CN113372067A - 一种快速固化的桩基溶洞回填土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种快速固化的桩基溶洞回填土及其制备方法,其中回填土包括以下组分及重量百分含量:干土62‑64%,水27‑30%,水泥0.6‑3.2%,矿渣3.2‑6%,NaSO4 0.3‑1.7%,CaO 0.5‑1.1%;制备方法包括:首先将水泥、矿渣、NaSO4、CaO逐一加入至混合容器中,并混合均匀,再将干土与固化剂置于搅拌机中低速搅拌50‑80s;之后分两次加水混合,每次加水后先低速搅拌50‑80s,再停拌10‑20s,之后再高速搅拌40‑50s,得到混合料;最后将混合料压模成型,并自然养护,即得到桩基溶洞回填土。与现有技术相比,本发明具有制备方法简单、原料成本低等优点,通过加入无水硫酸钠与氧化钙,以破坏矿渣玻璃体结构以及矿渣表面硅氧网络结构保护膜,加速矿渣水化,从而提高固化速率与回填土强度。

Description

一种快速固化的桩基溶洞回填土及其制备方法
技术领域
本发明属于土壤固化剂技术领域,涉及一种快速固化的桩基溶洞回填土及其制备方法。
背景技术
随着我国交通基础设施施工技术的进步,为了满足地区经济发展和高速公路网扩张的需求,必然会面对更多新的复杂地质水文条件和苛刻的施工环境。以喀斯特地貌即岩溶地貌为例。在隧道、桥梁桩基等工程中妥善处理溶洞并兼顾工程成本、施工工期和施工难度等是工程项目的重点和难点。针对岩溶发育地区桥梁桩基,我国已累积了一定的经验,根据溶洞规模形式以及洞内填充情况,常见的溶洞处理措施有四类:1、注浆法;2、钢护筒跟进法;3、回填法;4、综合法。
由于地下溶洞复杂多变,裂隙交错贯通具体情况难以探明,地勘报告偶尔会与实际情况存在一定的偏差,经常会出现意料之外的情况。上述前两种处理方法处置经验丰富,效果理想,但是相应的其施工成本也相对较高。普通片石粘土回填常出现漏浆,需要反复多次回填压实,严重延缓工程进度,并且由于其强度有限,导致实际施工时存在水下灌注混凝土压力过大,挤破孔壁造成漏浆、断桩等风险,因此对于回填法有较大的改良空间。
发明内容
本发明的目的就是提供一种快速固化的桩基溶洞回填土及其制备方法,用于解决现有溶洞回填黏土固化速度慢、强度低、易造成漏浆、断桩的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种快速固化的桩基溶洞回填土,包括以下组分及重量百分含量:
Figure BDA0003152126970000011
Figure BDA0003152126970000021
进一步地,所述干土为将黏土依次经烘干、破碎、过筛后得到,所得干土粒径不大于2mm。
进一步地,所述水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥,所述矿渣为S95粒化高炉矿渣。
进一步地,所述NaSO4与矿渣的质量比为(1-4):10。
进一步地,所述CaO与矿渣的质量比为(1-3):10。
进一步地,所述水泥与矿渣的质量比为1:(1-9)。
一种如上所述的快速固化的桩基溶洞回填土的制备方法,包括以下步骤:
1)将水泥、矿渣、NaSO4、CaO逐一加入至混合容器中,并混合均匀,得到固化剂;
2)将干土与固化剂置于搅拌机中低速搅拌50-80s;
3)取水分两次加入混合,每次加水后先低速搅拌50-80s,再停拌10-20s,之后再高速搅拌40-50s,即得到混合料;
4)将混合料压模成型,并自然养护,即得到所述桩基溶洞回填土。
进一步地,步骤2)中,所述搅拌机为行星式水泥胶砂搅拌机。
进一步地,步骤2)与步骤3)中,所述低速搅拌的转速为140r/min,时间为60s;步骤3)中,所述高速搅拌的转速为285r/min,时间为45s,停拌时间为15s。
与现有技术相比,本发明具有以下特点:
