提供的方法进行制备，具体步骤为：（1）增粘剂溶液的制备：按照比例称取增粘剂和20～30份水，边搅拌边向水中加入增粘剂，加完后持续搅拌5～10min，制备出增粘剂溶液，增粘剂溶液存放时间不宜大于5h；
（2）海砂浆料的制备：按比例称取海砂、水泥、无机结合料、偏铝酸钠、流动性调剂、消泡剂和剩余份数的水，一次性投入双轴密封强制搅拌装置，以60～80r/min的转速搅拌2～3min，制备出海砂浆料；
（3）海砂固化土的制备：将步骤（1）制备的增粘剂溶液加到步骤（2）制备的海砂浆料中，以40～60r/min的转速搅拌1～2min，制备出吹填用防渗海砂固化土。
在以下实施例和对比例中采用2个指标对海砂固化土性能进行表征，分别为：(1)渗透系数，检测方法依据《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）中变水头法进行；(2)海砂固化土28d龄期无侧限抗压强度，检测方法依据《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）中无侧限抗压强度试验方法进行。
以下实施例和对比例：
采用的原材料：水泥由安徽某水泥厂生产，规格为P·O 42.5；粉煤灰由江苏某电厂提供，规格为Ⅱ级；325目高岭土为石家庄某公司生产；325目铝矾土由河南某科技公司提供；工业级偏铝酸钠由济南某化工公司生产，有效含量为98%；流动性调控剂由柠檬酸钠和脂肪族减水剂组成，两者重量比为1:50，其中柠檬酸钠由苏州某化工公司生产，有效含量为99%；脂肪族减水剂由济南某化工公司生产，型号为FDN-C；增粘剂由阿拉伯树胶粉和硅藻土组成，两者重量比为2：23，其中阿拉伯树胶粉由泰安某公司生产，型号为DL-20；硅藻土由河北某矿产公司提供，规格为三级；聚醚型消泡剂由烟台某化工公司生产，型号为THIX-299；海砂取自盐城市滨海县某海域，细度模数为2.7。
为了比较实施例的发明的有益成效，本发明还设置了不同类型的对比案例。详细配比表见表1，海砂固化土的渗透系数与强度见表2。
表1.实施案例详细配比表（份）
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表2 海砂固化土的渗透系数与强度
Figure DEST_PATH_IMAGE004
通过以上数据可以看出，按照本发明提供技术方案所制备出的海砂固化土，较低胶材用量情况下，即可获得抗渗效果好、强度优的海砂固化土，渗透系数达10-6数量级，28d无侧限抗压强度达500kPa以上。对比例中所用技术方案不同于本发明权利要求，获得的海砂固化土抗渗性能和强度均劣于实施例，渗透系数为10-4数量级，28d无侧限抗压强度仅为200kPa左右。本发明技术方案，解决了低胶材海砂固化土抗渗性能差的技术难题，为海砂固化土低成本工程应用提供了技术支撑。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (8)

1.一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土，由以下成分按照重量份数组成：
水泥 50～100份 无机结合料 130～200份
偏铝酸钠 0.5～3份 流动性调控剂 0.5～1.0份
增粘剂 1～5份 消泡剂 0.001～0.009份
海砂 1200～1500份 用水量 200～300份。
2.如权利1所述的一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土，其特征在于所述的水泥强度等级为42.5及以上。
3.如权利1所述的一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土，其特征在于所述的无机结合料为粉煤灰、高岭土和铝矾土的混合物，粉煤灰：高岭土：铝矾土的重量比为3～5：1～4：1～3，粉煤灰等级为Ⅱ级及以上，高岭土和铝矾土细度要求为：325目筛余低于5%。
4.如权利1所述的一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土，其特征在于所述的流动性调控剂为缓凝剂和减水剂的混合物，缓凝剂重量为减水剂的1%～3%；其中，缓凝剂为糖钙和柠檬酸钠的一种或两种，减水剂为脂肪族减水剂。
5.如权利1所述的一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土，其特征在于所述的增粘剂为阿拉伯树胶粉和硅藻土的粉体混合物，其中，阿拉伯树胶粉的重量占增粘剂的5%～10%；阿拉伯树胶粉具有冷溶特性，分子量低于2万，硅藻土为工业级三级硅藻土，含水率低于2%，细度为100目筛余低于8%。
6.如权利1所述的一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土，其特征在于所述的消泡剂为聚醚型消泡剂。
7.如权利1所述的一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土，其特征在于所述海砂的细度模数0.7～3.0。
8.如权利要求1-7任意一项所述的一种吹填用低胶材高抗渗性海砂固化土的制备方法，其特征在于：具体制备步骤为：
（1）增粘剂溶液的制备：按照比例称取增粘剂和20～30份水，边搅拌边向水中加入增粘剂，加完后持续搅拌5～10min，制备出增粘剂溶液，增粘剂溶液存放时间不宜大于5h；
（2）海砂浆料的制备：按比例称取海砂、水泥、无机结合料、偏铝酸钠、流动性调剂、消泡剂和剩余份数的水，一次性投入双轴密封强制搅拌装置，以60～80r/min的转速搅拌2～3min，制备出海砂浆料；
（3）海砂固化土的制备：将步骤（1）制备的增粘剂溶液加到步骤（2）制备的海砂浆料中，以40～60r/min的转速搅拌1～2min，制备出吹填用防渗海砂固化土。
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GR01 Patent grant
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