CN112723809B - 一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法 - Google Patents

一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法，具体是盾构施工时，在螺旋输送机的前端向盾构渣土中添加高效消泡剂溶液，借助螺旋输送过程均匀混合，然后在螺旋输送机的出泥口分别向盾构渣土中喷洒抑泡剂溶液和增粘剂溶液，利用皮带输送过程混匀，接着在皮带输送机的末端向盾构渣土中加入复合型固化剂，最后利用渣土台车中设置的强制式搅拌设备搅匀制备出道路基层材料。本发明采用普通渣土车运抵现场即可进行道路基层施工。本发明采用化学固化的方式，辅以泡沫消除、气泡抑制、体系增粘等技术手段，将大含水率、流动状、富含发泡剂的硬岩质盾构渣土制备成性能和环保均满足规范要求的道路基层材料，实现了盾构渣土的资源化高价值利用。

Description

一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法
技术领域
本发明涉及土木工程材料和施工技术领域，具体涉及一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法。
背景技术
伴随着中国城市化进程的加快，城市人口和车流量剧增，为缓解城市路面交通拥堵的难题，大量城市地铁工程开建。地铁建设中，盾构法作为首选施工工法，呈现安全性好、工期短、适用地质广、地面影响小和科技化程度高等优势，但为保证盾构机正常掘进，施工过程需要使用大量的改良剂对渣土进行改良，产生的渣土呈现泥浆含量大、易气泡和资源化技术难度大等特点。现有处理措施为直接外运填埋、或脱水外运填埋，渣土的脱水和运输成本高，效率低，堆填后会对周边环境产生较大的不利影响，占用大量土地资源，同时堆体边坡具有滑坡灾害风险。另一方面，渣土又是一种良好的城市矿产资源，采用有效地技术手段实现盾构渣土的资源化利用，将有助于系统化解决渣土处理难题，有效提升地铁建设的生态环保功能。
硬岩类盾构渣土富含大量的粗细骨料，具备资源化利用先决条件，本发明专利主要是提供硬岩地质盾构渣土作为道路基层材料利用技术方案。硬岩类地质盾构过程，会采用大量的泡沫剂对渣土进行改良，产生的渣土含水率大、残存泡沫剂含量高，制备出的道路基层材料强度低。专利CN109133839A公开了一种盾构渣土回收再利用的方法，技术特点是借用专用路用拌合机、挖掘机和ALLU等搅拌设备将有机类固化剂和设计含水率盾构渣土多次拌和达到均匀可用要求，然后分层碾压回填基坑，固化渣土的7d无侧限抗压强度达1.5MPa，满足基坑回填要求，但工艺复杂，需要采用大量的拌和设备，且有机类固化剂使用量大，也未提及如何克服残存泡沫剂对固化效果的影响。
发明内容
本发明的目的是解决上述的不足，提供一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：包括以下步骤：
盾构施工时，在盾构机的螺旋输送机的前端按照体积比例0.2％～1％向盾构渣土中添加高效消泡剂溶液，借助盾构机的螺旋输送机的螺旋输送过程将高效消泡剂溶液和盾构渣土均匀混合，然后在盾构机的螺旋输送机的出泥口按照体积比例0.2％～0.5％和0.3％～0.8％分别向盾构渣土中喷洒抑泡剂溶液和增粘剂溶液，利用盾构机的皮带输送机的皮带输送过程混匀盾构渣土、抑泡剂溶液和增粘剂溶液，接着在盾构机的皮带输送机的末端向盾构渣土中加入复合型固化剂，复合型固化剂的掺量为20～50kg/m3，最后送入渣土台车并利用渣土台车中设置的强制式搅拌设备搅匀制备出道路基层材料。
进一步地，所述高效消泡剂溶液在盾构机的螺旋输送机的前端通过注浆孔连续注入。
进一步地，所述高效消泡剂溶液的质量浓度为1％，所述高效消泡剂为聚醚型、有机硅型和聚醚改性有机硅型中的任意一种。
进一步地，所述抑泡剂溶液比所述增粘剂溶液早1～2s喷淋于盾构渣土表面。
进一步地，所述抑泡剂为醇类抑泡剂。
进一步地，所述增粘剂溶液的质量浓度为2‰～4‰，所述增粘剂为分子量不低于20万的高粘冷溶型羧甲基纤维素。
