CN114482023B - 用于建筑工程施工的桩基加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于建筑工程施工的桩基加固方法，属于建筑工程领域，通过注浆法向灌注桩基础的侧面或端面注入水泥固化浆料以置换桩侧的泥皮，完成对灌注桩基础的加固；所述水泥固化浆包括如下组成：硅酸盐水泥45‑65份、赤泥和/或高炉矿渣8‑20份、脱硫石膏4‑8份、改性碳纳米管填料8‑12份、促凝剂1‑4份、膨胀剂4‑10份、早强剂1‑3份、减水剂1‑4份、粘度调节剂0‑10份，水胶比在(0.6‑0.8)：1。本发明通过复配改性碳纳米管，提高碳纳米管与水泥胶凝材料间的咬合连接，充分发挥碳纳米管的桥联效应和拨出效应，提升原有桩基桩侧摩阻力和极限承载能力。

Description

用于建筑工程施工的桩基加固方法

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，具体涉及一种用于建筑工程施工的桩基加固方法。

背景技术

由于钻(冲)孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的，其施工过程无法观察，终孔时孔深是不是达到了设计所要求的岩层一定深度是通过浮出的渣样来判别；如果判别失误或者桩底沉渣过多或者桩底存在溶洞及破碎岩层等不良地质现象，成桩后抽芯检测就会发现桩端缺陷，这种缺陷导致桩身强度的降低，桩端承载力不足，不能满足设计的受力要求，特别是对于有行车荷载的桥梁更不能满足使用要求，应当进行加固，通常可以利用压浆泵泵入水泥浆进行桩基补强。

注浆材料作为注浆技术的关键控制因素之一，得到越来越多的关注。传统的注浆加固材料以硅酸盐水泥单液浆为主，但是水泥类浆液存在凝结时间长、桩-土胶结界面强度低等问题，使得无法高效提升原有桩基桩侧摩阻力和极限承载能力。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种用于建筑工程施工的桩基加固方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种用于建筑工程施工的桩基加固方法，通过注浆法向灌注桩基础的侧面或端面注入水泥固化浆料以置换桩侧的泥皮，水泥固化浆料通过渗透固结、胶结泥皮、充填挤密、劈裂加筋作用，加固桩基础四周的土体，完成对灌注桩基础的加固；

其中，按重量份数计，所述水泥固化浆包括如下组成：硅酸盐水泥45-65份、赤泥和/或高炉矿渣8-20份、脱硫石膏4-8份、改性碳纳米管填料8-12份、促凝剂1-4份、膨胀剂4-10份、早强剂1-3份、减水剂1-4份、粘度调节剂0-10份，水胶比在(0.6-0.8)：1。

优选的，所述膨胀剂为明矾石膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂、氧化钙膨胀剂中的一种或几种。

优选的，所述早强剂为氯化钙、硫酸钙、偏铝酸钠、氯化锂、硅灰、亚硝酸钠中的一种或几种。

优选的，所述粘度调节剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、卡拉胶、羧甲基纤维素、二氧化硅纳米粒子中的一种或几种。

优选的，所述减水剂为木质素磺酸盐、密胺系减水剂、干酪素中的一种或几种。

优选的，所述改性碳纳米管填料的制备方法包括以下步骤：

S1、商品碳纳米管以硝酸-盐酸混酸处理后得到酸化碳纳米管，干燥后分散在干燥的二甲基甲酰胺中，搅拌滴加氯化亚砜溶液，在65-70℃下搅拌反应6-12h，反应完成后冷却，分离碳纳米管并以二甲基甲酰胺洗涤至洗涤液无色，干燥后分散在四氢呋喃中，加入乙二胺和N,N'-二异丙基碳二亚胺，加热回流1-2h，分离碳纳米管并以四氢呋喃洗涤，干燥；

其中，所述酸化碳纳米管与所述氯化亚砜、所述乙二胺和所述N,N'-二异丙基碳二亚胺的质量比例为10：(1.8-3.6)：(1.2-2)：(0.5-1)；

S2、称取酪氨酸并溶解在四氢呋喃中，搅拌升温至50-60℃并保温回流0.5-1h，加入碳酸三氯甲基酯，继续保温回流1-2h，反应完成后冷却，加入冷的石油醚并充分搅拌，分离沉淀并以石油醚洗涤，干燥制得羧酸酐化的酪氨酸；