1)本发明提供了一种快速固化的桩基溶洞回填土或者说一种桩基溶洞回填土的快速固化方法,一方面通过CaO水化反应,释放大量OH-离子,破坏矿渣玻璃体结构,使矿渣中的Si与Al以离散的[SiO4]4-和[AlO4]5-离子进入到孔溶液中生成C-S-H;另一方面NaSO4与Ca(OH)2反应生成CaSO4·2H2O,晶粒微小、分散度大、活性大、反应速度快,同时生成NaOH中的OH-离子能继续破坏矿渣表面硅氧网络结构保护膜,加速矿渣水化,从而提高固化速率与回填土强度;
2)本发明所用原料成本低,制备方法简单,固化速度快,对桩基溶洞的回填效果好,故而具有很好的应用潜力。
附图说明
图1为对比例中不同市售水泥速凝剂掺量下的距底高度与时间关系的曲线图;
图2为实施例1中不同无水硫酸钠掺量下的距底高度与时间关系的曲线图;
图3为实施例2中不同氧化钙掺量下的距底高度与时间关系的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例中黏土取自广西桂林市灌阳县,化学组成如下表所示。
表1黏土的化学组成
组成 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> MgO CaO P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> K<sub>2</sub>O 其他
含量/wt% 26.30 51.33 0.28 0.47 0.98 16.36 1.5 2.78
对比例:市售水泥速凝剂掺量:0%、10%、20%、30%、40%、50%
一种桩基溶洞回填土的制备方法,包括以下步骤:
1)将黏土置于105℃的鼓风干燥机中烘干12h,之后用橡胶木槌破碎并过2mm筛,得到干土;
2)将P·O 42.5普通硅酸盐水泥30g、S95粒化高炉矿渣70g,市售水泥速凝剂(东营市宏福建筑外加剂厂,型号:CQ)逐一加入至容器内,并人工搅拌均匀,得到固化剂;其中,各配料加入顺序无要求,但须逐一加入;市售水泥速凝剂的加入量依次为0、10、20、30、40、50g;
3)取步骤1)制备的干土1000g,与步骤2)制备的固化剂一同加入至搅拌机中,以140r/min的转速低速搅拌60s;
4)取水440g分两次加入至搅拌机中,每次加水后低速搅拌60s,停拌15s,将粘附于叶片和锅壁上的物料刮入锅中间,再高速搅拌45s;其中低速搅拌的转速为140r/min,高速搅拌的转速为285r/min;
5)将混合料压入至模具中成型,并自然养护,即得到桩基溶洞回填土。
实施例1:NaSO4掺量:10%、20%、30%、40%
一种桩基溶洞回填土的制备方法,包括以下步骤:
1)将黏土置于105℃的鼓风干燥机中烘干12h,之后用橡胶木槌破碎并过2mm筛,得到干土;
2)将P·O 42.5普通硅酸盐水泥30g、S95粒化高炉矿渣70g,无水硫酸钠逐一加入至容器内,并人工搅拌均匀,得到固化剂;其中,各配料加入顺序无要求,但须逐一加入;无水硫酸钠的加入量依次为7、14、21、28g;
3)取步骤1)制备的干土1000g,与步骤2)制备的固化剂一同加入至搅拌机中,以140r/min的转速低速搅拌60s;
4)取水440g分两次加入至搅拌机中,每次加水后低速搅拌60s,停拌15s,将粘附于叶片和锅壁上的物料刮入锅中间,再高速搅拌45s;其中低速搅拌的转速为140r/min,高速搅拌的转速为285r/min;
5)将混合料压入至模具中成型,并自然养护,即得到桩基溶洞回填土。
实施例2:NaSO4掺量:30%;CaO掺量:10%、20%、30%
一种桩基溶洞回填土的制备方法,包括以下步骤:
1)将黏土置于105℃的鼓风干燥机中烘干12h,之后用橡胶木槌破碎并过2mm筛,得到干土;
2)将P·O 42.5普通硅酸盐水泥30g、S95粒化高炉矿渣70g、无水硫酸钠21g、氧化钙逐一加入至容器内,并人工搅拌均匀,得到固化剂;其中,各配料加入顺序无要求,但须逐一加入;氧化钙的加入量依次为7、14、21g;
3)取步骤1)制备的干土1000g,与步骤2)制备的固化剂一同加入至搅拌机中,以140r/min的转速低速搅拌60s;