进一步地，所述复合型固化剂按质量份包括如下组分：P·O 42.5水泥25-35份、I级粉煤灰30-50份、石膏15-20份、偏高岭土3-6份、改性接枝淀粉1-3份、滑石粉1-4份、工业级葡萄糖酸钠0.5-1份、碳酸钠0.3-0.6份和除臭剂0.05-0.2份。
进一步地，所述复合型固化剂以粉末态或浆体形式喷洒于盾构渣土表面，以浆体形式时固化剂与水的质量比例为1:1。
进一步地，所述盾构渣土和复合型固化剂的低速强制搅拌时间不低于5min，搅拌速度为50r/min。
进一步地，所述道路基层材料自加入固化剂时计时，需在16h内摊铺完毕。
本发明采用化学固化的方式，辅以泡沫消除、气泡抑制、体系增粘等技术手段，克服盾构渣土泡沫含量多、易分层泌水、泥浆含量大等技术难题，将大含水率、流动状、富含发泡剂的硬岩质盾构渣土固化制备成性能和环保均满足规范要求的道路基层材料。
对比现有技术，本发明具有如下的有益效果：
1、为实现硬岩盾构过程渣土改良，需在刀盘前端掺入大量表面活性剂制备的泡沫，导致渣土中有较多泡沫残留，直接影响渣土固化效果，本技术方案采用在渣土螺旋输送阶段加入高效消泡剂，借助螺旋输送过程搅匀渣土和消泡剂，未额外增加搅匀设备的基础上，较好地消除了渣土中已有的大部分气泡。
2、在固化前端提前加入抑泡剂，并利用皮带运输过程使其在渣土中匀化，消泡剂和抑泡剂的协调使用，可有效抑制渣土后期搅拌过程再次生成大量气泡，保证道路基层材料的密实性。
3、采用高粘冷溶型增粘剂可快速提升渣土体系粘度，减少渣土泌水量，促进渣土体系稳定，有助于提升本发明道路基层材料的整体强度。
4、本技术方案提供的复合型固化剂，具有多功能协同作用。针对含水率高、气泡多、浆体量大的硬岩盾构渣土，首先借助固化剂水化产生的笼状效应，将体系中的水大量的以弱结合水的方式锁固于硬化体系内部，提升了硬岩盾构渣土道路基层材料的强度；其次是利用除臭剂避免了后期有机类泡沫剂的劣化，最后是利用滑石粉的界面润滑作用，解决了新拌盾构渣土道路基层材料运输过程粘附运输车辆车厢壁的难题。
5、本技术方案，充分利用硬岩盾构渣土同时富含粗细骨料和大量浆体的先决条件，将其固化制备成道路基层材料，抗压强度达3MPa以上，实现了盾构渣土的资源化高价值利用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，以下实施例的实施方法，如未作特别说明，均为本领域公知的常规试剂及常规方法。其中改性接枝淀粉为阴离子型的淀粉接枝共聚物(购自陕西森瑞石油技术开发有限公司，产品名称为钻井液用抗高温接枝淀粉)。
实施例1：
本发明硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法，包括以下步骤：
盾构施工时，在盾构机的螺旋输送机的前端按照体积比例0.2％向盾构渣土中添加高效消泡剂溶液，借助盾构机的螺旋输送机的螺旋输送过程将高效消泡剂溶液和盾构渣土均匀混合，然后在盾构机的螺旋输送机的出泥口按照体积比例0.2％和0.3％分别向盾构渣土中喷洒抑泡剂溶液和增粘剂溶液，利用盾构机的皮带输送机的皮带输送过程混匀盾构渣土、抑泡剂溶液和增粘剂溶液，接着在盾构机的皮带输送机的末端向盾构渣土中加入复合型固化剂，复合型固化剂的掺量为20kg/m3，最后送入渣土台车并利用渣土台车中设置的强制式搅拌设备搅匀制备出道路基层材料。
所述高效消泡剂溶液在盾构机的螺旋输送机前端通过注浆孔连续注入。
其中，所述高效消泡剂溶液浓度为1％，高效消泡剂为聚醚型。
所述抑泡剂溶液比所述增粘剂溶液早1s喷淋于渣土表面。
其中，所述抑泡剂溶液浓度为0.5％，抑泡剂为醇类抑泡剂。
所述增粘剂溶液浓度为2‰。
其中，所述增粘剂为分子量不低于20万高粘冷溶型羧甲基纤维素。
所述复合型固化剂按质量份包括如下组分：P·O 42.5水泥25份、I级粉煤灰30份、石膏15份、偏高岭土3份、改性接枝淀粉1份、滑石粉1份、工业级葡萄糖酸钠0.5份、碳酸钠0.3份和除臭剂0.05份。
所述复合型固化剂以粉末态形式喷洒于盾构渣土表面。
所述盾构渣土和复合型固化剂的低速强制搅拌时间为5min。
所述道路基层材料自加入固化剂时计时，需在16h内摊铺完毕。
本实施例制得的道路基层材料的性能为：28d无侧限抗压强度为3.6MPa，含气量为3％。
