CN112194403B - 一种外加剂及其制备方法及提高软弱土抗渗性能的复合水泥浆 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种外加剂及其制备方法及提高软弱土抗渗性能的复合水泥浆，其包括如下重量份数的组分：聚羧酸减水剂0.1‑0.3份；石粉2.4‑3.6份；改性纤维素纤维0.1‑0.3份；所述改性纤维素纤维的制备包括如下步骤：1）将2‑3份纤维素用3‑5份任意比例的碱溶液浸渍碱化，得到碱纤维素；2）在黄化机中将碱纤维素与2‑3份二硫化碳液体混合，生成纤维素黄酸酯；3）黄化结束后，用3‑5份硅酸钠溶液将纤维素黄酸酯进行初溶解，得到纺丝原液，在纺丝机中进行湿法纺丝，将供纺纺丝原液与凝固浴反应，制得初生纤维；4）初生纤维依次经过水洗、脱硫、水洗、上油和干燥后得到改性纤维素纤维。本申请具有防渗水的同时，提高新岩体抗裂能力的效果。

Description

一种外加剂及其制备方法及提高软弱土抗渗性能的复合水 泥浆

技术领域

本申请属于外加剂生产技术领域，尤其是涉及一种外加剂及其制备方法及复合水泥浆及运用。

背景技术

在很多建筑物、构筑物的基础施工中，需要对基坑进行支护，为下部结构施工提供安全稳定的作业环境，在有地下水的情况下，还需要进行防渗处理。如淤泥、松散地层、软土层或软弱夹层、风化破碎岩层、及断层等，均需对基坑地层进行支护及防渗处理。

在相关技术中，常用的支护防渗工艺是采用钻孔，安装钢筋笼，灌注混凝土拌和料，形成支护桩，然后加三排水泥搅拌桩，形成止水帷幕，达到防渗效果。

但是，通过钻孔灌注桩的施工注浆，存在对环境污染较大的问题；水泥搅拌桩防渗效果差，布置三排水泥搅拌桩也不一定满足防渗需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的一为了使水泥浆具有防渗水的同时，提高新岩体的抗裂能力，本发明提供一种外加剂；

本发明的目的二在于提供一种外加剂的制备方法，用以制备上述外加剂。

本发明的目的三在于提供一种提高软弱土抗渗性能的复合水泥浆、且自身抗裂能力强的复合水泥浆。

一种外加剂，包括如下重量份数的组分：聚羧酸减水剂0.1-0.3份；石粉2.4-3.6份；改性纤维素纤维0.1-0.3份；所述改性纤维素纤维的制备包括如下步骤：1)将2-3份纤维素用3-5份任意比例的碱溶液浸渍碱化，得到碱纤维素；2)在黄化机中将碱纤维素与2-3份二硫化碳液体混合，生成纤维素黄酸酯；3)黄化结束后，用3-5份硅酸钠溶液将纤维素黄酸酯进行初溶解，得到纺丝原液，在纺丝机中进行湿法纺丝，将供纺纺丝原液与凝固浴反应，制得初生纤维；4)初生纤维依次经过水洗、脱硫、水洗、上油和干燥后得到改性纤维素纤维。

通过采用上述技术方案，将改性纤维素纤维加入水泥浆中，改性纤维素纤维能够在水泥浆中的均匀分布，并在水泥浆中形成了承托体系，将水泥浆注入软弱土内，对软弱土形成挤压，减少了软弱土的泌水通道，并形成新的岩体，起到了防渗水的效果；然后，改性纤维素纤维中的硅酸钠在水泥浆中膨胀，提高了对软弱土的挤压力，避免泌水通道的形成，使新岩体的孔隙率大大降低，从而提高了新岩体的抗渗性能；其次，由于改性纤维素纤维在混凝土中形成承托体系，可有效的降低微裂尖端的应力集中，可使混凝土因干缩引起的拉应力消弱或消除，阻止微裂缝的发生和扩展，达到提高混凝土抗裂能力的目的。

通过石粉的加入，不仅能够使得混凝土的强度更好，同时石粉能够随着改性纤维素纤维嵌入混凝土的空隙中，从而提高混凝土抗渗性能。

优选的，所述石粉的细度大于75μm。

通过采用上述技术方案，控制石粉的细度大于75μm，能够避免石粉过细导致石粉在人工砂的表面形成吸附层而影响水泥浆与人工砂的粘接，防止由于石粉过细导致混凝土强度降低导致微裂缝的增加。