其中，所述酪氨酸与所述碳酸三氯甲基酯的质量比例为(1-1.2)：1；

S3、将步骤S1制得的碳纳米管分散在四氢呋喃中，加入所述羧酸酐化的酪氨酸并进行超声分散，继续搅拌反应1-2h，分离碳纳米管并以四氢呋喃洗涤，然后再分散在硝基苯溶剂中，在保护气氛下，边搅拌边滴加三乙胺，滴加完毕后继续搅拌反应24-36h，分离碳纳米管并以乙醇或乙醚洗涤，制得；

其中，所述步骤S1制得的碳纳米管与所述羧酸酐化的酪氨酸、所述三乙胺的质量比例为10：(4-9)：(0.02-0.03)。

优选的，所述粘度调节剂为改性二氧化硅纳米粒子，所述改性二氧化硅纳米粒子的制备方法是：

(1)将二氧化硅纳米粒子分散在二甲基甲酰胺中，加入体积分数1％的去离子水，搅拌升温至60-70℃，在保护气氛下，边搅拌边滴加氨基硅烷偶联剂溶液，滴加完毕后继续保温搅拌反应0.5-1h，分离二氧化硅纳米粒子并以二甲基甲酰胺洗涤，干燥制得氨基化二氧化硅纳米粒子；

其中，所述二氧化硅纳米粒子与所述氨基硅烷偶联剂的质量比例为1：(0.28-0.35)；

(2)在保护气氛下，称取2-氨基-6-甲基-4-嘧啶醇并溶解在二甲基甲酰胺中，搅拌升温至85-90℃，待充分溶解后，边搅拌边滴加异佛尔酮二异氰酸酯溶液，滴加完毕后继续保温搅拌反应8-12h，反应完成后冷却，加入三氯甲烷稀释，再加入环己烷沉淀，分离沉淀并以环己烷洗涤，干燥后将所述沉淀溶解在三氯甲烷中，加入所述氨基化二氧化硅纳米粒子并分散，升温至50-60℃，在保护气氛下加入月桂酸二丁基锡作催化剂并保温搅拌反应1-2h，反应完成后冷却，分离沉淀并依次以三氯甲烷和无水乙醇洗涤，制得所述改性二氧化硅纳米粒子；

其中，所述2-氨基-6-甲基-4-嘧啶醇与所述异佛尔酮二异氰酸酯、所述所述氨基化二氧化硅纳米粒子、所述月桂酸二丁基锡的质量比例为1：3.55：(4-4.5)：(0.04-0.06)。

优选的，所述二氧化硅纳米粒子采用Stober法制备。

优选的，所述二氧化硅纳米粒子的制备方法具体包括以下步骤：

在无水乙醇中加入所述无水乙醇体积2％的去离子水和体积3％的氨水，充分混合后加入所述无水乙醇体积10％的正硅酸乙酯，在40-50℃下搅拌反应8-12h，反应完成后分离沉淀并以无水乙醇洗涤，去离子水分散后冻干，制得。

