CN111908855B - 一种复合桩预拌流态固化土浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合桩预拌流态固化土浆及其制备方法，涉及建筑材料制备的技术领域；一种复合桩预拌流态固化土浆，主要由包括以下重量份的固化土浆原料制得:黏土450‑550份，水泥80‑120份，细砂260‑340份，水60‑100份，粉煤灰350‑450份；所述固化土浆原料还包括改性剂，所述改性剂包括以下重量份的改性剂原料：羧甲基纤维素4‑7份，乙二醇单烯丙基醚2‑8份；所述固化土浆原料还包括激发剂。复合桩预拌流态固化土浆具有安全性高的优点。复合桩预拌流态固化土浆的制备方法包括以下步骤：改性剂制备、激发剂制备和流态固化土浆制备等。复合桩预拌流态固化土浆的制备方法具有便于提高产品安全性的优点。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料制备的技术领域，尤其是涉及一种复合桩预拌流态固化土浆及其制备方法。
背景技术
现代建筑，尤其是高层建筑，为了提高建筑的安全性，一般需要浇筑复合桩基。复合桩基是用液态固化土浆为胶凝材料，将液态固化土浆压入长螺旋钻孔形成的孔内，形成预拌流态固化土桩，桩、桩间土、褥垫层与基础形成复合桩基，提高了桩基的承载力和安全性。
申请公布号CN107572956A的申请文件公开了一种预拌流态固化土，由水、土、复合加固料、水泥按照一定比例组成。该技术方案中的土为天然土和建筑垃圾再生粉中的一种或两种，复合加固料由活性硅铝与分散剂、晶化诱导剂、激发剂以及微膨胀剂组成。该技术方案将水、土、多功能复合料、水泥按照一定比例组成后，通过搅拌设备进行搅拌均匀，形成具有流动性的拌合物水浆，通过自流或泵送进行浇筑，硬化后形成具有强度的整体性块体。该技术方案制备的预拌流态固化土可用于地基加固等领域。
然而，当预拌流态固化土用于复合桩基施工时，由于基桩孔一般较深且孔口狭窄，不便于振捣流动性的拌合物水浆，在养护的过程中，拌合物水浆中的的重组份容易下沉，轻组分容易上浮，导致固化土物料不均匀，导致收缩率不一致，预拌流态固化土养护过程中容易产生裂缝，影响施工质量，给产品安全性带来一定的不利影响。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种安全性高的复合桩预拌流态固化土浆，其具有安全性高的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种便于提高产品安全性的复合桩预拌流态固化土浆的制备方法，其具有便于提高复合桩预拌流态固化土浆的安全性的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种复合桩预拌流态固化土浆，主要由包括以下重量份的固化土浆原料制得:黏土450-550份，水泥80-120份，细砂260-340份，水60-100份，粉煤灰350-450份；所述固化土浆原料还包括改性剂，所述改性剂包括以下重量份的改性剂原料：羧甲基纤维素4-7份，乙二醇单烯丙基醚2-8份；所述固化土浆原料还包括激发剂，所述激发剂包括以下重量份的激发剂原料：三乙醇胺5-10份，硫酸钠3-6份，硫铝酸钙5-10份。
通过采用上述技术方案，在激发剂中加入三乙醇胺和硫酸钠，有助于激发粉煤灰活性，提高粉煤灰和水泥之间的粘合强度，减少裂纹，在流态固化土浆中加入含羧基的羧甲基纤维素和含羟基的乙二醇单烯丙基醚，在流态固化土浆施工过程中羧甲基纤维素上的羧基和乙二醇单烯丙基醚发生交联聚合反应，生成聚合物并在流态固化土浆中逐渐团聚，改变流态固化土浆的粘度，可在一定程度上阻止重组份沉积和轻组分上浮，使流态固化土浆内部的成分更加均匀，加入硫铝酸钙，硫铝酸钙在流态固化土浆硬化时产生膨胀能，补偿流态固化土浆硬化过程产生的收缩应力，减少和抑制流态固化土浆硬化后产生裂缝，提高了产品安全性。