优选的，所述石粉为石灰石石粉、玄武岩石粉、大理岩石粉、灰岩石粉、变质岩石粉中的一种或几种混合。

通过采用上述技术方案，石灰石石粉、玄武岩石粉、大理岩石粉、灰岩石粉、变质岩石粉为采石场常见石粉，采用上述石粉进行制备，原料易得，且能够降低生产成本。

优选的，所述步骤3)中还添加有0.01-0.02份消泡剂。

通过采用上述技术方案，消泡剂的加入，能够降低溶液的表面张力，防止泡沫形成，避免存在空气停留在纤维素纤维和硅酸钠盐之间，使得纤维素纤维和硅酸钠盐之间连接的更加紧密，保证硅酸钠盐能够稳定附着在纤维素纤维上。

优选的，消泡剂为苯乙醇。

优选的，所述凝固液为硅酸钠溶液。

优选的，还包括0.1-0.3份硅粉。

通过采用上述技术方案，由于硅粉本身强度大，耐磨性能好，在配方中加入硅粉能够提高水泥浆的强度。

为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：

一种外加剂的制备方法，依次将相应重量份数的聚羧酸减水剂、石粉和改性纤维素纤维加入搅拌机内，在搅拌速率为250-300r/min下，搅拌均匀。

通过采用上述技术方案，将相应重量份数的聚羧酸减水剂、石粉和改性纤维素纤维分散均匀，使其加入水泥浆后，能够便于外加剂在水泥浆内进行分散，使其效果得到充分发挥。

为实现上述目的三，本发明提供了如下技术方案：

一种添加有权利要求1-5所述的外加剂的复合水泥浆，包括如下重量份数的组分：水3-8份；水泥8-12份；人工砂0.1-0.3份；外加剂2.6-4.2份。

通过采用上述技术方案，外加剂的加入，使得生成混凝土的抗渗效果更好的同时，能够提高混凝土的抗裂能力。

优选的，所述水的重量份数优选为3-4.5份。

通过采用上述技术方案，根据实施例中实验数据可知，当水的重量份数为3-4.5份时，制得的混凝土强度相对于水重量份数为4.5-8份时的强度更好。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.将改性纤维素纤维加入水泥浆中，改性纤维素纤维能够在水泥浆中的均匀分布，并在水泥浆中形成了承托体系，将水泥浆注入软弱土内，对软弱土形成挤压，减少了软弱土的泌水通道，并形成新的岩体，起到了防渗水的效果；

2.然后，改性纤维素纤维中的硅酸钠在水泥浆中膨胀，再次减少泌水通道的生成，使固新岩体的孔隙率大大降低，从而提高了新岩体的抗渗性能；

3.其次，由于改性纤维素纤维在混凝土中形成承托体系，可有效的降低微裂尖端的应力集中，可使混凝土因干缩引起的拉应力消弱或消除，阻止微裂缝的发生和扩展，达到提高混凝土抗裂能力的目的。

具体实施方式

下述实施例的原料来源如表1所示：

原料名称	原料来源地
		水泥	美岭集团美岭水泥厂
聚羧酸减水剂	四川省世纪泓光科技有限公司
		纤维素	西安双德生物技术有限公司
硅酸钠	唐山市古冶区世赫硅酸钠厂

