CN113149569B - 高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料及其制备方法和应用 - Google Patents

高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料及其制备方法和应用。包括第一组分、第二组分、第三组分，第一组分为硅酸盐水泥，第二组分由烧结法赤泥、粉煤灰、镍渣组成，第三组分为激发剂。第一组分60‑80份，第二组分的掺量为20‑40份，第三组分的掺量为第一组分和第二组分总和的3‑14％。制备方法简单易行，操作方便，制成的复合固化剂早期强度高，强度与流动度可调控，不仅降低了高压旋喷止水帷幕的成本，而且实现了赤泥、粉煤灰等大宗固废的减量利用，具有良好的经济和社会效益。

Description

高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于道路工程材料领域，具体涉及高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料及其制备方法和应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
高压旋喷止水帷幕是深基坑、地下工程与水利工程中常用的垂直防渗技术，其主要是利用高压射流技术，对土体进行冲切在地基中钻孔并喷射水泥浆液，通过注浆管的旋转提升，使注浆材料与被搅动的土颗粒混合，通过水泥的凝结硬化作用而形成地下连续止水体，从而达到防渗的效果。由于常规的高压旋喷止水帷幕水泥掺量大，工程成本高，且材料设计的可靠性低，大大限制了高压旋喷止水帷幕的应用。
现有的减少高压旋喷止水帷幕的水泥使用量的方法中，虽然降低了水泥的使用量，但是止水帷幕的防渗能力较差，不能够更好的发挥高压旋喷止水帷幕的防渗的效果。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料及其制备方法和应用。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料，包括第一组分、第二组分、第三组分，第一组分为硅酸盐水泥，第二组分由粉煤灰或镍渣中的一种与烧结法赤泥组成，第三组分为激发剂。
高压旋喷桩是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体的方法。通过高压旋喷桩的方法，在深基坑、地下工程、水利工程的施工过程中，在地基中形成止水帷幕。止水帷幕用于阻止或减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑。支护抗渗固化材料的防渗性能影响止水帷幕的止水能力。
本发明提出的高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料具有相比于现有的固化材料更好的抗渗能力，并且具有较好的抗压强度。
高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料充分的利用固废粉煤灰、镍渣、烧结法赤泥。并且，本发明中利用固废代替部分水泥，虽然现有技术中有将赤泥用于制备道路固化剂或者用于水泥固化剂的案例，但是由于高压旋喷止水帷幕需要经过高压旋喷的过程中，采用高压射流对土体冲切，使注浆材料与土颗粒混合。所以高压旋喷止水帷幕中的抗渗材料，需要与土颗粒具有更好的结合力，且在含水率变化的情况下不影响浆液的性能，保证其抗渗能力。
在本发明的一些实施方式中，烧结法赤泥是铝工业采用烧结法工艺冶炼氧化铝时产生的碱性工业固体废弃物，其主要成分为含钙、硅、铝、镁、铁的氧化物。随着铝产业的发展和铝矿石品质的下降，赤泥每年的产量均在增加。我国每年氧化铝产量超过100万吨，一般每生产一吨氧化铝就会产生1-2吨赤泥，本发明实现了赤泥的充分利用。赤泥中含有大量的硅、铝元素，具有潜在的火山灰性能，与其他固废结合，在碱性条件下会生成钙矾石等，填充材料内部空隙，从而达到抗渗的效果。由于烧结法赤泥活性较低，减少部分水泥含量后，强度降低较大，所以采用多种固废互相协作，激发赤泥活性，提升其强度，减低孔隙率，增强抗渗性。
粉煤灰是火力发电厂在燃煤过程中排放的微小灰粒，是目前应用最为广泛的工业固体废弃物。在本发明的一些实施方式中，粉煤灰主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙及三氧化硫等。
在本发明的一些实施方式中，粉煤灰的最大公称粒径为0.075mm。