优选的，主要由包括以下重量份的固化土浆原料制得:黏土480-520份，水泥80-120份，细砂280-320份，水70-90份，粉煤灰380-420份；所述改性剂包括以下重量份的改性剂原料：羧甲基纤维素5-6份，乙二醇单烯丙基醚4-6份；所述激发剂包括以下重量份的激发剂原料：三乙醇胺7-8份，硫酸钠3-6份，硫铝酸钙6-9份。
通过采用上述技术方案，使用更优的固化土浆原料配比，制备出更均匀的流态固化土浆，减少裂缝，提高产品安全性。
优选的，所述激发剂原料还包括15-20重量份的中性纳米硅溶胶，所述中性纳米硅溶胶中二氧化硅含量为40％。
通过采用上述技术方案，在流态固化土浆中加入中性纳米硅溶胶，中性纳米硅溶胶中含有一定量的纳米级的胶体粒子，在流态固化土浆硬化过程中，纳米级的胶体粒子对流态固化土浆硬化过程中产生的微裂纹具有一定的填充修补作用，进一步减少裂纹，提高产品安全性。
优选的，所述激发剂原料还包括5-8重量份的13X沸石粉。
通过采用上述技术方案，在流态固化土浆中加入一定量的13X沸石粉，13X沸石粉含有一定的微孔孔道，这些微孔孔道对小离子直径的金属离子具有一定的吸附作用，可有效预防和抑制流态固化土浆硬化后产生泛碱现象，减轻或避免因泛碱对产品力学性能带来的不利影响，提高产品安全性。
优选的，所述改性剂原料还包括7-10重量份的聚羧酸减水剂。
通过采用上述技术方案，在流态固化土浆中加入聚羧酸减水剂，加入聚羧酸减水剂能更好地分散水泥，使产品更均匀，提高产品强度，提高产品安全性，提高产品市场竞争力，提高产品市场价值。
优选的，所述改性剂原料还包括3-4重量份的聚醚型消泡剂。
通过采用上述技术方案，在流态固化土浆中加入一定量的聚醚型消泡剂，可减少或消除制备流态固化土浆过程中产生的气泡，减少或避免因气泡过多而对产品强度带来的不利影响，提高产品强度，提高产品安全性。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种复合桩预拌流态固化土浆的制备方法，包括以下步骤：
S1改性剂制备：称取改性剂原料，混合均匀，制得改性剂；
S2激发剂制备：称取激发剂原料，混合均匀，制得激发剂；
S3流态固化土浆制备：按设定的比例称取黏土，加入水泥、细砂和水，以200转/分钟-500转/分钟的转速搅拌5min-10min，制得浆液，加入粉煤灰，再加入步骤S1制得的改性剂和步骤S2制得的激发剂，继续搅拌25min-35min，制得复合桩预拌流态固化土浆产品。
通过采用上述技术方案，先将黏土和水泥等原料制备成浆液，再加入改性剂和激发剂对浆液的粘度等性能进行调节，能更好地发挥改性剂和激发剂的改性和激发功效，提高产品强度，提高产品安全性。
优选的，所述黏土的粒径不大于20mm，所述细砂的粒径不大于4.5mm，所述粉煤灰的粒径不大于100μm。
通过采用上述技术方案，使用不同粒径大小的各种原料，小颗粒分布在大颗粒之间，有助于增加颗粒之间的接触面积，提高不同组分之间的粘合强度，提高产品安全性。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本发明在流态固化土浆中加入三乙醇胺和硫酸钠，有助于激发粉煤灰活性，提高了粉煤灰和其它原料之间粘合强度，在流态固化土浆中加入含有羧基的羧甲基纤维素和含有羟基的乙二醇单烯丙基醚，发生交联聚合反应，生成聚合物并在流态固化土浆中逐渐团聚，改变流态固化土浆的粘度，可在一定程度上阻止重组份沉积和轻组分上浮，使流态固化土浆内部的成分更加均匀，在流态固化土浆中加入硫铝酸钙，流态固化土浆硬化过程中硫铝酸钙产生膨胀能，抵消流态固化土浆硬化产生的收缩应力，进一步减少裂纹，提高产品安全性；
2.本发明在流态固化土浆中加入含有纳米胶体粒子的中性纳米硅溶胶，中性纳米硅溶胶中的纳米胶体粒子对固化土浆中的微裂纹具有一定的填充修补功能，有助于提高产品强度；在流态固化土浆中加入13X沸石粉，对金属离子具有一定的吸附功能，有助于减轻或避免泛碱现象，提高产品强度，提高产品安全性；
3.本发明通过加入聚羧酸减水剂、聚醚型消泡剂和使用合适粒径大小的原料，有助于提高产品强度，提高产品安全性。
具体实施方式
实施例
本发明所涉及的原料均为市售，部分原料的型号及来源如表1所示。
表1原料的规格型号及来源