表1

实施例1，一种复合水泥浆，通过以下步骤制备而得：

一、改性纤维素纤维的制备；

1)将2份纤维素用3份任意比例的氢氧化钠浸渍碱化，得到碱纤维素；

2)在黄化机中将碱纤维素与2份二硫化碳液体混合，生成纤维素黄酸酯；

3)黄化结束后，用3份硅酸钠溶液将纤维素黄酸酯进行初溶解，得到纺丝原液，在纺丝机中进行湿法纺丝，将供纺纺丝原液与硅酸钠溶液反应，制得初生纤维；

4)初生纤维依次经过水洗、脱硫、水洗、上油和干燥后得到改性纤维素纤维。

二、外加剂的制备；

依次将0.1份聚羧酸减水剂、2.4份石灰石石粉和0.1份改性纤维素纤维加入搅拌机内，搅拌速率为250r/min下搅拌均匀。

三、复合水泥浆的制备；

依次将8份水泥、0.1份人工砂和2.6份外加剂加入搅拌机内，然后加入3份水，搅拌均匀，即可得到复合水泥浆。

实施例2，一种复合水泥浆，通过以下步骤制备而得：

一、改性纤维素纤维的制备；

1)将2.5份纤维素用4份任意比例的氢氧化钠浸渍碱化，得到碱纤维素；

2)在黄化机中将碱纤维素与2.5份二硫化碳液体混合，生成纤维素黄酸酯；

3)黄化结束后，用4份硅酸钠溶液将纤维素黄酸酯进行初溶解，得到纺丝原液，在纺丝机中进行湿法纺丝，将供纺纺丝原液与硅酸钠溶液反应，制得初生纤维；

4)初生纤维依次经过水洗、脱硫、水洗、上油和干燥后得到改性纤维素纤维。

二、外加剂的制备；

依次将0.2份聚羧酸减水剂、3份玄武岩石粉和0.2份改性纤维素纤维加入搅拌机内，搅拌速率为250r/min下搅拌均匀。

三、复合水泥浆的制备；

依次将10份水泥、0.2份人工砂和3.4份外加剂加入搅拌机内，然后加入5份水，搅拌均匀，即可得到复合水泥浆。

实施例3，一种复合水泥浆，通过以下步骤制备而得：

一、改性纤维素纤维的制备；

1)将3份纤维素用5份任意比例的氢氧化钠浸渍碱化，得到碱纤维素；

2)在黄化机中将碱纤维素与3份二硫化碳液体混合，生成纤维素黄酸酯；

3)黄化结束后，用5份硅酸钠溶液将纤维素黄酸酯进行初溶解，得到纺丝原液，在纺丝机中进行湿法纺丝，将供纺纺丝原液与硅酸钠溶液反应，制得初生纤维；

4)初生纤维依次经过水洗、脱硫、水洗、上油和干燥后得到改性纤维素纤维。

二、外加剂的制备；

依次将0.3份聚羧酸减水剂、3.6份大理岩石粉和0.3份改性纤维素纤维加入搅拌机内，搅拌速率为250r/min下搅拌均匀。

三、复合水泥浆的制备；

依次将12份水泥、0.3份人工砂和4.2份外加剂加入搅拌机内，然后加入8份水，搅拌均匀，即可得到复合水泥浆。

实施例4，一种复合水泥浆，通过以下步骤制备而得：

一、改性纤维素纤维的制备；

1)将3份纤维素用5份任意比例的氢氧化钠浸渍碱化，得到碱纤维素；

2)在黄化机中将碱纤维素与3份二硫化碳液体混合，生成纤维素黄酸酯；

3)黄化结束后，用5份硅酸钠溶液将纤维素黄酸酯进行初溶解，得到纺丝原液，在纺丝机中进行湿法纺丝，将供纺纺丝原液与硅酸钠溶液反应，制得初生纤维；

4)初生纤维依次经过水洗、脱硫、水洗、上油和干燥后得到改性纤维素纤维。

二、外加剂的制备；

依次将0.3份聚羧酸减水剂、3.6份灰岩石粉和0.3份改性纤维素纤维加入搅拌机内，搅拌速率为275r/min下搅拌均匀。

三、复合水泥浆的制备；

依次将12份水泥、0.3份人工砂和4.2份外加剂加入搅拌机内，然后加入8份水，搅拌均匀，即可得到复合水泥浆。

实施例5，一种复合水泥浆，通过以下步骤制备而得：

一、改性纤维素纤维的制备；

1)将3份纤维素用5份任意比例的氢氧化钠浸渍碱化，得到碱纤维素；

2)在黄化机中将碱纤维素与3份二硫化碳液体混合，生成纤维素黄酸酯；

3)黄化结束后，用5份硅酸钠溶液将纤维素黄酸酯进行初溶解，得到纺丝原液，在纺丝机中进行湿法纺丝，将供纺纺丝原液与硅酸钠溶液反应，制得初生纤维；

4)初生纤维依次经过水洗、脱硫、水洗、上油和干燥后得到改性纤维素纤维。

二、外加剂的制备；

依次将0.3份聚羧酸减水剂、3.6份变质岩石粉和0.3份改性纤维素纤维加入搅拌机内，搅拌速率为300r/min下搅拌均匀。

三、复合水泥浆的制备；

依次将12份水泥、0.3份人工砂和4.2份外加剂加入搅拌机内，然后加入8份水，搅拌均匀，即可得到复合水泥浆。

实施例6，一种复合水泥浆，与实施例5区别点在于：

在步骤一3)中还添加有0.01份苯乙醇。

实施例7，一种复合水泥浆，与实施例5区别点在于：

在步骤一3)中还添加有0.02份苯乙醇。

实施例8，一种复合水泥浆，与实施例5区别点在于：