在本发明的一些实施方式中，镍渣是冶炼镍铁合金时产生的固体废渣，其主要成分是氧化铁、氧化硅与氧化铝，同时含有少量Mn、Ni残渣。粉煤灰中含有大量的硅元素和钙元素，镍渣是冶炼镍铁合金产生的固体废渣，镍渣中主要含有氧化铝与二氧化硅，为了在整个固化剂性能优良，需要钙元素，硅元素，铝元素，硫元素维持一定的比例，多种固废共同作用，故选用镍渣，粉煤灰进行调配。
在本发明的一些实施方式中，支护抗渗固化材料中各组分的重量份组成为：第一组分60-80份，第二组分的掺量为20-40份，第三组分的掺量为第一组分和第二组分总和的3-14％。进一步，护抗渗固化材料中各组分的重量份组成为：第一组分60-70份，第二组分的掺量为30-40份，第三组分的掺量为第一组分和第二组分总和的5-10％。
在本发明的一些实施方式中，硅酸盐水泥的型号为PL42.5、PL52.5、PL62.5中的一种；进一步为PL42.5。
在本发明的一些实施方式中，激发剂为GM激发剂或生石灰。GM激发剂为脱硫石膏。
本发明的高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料满足设计的指标要求，参考《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》(DL/T 5200-2004)，对高压喷射止水帷幕的力学性能与抗渗性能作了规定，粉质黏土地层中止水帷幕的28d无侧限抗压强度应在0.5～3.0MPa范围内，28d渗透系数应小于1e-5cm/s。
第二方面，上述高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料的制备方法，所述方法为：
将赤泥干燥，然后将粉煤灰或镍渣中的一种与赤泥组成第二组分；
激发剂进行干燥；
将硅酸盐水泥、第二组分、激发剂混合，形成高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料。
赤泥进行加热干燥，去除赤泥中的一定量的水分。在本发明的一些实施方式中，赤泥的干燥的温度为90-120℃，干燥的时间为35-55h；进一步温度为100-110℃，干燥的时间为40-50h。
在本发明的一些实施方式中，激发剂干燥的温度为60-120℃。
第三方面，上述的高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料在高压旋喷止水帷幕中的应用。广泛应用在深基坑、地下工程与水利工程中，用于垂直防渗，防渗效果相比于普通的水泥止水帷幕效果更好。
第四方面，高压旋喷止水帷幕浆料，包括上述的抗渗固化材料和水。
在本发明的一些实施方式中，水与抗渗固化材料的质量比为0.4-0.5；进一步为0.45。
本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明提供的高压旋喷止水帷幕材料的配方及制备工艺中，通过调节第一组分中普通硅酸盐水泥的掺量第二组分中烧结法赤泥与粉煤灰或镍渣的组份比例，第三组分中激发剂的掺量，可以有效地实现高压旋喷止水帷幕材料强度和抗渗性能的调控，且制备方法简单易操作。
(2)本发明提供的高压旋喷止水帷幕材料中采用赤泥、粉煤灰等大宗工业固废，价格低，有效解决了大宗固废减量利用的问题，且降低了高压旋喷止水帷幕的成本，有效地保护了环境。
(3)本发明所述的高压旋喷止水帷幕材料，由于赤泥等的作用，具有早强效果。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1：
(1)取出适量的烧结法赤泥，进行初步破碎，在105℃条件下烘干48小时，将烘干的烧结法赤泥冷却至室温，采用行星式球磨机研磨，将研磨后的赤泥取出过1mm方孔筛，备用。
(2)取适量的粉煤灰，使用行星式球磨机将粉煤灰粉磨(破坏粉煤灰的玻璃体，使其更好反应)，过0.075的方孔筛备用。
(3)称取普通硅酸盐水泥800g，得到组分A，称取160g备好的烧结法赤泥和40g粉煤灰，混合均匀即得组分B，称取145gGM激发剂，即得组分C。
(4)将混合好的A、B、C组分按照0.45的水灰比进行加水搅拌。
实施例1制备得到的高压旋喷止水帷幕浆料，通过高压射流技术得到高压旋喷止水帷幕，高压旋喷止水帷幕的性能指标测试结果如表1所示。
表1性能指标
Figure BDA0003060939080000051
实施例2：
(1)取出适量的烧结法赤泥，进行初步破碎，在105℃条件下烘干48小时，将烘干的烧结法赤泥冷却至室温，采用行星式球磨机研磨，将研磨后的赤泥取出过1mm方孔筛，备用。
(2)取适量的镍渣，使用行星式球磨机将镍渣粉磨，过0.075的方孔筛备用。