以下实施例中使用的细砂和黏土均产自四川省凉山州西昌市，细砂粒径不大于4.5mm，黏土的粒径不大于20mm，实际施工时可根据施工情况取用施工现场的黏土。
实施例1：一种复合桩预拌流态固化土浆制备工艺，包括如下步骤：
S1改性剂制备：称取5.5Kg羧甲基纤维素，加入5Kg乙二醇单烯丙基醚、8Kg聚羧酸减水剂和3.5Kg聚醚型消泡剂，混合均匀，制得改性剂。
S2激发剂制备：称取7.5Kg三乙醇胺，加入5Kg硫酸钠、7Kg硫铝酸钙和18Kg中性纳米硅溶胶(氧化钠含量0.15％，二氧化硅含量40％，其余为水,中性纳米硅溶胶的中位粒径D50是44.3nm)，再加入6Kg的13X沸石粉，混合均匀，制得激发剂。
S3流态固化土浆制备：用孔径为20mm的筛网筛分黏土，选用粒径不大于20mm的黏土。用孔径为4.5mm的筛网筛分细砂，选用粒径不大于4.5mm的细砂。用孔径为100μm的筛网筛分粉煤灰，选用粒径不大于100μm的粉煤灰。称取500Kg粒径不大于20mm的黏土，加入100Kg水泥、300Kg粒径不大于4.5mm的细砂和80Kg水，以300转/分钟的转速搅拌8min，制得浆液，加入400Kg粒径不大于100μm的粉煤灰，再加入步骤S1制得的改性剂和步骤S2制得的激发剂，继续搅拌30min，制得复合桩预拌流态固化土浆产品。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，实施例2不加入中性纳米硅溶胶，其它均与实施例1保持一致。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，实施例3不加入13X沸石粉，其它均与实施例1保持一致。
实施例4-11
实施例4-11与实施例1的区别在于，实施例4-11各原料的加量不同，及工艺参数不同。实施例4-11中黏土、细砂和粉煤灰的粒径均与实施例1保持一致，实施例4-11各原料的加量见表2，实施例4-11工艺参数见表3。
表2实施例4-11的各原料的加量
表3实施例4-11的步骤中的参数
对比例
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1同时不加入羧甲基纤维素、乙二醇单烯丙基醚和硫铝酸钙，其它均与实施例1保持一致。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2同时不加入三乙醇胺和硫酸钠，其它均与实施例1保持一致。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3同时不加入羧甲基纤维素、乙二醇单烯丙基醚、硫铝酸钙、三乙醇胺和硫酸钠，其它均与实施例1保持一致。
性能检测
将实施例1-11和对比例1-3制备出的复合桩预拌流态固化土浆产品送样进行检测。将复合桩预拌流态固化土浆制作出3个直径为39.1mm、高度为80mm的试验试件，自然养护28天，进行无侧限抗压强度试验，实验方法如下：按照JTJ051-93《公路土工试验规程》公开的无侧限抗压强度试验方法进行测试，取3个试验样件的无侧限抗压强度的平均值即为产品的无侧限抗压强度，产品的无侧限抗压强度越大，产品的无侧限抗压性能越好，产品安全性能越高，实验结果如表4。
表4不同复合桩预拌流态固化土浆产品性能测试结果对比表
| 样品编号 | 无侧限抗压强度(MPa) |
| 实施例1 | 11.68 |
| 实施例2 | 6.84 |
| 实施例3 | 7.37 |
| 实施例4 | 10.32 |
| 实施例5 | 10.68 |
| 实施例6 | 10.85 |
| 实施例7 | 10.29 |
| 实施例8 | 11.42 |
| 实施例9 | 11.81 |
| 实施例10 | 11.55 |
| 实施例11 | 11.94 |
| 对比例1 | 2.16 |
| 对比例2 | 2.93 |
| 对比例3 | 0.86 |
对比例1同时不加入羧甲基纤维素、乙二醇单烯丙基醚和硫铝酸钙，制备出的产品无侧限抗压性能不佳，产品安全性能不佳，不利于产品的市场推广。对比例2同时不加入三乙醇胺和硫酸钠，制备出的产品无侧限抗压性能不佳，产品安全性能不佳，不利于产品的市场推广。对比例3同时不加入羧甲基纤维素、乙二醇单烯丙基醚、硫铝酸钙、三乙醇胺和硫酸钠，制备出的产品无侧限抗压性能不佳，产品安全性能不佳，不利于产品的市场推广。