本发明的有益效果为：

针对现有的压浆泵泵入注浆材料进行桩基补强存在的水泥类浆液存在凝结时间长、桩-土胶结界面强度低，无法高效提升原有桩基桩侧摩阻力和极限承载能力的问题，本发明提供一种凝结时间短、结合强度与凝结强度高的注浆材料，具体的，所述注浆材料在硅酸盐水泥和活性填料的基础上，通过加入改性碳纳米管提高凝结强度，提高极限承载能力，通过加入促凝剂缩短凝结时间，加入膨胀剂提高与原有桩基桩侧摩阻力，进一步的，由于碳纳米管的表面惰性，缺乏活性基团，因而在注浆材料中的粘结性较差，基于此，本发明通过对碳纳米管进行处理改性，提高其在注浆材料中的稳定性，具体的，本发明以酸化的碳纳米管为原料，通过氯化亚砜和乙二胺处理依次引入酰氯和氨基，再与羧酸酐化的酪氨酸中的酚羟基反应引入酪氨酸，再在碱性条件聚合在所述碳纳米管表面，引入酪氨酸提高了碳纳米管在水性注浆材料中的相容性，提高碳纳米管与注浆固化材料间的咬合连接，充分发挥碳纳米管的桥联、拨出效应，基于酪氨酸与硅酸钙间的亲和性也可以进一步提高与注浆材料间的固化的连接强度；更进一步的，本发明通过加入粘度调节剂对注浆材料进行粘度调整，提高注浆的可操作性，具体的，本发明在二氧化硅纳米粒子的基础上，利用异氰酸酯基团对氨基的反应活性，通过异佛尔酮二异氰酸酯将2-氨基-6-甲基-4-嘧啶醇连接在所述二氧化硅纳米粒子上，二氧化硅、嘧啶醇可以在水溶液体系中形成多重氢键作用，提高注浆材料的流动性，同时可以提高注浆材料注浆后的粘度，并作为成核剂促进早期凝结。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

本发明的实施例涉及一种用于建筑工程施工的桩基加固方法，通过注浆法向灌注桩基础的侧面或端面注入水泥固化浆料以置换桩侧的泥皮，水泥固化浆料通过渗透固结、胶结泥皮、充填挤密、劈裂加筋作用，加固桩基础四周的土体，完成对灌注桩基础的加固；

其中，按重量份数计，所述水泥固化浆料包括如下组成：硅酸盐水泥55份、拜耳法赤泥10份、脱硫石膏5份、改性碳纳米管填料9份、促凝剂2份、膨胀剂6份、早强剂2份、减水剂1份，粘度调节剂3份，水胶比在0.7：1；

所述膨胀剂为硫铝酸钙膨胀剂；

所述早强剂为氯化钙和硫酸钙；

所述粘度调节剂为二氧化硅纳米粒子；

所述减水剂为木质素磺酸盐；

所述改性碳纳米管填料的制备方法包括以下步骤：

S1、商品碳纳米管以硝酸-盐酸混酸处理后得到酸化碳纳米管，干燥后分散在干燥的二甲基甲酰胺中，搅拌滴加氯化亚砜溶液，在65-70℃下搅拌反应6-12h，反应完成后冷却，分离碳纳米管并以二甲基甲酰胺洗涤至洗涤液无色，干燥后分散在四氢呋喃中，加入乙二胺和N,N'-二异丙基碳二亚胺，加热回流1-2h，分离碳纳米管并以四氢呋喃洗涤，干燥；

其中，所述酸化碳纳米管与所述氯化亚砜、所述乙二胺和所述N,N'-二异丙基碳二亚胺的质量比例为10：2.2：1.5：0.6；

S2、称取酪氨酸并溶解在四氢呋喃中，搅拌升温至50-60℃并保温回流0.5-1h，加入碳酸三氯甲基酯，继续保温回流1-2h，反应完成后冷却，加入冷的石油醚并充分搅拌，分离沉淀并以石油醚洗涤，干燥制得羧酸酐化的酪氨酸；

其中，所述酪氨酸与所述碳酸三氯甲基酯的质量比例为1.1：1；

S3、将步骤S1制得的碳纳米管分散在四氢呋喃中，加入所述羧酸酐化的酪氨酸并进行超声分散，继续搅拌反应1-2h，分离碳纳米管并以四氢呋喃洗涤，然后再分散在硝基苯溶剂中，在保护气氛下，边搅拌边滴加三乙胺，滴加完毕后继续搅拌反应24-36h，分离碳纳米管并以乙醇或乙醚洗涤，制得；

其中，所述步骤S1制得的碳纳米管与所述羧酸酐化的酪氨酸、所述三乙胺的质量比例为10：7：0.025。

实施例2

一种水泥固化浆料，包括如下组成：硅酸盐水泥55份、拜耳法赤泥10份、脱硫石膏5份、改性碳纳米管填料9份、促凝剂2份、膨胀剂6份、早强剂2份、减水剂1份，粘度调节剂3份，水胶比在0.7：1；