实施例2：
本发明硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法，包括以下步骤：
盾构施工时，在盾构机的螺旋输送机的前端按照体积比例0.6％向盾构渣土中添加高效消泡剂溶液，借助盾构机的螺旋输送机的螺旋输送过程将高效消泡剂溶液和盾构渣土均匀混合，然后在盾构机的螺旋输送机的出泥口按照体积比例0.35％和0.55％分别向盾构渣土中喷洒抑泡剂溶液和增粘剂溶液，利用盾构机的皮带输送机的皮带输送过程混匀盾构渣土、抑泡剂溶液和增粘剂溶液，接着在盾构机的皮带输送机的末端向盾构渣土中加入复合型固化剂，复合型固化剂的掺量为35kg/m3，最后送入渣土台车并利用渣土台车中设置的强制式搅拌设备搅匀制备出道路基层材料。
所述的高效消泡剂溶液在盾构机的螺旋输送机前端通过注浆孔连续注入。
其中，所述高效消泡剂溶液浓度为1％，高效消泡剂为有机硅型。
所述抑泡剂溶液比所述增粘剂溶液早1.5s喷淋于渣土表面。
其中，所述抑泡剂溶液浓度为0.5％，抑泡剂为醇类抑泡剂。
所述增粘剂溶液浓度为3‰。
其中，所述增粘剂为分子量不低于20万高粘冷溶型羧甲基纤维素。
所述复合型固化剂按质量份包括如下组分：P·O 42.5水泥30份、I级粉煤灰40份、石膏17份、偏高岭土4.5份、改性接枝淀粉2份、滑石粉2.5份、工业级葡萄糖酸钠0.7份、碳酸钠0.45份和除臭剂0.1份。
所述复合型固化剂以浆体形式喷洒于盾构渣土表面。
其中，所述复合型固化剂以浆体形式喷洒时，所述复合型固化剂与水的比例为1:1。
其中，所述水为自来水。
所述盾构渣土和复合型固化剂的低速强制搅拌时间为6min。
所述道路基层材料自加入固化剂时计时，需在16h内摊铺完毕。
本实施例制得的道路基层材料的性能为：28d无侧限抗压强度为3.2MPa，含气量为3.4％。
实施例3：
本发明硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法，包括以下步骤：
盾构施工时，在盾构机的螺旋输送机的前端按照体积比例1％向盾构渣土中添加高效消泡剂溶液，借助盾构机的螺旋输送机的螺旋输送过程将高效消泡剂溶液和盾构渣土均匀混合，然后在盾构机的螺旋输送机的出泥口按照体积比例0.5％和0.8％分别向盾构渣土中喷洒抑泡剂溶液和增粘剂溶液，利用盾构机的皮带输送机的皮带输送过程混匀盾构渣土、抑泡剂溶液和增粘剂溶液，接着在盾构机的皮带输送机的末端向盾构渣土中加入复合型固化剂，复合型固化剂的掺量为50kg/m3，最后送入渣土台车并利用渣土台车中设置的强制式搅拌设备搅匀制备出道路基层材料。
所述高效消泡剂溶液在盾构机的螺旋输送机前端通过注浆孔连续注入。
其中，所述高效消泡剂溶液浓度为1％，高效消泡剂为聚醚改性有机硅型。
所述抑泡剂溶液比所述增粘剂溶液早2s喷淋于渣土表面。
其中，所述抑泡剂溶液浓度为0.5％，抑泡剂为醇类抑泡剂。
所述增粘剂溶液浓度为4‰。
其中，所述增粘剂为分子量不低于20万高粘冷溶型羧甲基纤维素。
所述复合型固化剂按质量份包括如下组分：P·O 42.5水泥35份、I级粉煤灰50份、石膏20份、偏高岭土6份、改性接枝淀粉3份、滑石粉4份、工业级葡萄糖酸钠1份、碳酸钠0.6份和除臭剂0.2份。
所述复合型固化剂以浆体形式喷洒于盾构渣土表面。
其中，所述复合型固化剂以浆体形式喷洒时，所述复合型固化剂与水的比例为1:1。
所述水为普通地表水。
所述盾构渣土和复合型固化剂的低速强制搅拌时间为7min。
所述道路基层材料自加入固化剂时计时，需在16h内摊铺完毕。
本实施例制得的道路基层材料的性能为：28d无侧限抗压强度为3.9MPa，含气量为3.8％。
对比实验1
为了便于理解本发明各原料对材料性能的影响，下面提供本发明的另外6个实施例与4个对比例进行效果对比，制备方法与实施例1相同(对比例中，若原料没有则不添加，步骤仍旧操作)，各实施例和各对比例的配方如表1所示：
表1
Figure BDA0002864609440000071
各实施例和各对比例所得材料的性能如表2所示：
表2
Figure BDA0002864609440000072
Figure BDA0002864609440000081