步骤二中还添加有0.1份硅粉。

实施例9，一种复合水泥浆，与实施例5区别点在于：

步骤二中还添加有0.2份硅粉。

实施例10，一种复合水泥浆，与实施例5区别点在于：

步骤二中还添加有0.3份硅粉。

实施例11，一种复合水泥浆，与实施例5区别点在于：

将步骤三中水添加量替换为4.5份。

实施例12，一种复合水泥浆，与实施例5区别点在于：

将步骤三中水添加量替换为6份。

对比例1，一种水泥浆，通过以下步骤制备而得：

依次将12份水泥、0.3份人工砂加入搅拌机内，然后加入8份水，搅拌均匀，即可得到水泥浆。

实验一：水泥浆抗裂性能测试；

1)打开抗裂试模的上盖，将制成的混凝土拌和物用小铲分两层装入抗裂试模内，每层的装料厚度大致相等，用捣棒均匀地插捣，插捣次数按每10000平方厘米至少不少于12次，插捣底层时捣棒应达到试模底部；插捣上层时，捣棒应贯穿上层后插入下层20～30mm；插捣时捣棒应垂直，不得倾斜。做到试模无任何气泡，上口随缺随加直至试模平齐并刮平。

3)将成型好的抗裂试模放入温度为20±2度的环境中养护24h后拆模。

4)拆模后的抗裂试件立即放入温度为30±2度、相对湿度为(50±5)％的环境中，并在试件顶面涂上硅胶进行密封处理。用应变仪或放大镜观察环立面上是否有裂缝产生。并记录裂缝长度，结果如表2所示。

实验二：水泥浆强度及渗水率测试；

通过ANSI/API RP10B-2-2005固井水泥试验的推荐实施规程对实施例1-12和对比例1进行检测，结果如表2所示。

表2

从表2可以看出，实施例1-12中混凝土的强度大于对比例1中混凝土的强度，说明本申请中水泥浆的强度大于现有技术中水泥浆的强度；

同时，根据实施例1-12和对比例1的渗透率和裂缝长度对比可知，本申请中的水泥浆的抗渗性能更好且具有良好的抗裂性能。

本申请实施例还公开了实施例1-12中任一复合水泥浆运用于抗渗围护桩制备的方法，步骤如下：

1)在淤泥地层设置有若干圆柱孔，相邻圆柱孔之间的距离相等；

2)在圆柱孔内放置有钢管，钢管的外侧壁固定有模袋，钢管底部呈锥形设置，且套设有搭接模袋，模袋与搭接模袋相连通，钢管底部开设有第一出浆口，钢管的外侧壁开设有若干第二出浆口，若干第二出浆口沿钢管轴线方向均匀分布；

3)将复合水泥浆灌入钢管内，部分复合水泥浆通过第一出浆口进入搭接模袋内，部分复合水泥浆通过第二出浆口进入模袋内，使得模袋扩大并挤压淤泥层，进入搭接模袋和模袋内的复合水泥浆相接触并凝结后形成抗渗围护桩。

实验三、抗渗围护桩的抗渗性能测试；

在相邻圆柱孔之间开设有检查孔，向检查孔中灌入水，得到抗渗围护桩的透水率均小于0.1吕龙，说明抗渗围护桩具有良好的抗渗性能。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种外加剂，其特征在于，包括如下重量份数的组分：

聚羧酸减水剂 0.1-0.3份；

石粉 2.4-3.6份；

改性纤维素纤维 0.1-0.3份；

所述石粉为石灰石石粉、玄武岩石粉、大理岩石粉、灰岩石粉、变质岩石粉中的一种或几种混合；

所述石粉的细度大于75μm；

所述改性纤维素纤维的制备包括如下步骤：

1）将2-3份纤维素用3-5份任意比例的碱溶液浸渍碱化，得到碱纤维素；

2）在黄化机中将碱纤维素与2-3份二硫化碳液体混合，生成纤维素黄酸酯；

3）黄化结束后，用3-5份硅酸钠溶液将纤维素黄酸酯进行初溶解，得到纺丝原液，在纺丝机中进行湿法纺丝，将供纺纺丝原液与凝固浴反应，制得初生纤维；

4）初生纤维依次经过水洗、脱硫、水洗、上油和干燥后得到改性纤维素纤维；

所述凝固浴为硅酸钠溶液。

2.根据权利要求1所述的一种外加剂，其特征在于：所述步骤3）中还添加有0.01-0.02份消泡剂。

3.根据权利要求1所述的一种外加剂，其特征在于：还包括0.1-0.3份硅粉。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种外加剂的制备方法，其特征在于：依次将相应重量份数的聚羧酸减水剂、石粉和改性纤维素纤维加入搅拌机内，搅拌速率为250-300r/min下搅拌均匀。

5.一种添加有权利要求1-3任一所述的外加剂的复合水泥浆，其特征在于，包括如下重量份数的组分：

水 3-8份；

水泥 8-12份；

人工砂 0.1-0.3份；

外加剂 2.6-4.2份。

6.据权利要求5所述的一种复合水泥浆，其特征在于，所述水的重量份数为3-4.5份。