所述膨胀剂为硫铝酸钙膨胀剂；

所述早强剂为氯化钙和硫酸钙；

所述粘度调节剂为改性二氧化硅纳米粒子；

所述减水剂为木质素磺酸盐；

所述改性碳纳米管填料的制备方法同实施例1；

所述改性二氧化硅纳米粒子的制备方法是：

(1)在无水乙醇中加入所述无水乙醇体积2％的去离子水和体积3％的氨水，充分混合后加入所述无水乙醇体积10％的正硅酸乙酯，在40-50℃下搅拌反应8-12h，反应完成后分离沉淀并以无水乙醇洗涤，去离子水分散后冻干，制得二氧化硅纳米粒子；

(2)将二氧化硅纳米粒子分散在二甲基甲酰胺中，加入体积分数1％的去离子水，搅拌升温至60-70℃，在保护气氛下，边搅拌边滴加氨基硅烷偶联剂溶液，滴加完毕后继续保温搅拌反应0.5-1h，分离二氧化硅纳米粒子并以二甲基甲酰胺洗涤，干燥制得氨基化二氧化硅纳米粒子；

其中，所述二氧化硅纳米粒子与所述氨基硅烷偶联剂的质量比例为1：0.3；

(3)在保护气氛下，称取2-氨基-6-甲基-4-嘧啶醇并溶解在二甲基甲酰胺中，搅拌升温至85-90℃，待充分溶解后，边搅拌边滴加异佛尔酮二异氰酸酯溶液，滴加完毕后继续保温搅拌反应8-12h，反应完成后冷却，加入三氯甲烷稀释，再加入环己烷沉淀，分离沉淀并以环己烷洗涤，干燥后将所述沉淀溶解在三氯甲烷中，加入所述氨基化二氧化硅纳米粒子并分散，升温至50-60℃，在保护气氛下加入月桂酸二丁基锡作催化剂并保温搅拌反应1-2h，反应完成后冷却，分离沉淀并依次以三氯甲烷和无水乙醇洗涤，制得所述改性二氧化硅纳米粒子；

其中，所述2-氨基-6-甲基-4-嘧啶醇与所述异佛尔酮二异氰酸酯、所述所述氨基化二氧化硅纳米粒子、所述月桂酸二丁基锡的质量比例为1：3.55：4.2：0.05。

实施例3

一种水泥固化浆料，包括如下组成：硅酸盐水泥55份、拜耳法赤泥10份、脱硫石膏5份、未改性的碳纳米管填料9份、促凝剂2份、膨胀剂6份、早强剂2份、减水剂1份，粘度调节剂3份，水胶比在0.7：1；

所述膨胀剂为硫铝酸钙膨胀剂；

所述早强剂为氯化钙和硫酸钙；

所述粘度调节剂为改性二氧化硅纳米粒子，其制备方法同实施例2；

所述减水剂为木质素磺酸盐。

对比例

一种水泥固化浆料，包括如下组成：硅酸盐水泥55份、拜耳法赤泥10份、脱硫石膏5份、未改性的碳纳米管填料9份、促凝剂2份、膨胀剂6份、早强剂2份、减水剂1份，粘度调节剂3份，水胶比在0.7：1；

所述膨胀剂为硫铝酸钙膨胀剂；

所述早强剂为氯化钙和硫酸钙；

所述粘度调节剂为二氧化硅纳米粒子；

所述减水剂为木质素磺酸盐。

实施例1-3和对比例所述水泥固化浆料的物性指标如下表所示：

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种用于建筑工程施工的桩基加固方法，其特征在于，通过注浆法向灌注桩基础的侧面或端面注入水泥固化浆料以置换桩侧的泥皮，完成对灌注桩基础的加固；

其中，按重量份数计，所述水泥固化浆包括如下组成：硅酸盐水泥45-65份、赤泥和/或高炉矿渣8-20份、脱硫石膏4-8份、改性碳纳米管填料8-12份、促凝剂1-4份、膨胀剂4-10份、早强剂1-3份、减水剂1-4份、粘度调节剂0-10份，水胶比在(0.6-0.8)：1；