对比实施例1和对比例3的实验结果，可以看出，在制备复合桩预拌流态固化土浆的过程中，同时加入羧甲基纤维素、乙二醇单烯丙基醚、硫铝酸钙、三乙醇胺和硫酸钠，制备出的产品无侧限抗压性能优异，产品安全性能优异，产品市场竞争力强，产品市场价值高。
对比实施例1和实施例2的实验结果，实施例2同时不加入中性纳米硅溶胶，制备出的产品无侧限抗压性能有所降低。对比实施例1和实施例3的实验结果，实施例3不加入13X沸石粉，制备出的产品无侧限抗压性能有所降低。
相比于实施例1，实施例4-11各原料的加量不同，及工艺参数有所不同，其中实施例8-11各原料的配比为：黏土480-520份，水泥80-120份，细砂280-320份，水70-90份，粉煤灰380-420份，羧甲基纤维素5-6份，乙二醇单烯丙基醚4-6份，三乙醇胺7-8份，硫酸钠3-6份，硫铝酸钙6-9份，中性纳米硅溶胶15-20份，13X沸石粉5-8份，聚羧酸减水剂7-10份，聚醚型消泡剂3-4份；实施例8-11制备出的产品具有优异的无侧限抗压性能，产品安全性能优异。实施例4-7的原料重量配比和实施例8-11有所不同，制备出的产品无侧限抗压性能稍有降低。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种复合桩预拌流态固化土浆，其特征在于，包括以下重量份的固化土浆原料制得:黏土450-550份，水泥80-120份，细砂260-340份，水60-100份，粉煤灰350-450份；所述固化土浆原料还包括改性剂，所述改性剂包括以下重量份的改性剂原料：羧甲基纤维素4-7份，乙二醇单烯丙基醚2-8份；所述固化土浆原料还包括激发剂，所述激发剂包括以下重量份的激发剂原料：三乙醇胺5-10份，硫酸钠3-6份，硫铝酸钙5-10份；所述激发剂原料还包括15-20重量份的中性纳米硅溶胶，所述中性纳米硅溶胶中二氧化硅含量为40%；所述激发剂原料还包括5-8重量份的13X沸石粉。
2.根据权利要求1所述的一种复合桩预拌流态固化土浆，其特征在于，包括以下重量份的固化土浆原料制得:黏土480-520份，水泥80-120份，细砂280-320份，水70-90份，粉煤灰380-420份；所述改性剂包括以下重量份的改性剂原料：羧甲基纤维素5-6份，乙二醇单烯丙基醚4-6份；所述激发剂包括以下重量份的激发剂原料：三乙醇胺7-8份，硫酸钠3-6份，硫铝酸钙6-9份，所述激发剂原料还包括15-20重量份的中性纳米硅溶胶，所述中性纳米硅溶胶中二氧化硅含量为40%；所述激发剂原料还包括5-8重量份的13X沸石粉。
3.根据权利要求2所述的一种复合桩预拌流态固化土浆，其特征在于：所述改性剂原料还包括7-10重量份的聚羧酸减水剂。
4.根据权利要求2所述的一种复合桩预拌流态固化土浆，其特征在于：所述改性剂原料还包括3-4重量份的聚醚型消泡剂。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的复合桩预拌流态固化土浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1改性剂制备：称取改性剂原料，混合均匀，制得改性剂；
S2激发剂制备：称取激发剂原料，混合均匀，制得激发剂；
S3流态固化土浆制备：按设定的比例称取黏土，加入水泥、细砂和水，以200转/分钟-500转/分钟的转速搅拌5min-10min，制得浆液，加入粉煤灰，再加入步骤S1制得的改性剂和步骤S2制得的激发剂，继续搅拌25min-35min，制得复合桩预拌流态固化土浆产品。
6.根据权利要求5所述的一种复合桩预拌流态固化土浆的制备方法，其特征在于：所述黏土的粒径不大于20mm，所述细砂的粒径不大于4.5mm，所述粉煤灰的粒径不大于100μm。
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