(3)称取普通硅酸盐水泥700g，得到组分A，称取250g备好的烧结法赤泥和50g镍渣，混合均匀即得组分B，称取72.5g生石灰，即得组分C。
(4)将混合好的A、B、C组分按照0.45的水灰比进行加水搅拌。
实施例2制备得到的高压旋喷止水帷幕浆料，通过高压射流技术得到高压旋喷止水帷幕，高压旋喷止水帷幕的性能指标测试结果如表2所示。
表2性能指标
Figure BDA0003060939080000061
通过表1和表2可以看到，实施例1和实施例2得到的高压旋喷止水帷幕具有更好的抗渗效果和抗压强度。相比于普通的水泥止水帷幕效果更好。
对比例1
(1)取适量的粉煤灰，使用行星式球磨机将粉煤灰粉磨，过0.075的方孔筛备用。
(2)称取普通硅酸盐水泥800g，得到组分A，称取200g粉煤灰，混合均匀即得组分B，称取60g生石灰，即得组分C。
(3)将混合好的A、B、C组分按照0.48的水灰比进行加水搅拌。
对比例1制备得到的高压旋喷止水帷幕浆料，通过高压射流技术得到高压旋喷止水帷幕，高压旋喷止水帷幕的性能指标测试结果如表3所示。
表3性能指标
Figure BDA0003060939080000071
实施例1和实施例2得到的高压旋喷止水帷幕相比于普通的水泥止水帷幕效果更好。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料的制备方法，其特征在于：
取出适量的烧结法赤泥，进行初步破碎，在105℃条件下烘干48小时，将烘干的烧结法赤泥冷却至室温，采用行星式球磨机研磨，将研磨后的赤泥取出过1mm方孔筛，备用；
取适量的粉煤灰，使用行星式球磨机将粉煤灰粉磨，过0.075mm的方孔筛备用；
称取普通硅酸盐水泥800g，得到组分A，称取160g备好的烧结法赤泥和40g粉煤灰，混合均匀即得组分B，称取145gGM激发剂，即得组分C；
将混合好的A、B、C组分按照0.45的水灰比进行加水搅拌。
2.一种高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料的制备方法，其特征在于：
取出适量的烧结法赤泥，进行初步破碎，在105℃条件下烘干48小时，将烘干的烧结法赤泥冷却至室温，采用行星式球磨机研磨，将研磨后的赤泥取出过1mm方孔筛，备用；
取适量的镍渣，使用行星式球磨机将镍渣粉磨，过0.075mm的方孔筛备用；
称取普通硅酸盐水泥700g，得到组分A，称取250g备好的烧结法赤泥和50g镍渣，混合均匀即得组分B，称取72.5g生石灰，即得组分C；
将混合好的A、B、C组分按照0.45的水灰比进行加水搅拌。
3.如权利要求1所述的高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料的制备方法，其特征在于：烧结法赤泥是铝工业采用烧结法工艺冶炼氧化铝时产生的碱性工业固体废弃物，其主要成分为含钙、硅、铝、镁、铁的氧化物。
4.如权利要求1所述的高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料的制备方法，其特征在于：粉煤灰主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙及三氧化硫。
5.如权利要求1所述的高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料的制备方法，其特征在于：粉煤灰的最大公称粒径为0.075mm。
6.如权利要求2所述的高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料的制备方法，其特征在于：镍渣是冶炼镍铁合金时产生的固体废渣，其主要成分是氧化铁、氧化硅与氧化铝，同时含有少量Mn、Ni残渣。
7.如权利要求1所述的高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料的制备方法，其特征在于：硅酸盐水泥的型号为PL42.5、PL52.5、PL62.5中的一种。
8.如权利要求7所述的高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料的制备方法，其特征在于：硅酸盐水泥的型号为PL42.5。
9.一种使用如权利要求1-8任一项所述的高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料的制备方法制备的高压旋喷止水帷幕支护抗渗固化材料。
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