对比实验2
为了便于理解增粘剂的分子量对材料性能的影响，在实施例1的基础上，取分子量低于20万高粘冷溶型羧甲基纤维素作为增粘剂溶液的原料，作为对比例5；
为了便于理解强制搅拌时间对材料性能的影响，在实施例1的基础上，设定搅拌时间高于5min，作为对比例6；
为了便于理解道路基层材料自加入固化剂时计时，需在16h内摊铺完毕，在实施例的基础上，加入固化剂后，18h后进行摊铺，作为对比例7。
各对比例所得材料的性能如表3所示：
表3
Figure BDA0002864609440000082
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，能够以其他的具体形式实现本发明。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要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (9)

1.一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
盾构施工时，在盾构机的螺旋输送机的前端按照体积比例0.2%～1%向盾构渣土中添加高效消泡剂溶液，借助盾构机的螺旋输送机的螺旋输送过程将高效消泡剂溶液和盾构渣土均匀混合，然后在盾构机的螺旋输送机的出泥口按照体积比例0.2%～0.5%和0.3%～0.8%分别向盾构渣土中喷洒抑泡剂溶液和增粘剂溶液，利用盾构机的皮带输送机的皮带输送过程混匀盾构渣土、抑泡剂溶液和增粘剂溶液，接着在盾构机的皮带输送机的末端向盾构渣土中加入复合型固化剂，复合型固化剂的掺量为20～50kg/m3，最后送入渣土台车并利用渣土台车中设置的强制式搅拌设备搅匀制备出道路基层材料；
所述复合型固化剂按质量份包括如下组分：P·O 42.5水泥25-35份、I级粉煤灰30-50份、石膏15-20份、偏高岭土3-6份、改性接枝淀粉1-3份、滑石粉1-4份、工业级葡萄糖酸钠0.5-1份、碳酸钠0.3-0.6份和除臭剂0.05-0.2份。
2.如权利要求1所述的一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法，其特征在于，所述高效消泡剂溶液在盾构机的螺旋输送机的前端通过注浆孔连续注入。
3.如权利要求1所述的一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法，其特征在于，所述高效消泡剂溶液的质量浓度为1%，所述高效消泡剂为聚醚型、有机硅型和聚醚改性有机硅型中的任意一种。
4.如权利要求1所述的一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法，其特征在于，所述抑泡剂溶液比所述增粘剂溶液早1～2s喷淋于盾构渣土表面。
5.如权利要求1所述的一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法，其特征在于，所述抑泡剂为醇类抑泡剂。
6.如权利要求1所述的一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法，其特征在于，所述增粘剂溶液的质量浓度为2‰～4‰，所述增粘剂为分子量不低于20万的高粘冷溶型羧甲基纤维素。
7.如权利要求1所述的一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法，其特征在于，所述复合型固化剂以粉末态或浆体形式喷洒于盾构渣土表面，以浆体形式时固化剂与水的质量比例为1:1。
8.如权利要求1所述的一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法，其特征在于，所述盾构渣土和复合型固化剂的低速强制搅拌时间不低于5min，搅拌速度为50r/min。
9.如权利要求1所述的一种硬岩盾构渣土固化制备道路基层材料的方法，其特征在于，所述道路基层材料自加入固化剂时计时，需在16h内摊铺完毕。
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