4)取水440g分两次加入至搅拌机中,每次加水后低速搅拌60s,停拌15s,将粘附于叶片和锅壁上的物料刮入锅中间,再高速搅拌45s;其中低速搅拌的转速为140r/min,高速搅拌的转速为285r/min;
5)将混合料压入至模具中成型,并自然养护,即得到桩基溶洞回填土。
实施例3:
本实施例用于考察对比例与实施例1-2所制备的桩基溶洞回填土的固化速率,具体过程如下:
由于现行规范缺少对于此类黏土固化凝结时间的标准,故而本实施例参考现有规范,以随时间变化使用维卡仪测得初凝针距试模底部玻璃板高度来衡量拌合后固化土凝结时间。结果表明:
针对上述实施例,市售水泥速凝剂对土壤固化有加速效果但是作用效果有限。如图1所示为对比例所制备的桩基溶洞回填土固化速率实验结果,掺量在40%以下时,由测针距模具底部高度所反映的凝结时间随着掺量的增加而缩短,当掺量从30%到40%时,对凝结时间缩短的变化量大于10%至20%,20%至30%的变化量。当掺量超过40%时,随着市售速凝剂用量增大,反而会延长凝结时间。
如图2所示为实施例1所制备的桩基溶洞回填土固化速率实验结果,单一添加无机结合料中矿渣质量30%的硫酸钠时,实验土壤的凝结时间最短,当硫酸钠掺量达到40%时,土体的凝结时间略有延长,但总体效果仍然优于市售水泥速凝剂。故在实施例2中在30%硫酸钠掺量的前提下,测试不同氧化钙的量对凝结时间的影响,结果如图3所示。随着氧化钙的加入,无机结合料的水化反应进行迅速,其中以添加矿渣质量20%的氧化钙其效果最佳,12h的距底高度与单一硫酸钠72h的距底高度。验证了硫酸钠对矿渣有一定的加速水化反应的效果但并不明显。加入氧化钙后,浆体碱度上升对加速矿渣水化反应并伴随着CaSO4·2H2O的生成进一步加速反应。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速固化的桩基溶洞回填土,其特征在于,该回填土包括以下组分及重量百分含量:
Figure FDA0003152126960000011
2.根据权利要求1所述的一种快速固化的桩基溶洞回填土,其特征在于,所述干土为将黏土依次经烘干、破碎、过筛后得到,所得干土粒径不大于2mm。
3.根据权利要求1所述的一种快速固化的桩基溶洞回填土,其特征在于,所述水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥,所述矿渣为S95粒化高炉矿渣。
4.根据权利要求1所述的一种快速固化的桩基溶洞回填土,其特征在于,所述NaSO4与矿渣的质量比为(1-4):10。
5.根据权利要求1所述的一种快速固化的桩基溶洞回填土,其特征在于,所述CaO与矿渣的质量比为(1-3):10。
6.根据权利要求1所述的一种快速固化的桩基溶洞回填土,其特征在于,所述水泥与矿渣的质量比为1:(1-9)。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的快速固化的桩基溶洞回填土的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
1)将水泥、矿渣、NaSO4、CaO逐一加入至混合容器中,并混合均匀,得到固化剂;
2)将干土与固化剂置于搅拌机中低速搅拌50-80s;
3)取水分两次加入混合,每次加水后先低速搅拌50-80s,再停拌10-20s,之后再高速搅拌40-50s,即得到混合料;
4)将混合料压模成型,并自然养护,即得到所述桩基溶洞回填土。
8.根据权利要求7所述的一种快速固化的桩基溶洞回填土的制备方法,其特征在于,步骤2)中,所述搅拌机为行星式水泥胶砂搅拌机。
9.根据权利要求7所述的一种快速固化的桩基溶洞回填土的制备方法,其特征在于,步骤2)与步骤3)中,所述低速搅拌的转速为140r/min,时间为60s;
步骤3)中,所述高速搅拌的转速为285r/min,时间为45s。
10.根据权利要求7所述的一种快速固化的桩基溶洞回填土的制备方法,其特征在于,步骤3)中,停拌时间为15s。
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