所述粘度调节剂为改性二氧化硅纳米粒子，所述改性二氧化硅纳米粒子的制备方法是：

(1)将二氧化硅纳米粒子分散在二甲基甲酰胺中，加入体积分数1％的去离子水，搅拌升温至60-70℃，在保护气氛下，边搅拌边滴加氨基硅烷偶联剂溶液，滴加完毕后继续保温搅拌反应0.5-1h，分离二氧化硅纳米粒子并以二甲基甲酰胺洗涤，干燥制得氨基化二氧化硅纳米粒子；

其中，所述二氧化硅纳米粒子与所述氨基硅烷偶联剂的质量比例为1：(0.28-0.35)；

(2)在保护气氛下，称取2-氨基-6-甲基-4-嘧啶醇并溶解在二甲基甲酰胺中，搅拌升温至85-90℃，待充分溶解后，边搅拌边滴加异佛尔酮二异氰酸酯溶液，滴加完毕后继续保温搅拌反应8-12h，反应完成后冷却，加入三氯甲烷稀释，再加入环己烷沉淀，分离沉淀并以环己烷洗涤，干燥后将所述沉淀溶解在三氯甲烷中，加入所述氨基化二氧化硅纳米粒子并分散，升温至50-60℃，在保护气氛下加入月桂酸二丁基锡作催化剂并保温搅拌反应1-2h，反应完成后冷却，分离沉淀并依次以三氯甲烷和无水乙醇洗涤，制得所述改性二氧化硅纳米粒子；

其中，所述2-氨基-6-甲基-4-嘧啶醇与所述异佛尔酮二异氰酸酯、所述氨基化二氧化硅纳米粒子、所述月桂酸二丁基锡的质量比例为1：3.55：(4-4.5)：(0.04-0.06)。

2.根据权利要求1所述的一种用于建筑工程施工的桩基加固方法，其特征在于，所述膨胀剂为明矾石膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂、氧化钙膨胀剂中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种用于建筑工程施工的桩基加固方法，其特征在于，所述早强剂为氯化钙、硫酸钙、偏铝酸钠、氯化锂、硅灰、亚硝酸钠中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种用于建筑工程施工的桩基加固方法，其特征在于，所述粘度调节剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、卡拉胶、羧甲基纤维素、二氧化硅纳米粒子中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种用于建筑工程施工的桩基加固方法，其特征在于，所述减水剂为木质素磺酸盐、密胺系减水剂、干酪素中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种用于建筑工程施工的桩基加固方法，其特征在于，所述改性碳纳米管填料的制备方法包括以下步骤：

S1、商品碳纳米管以硝酸-盐酸混酸处理后得到酸化碳纳米管，干燥后分散在干燥的二甲基甲酰胺中，搅拌滴加氯化亚砜溶液，在65-70℃下搅拌反应6-12h，反应完成后冷却，分离碳纳米管并以二甲基甲酰胺洗涤至洗涤液无色，干燥后分散在四氢呋喃中，加入乙二胺和N,N'-二异丙基碳二亚胺，加热回流1-2h，分离碳纳米管并以四氢呋喃洗涤，干燥；

其中，所述酸化碳纳米管与所述氯化亚砜、所述乙二胺和所述N,N'-二异丙基碳二亚胺的质量比例为10：(1.8-3.6)：(1.2-2)：(0.5-1)；

S2、称取酪氨酸并溶解在四氢呋喃中，搅拌升温至50-60℃并保温回流0.5-1h，加入碳酸三氯甲基酯，继续保温回流1-2h，反应完成后冷却，加入冷的石油醚并充分搅拌，分离沉淀并以石油醚洗涤，干燥制得羧酸酐化的酪氨酸；

其中，所述酪氨酸与所述碳酸三氯甲基酯的质量比例为(1-1.2)：1；

S3、将步骤S1制得的碳纳米管分散在四氢呋喃中，加入所述羧酸酐化的酪氨酸并进行超声分散，继续搅拌反应1-2h，分离碳纳米管并以四氢呋喃洗涤，然后再分散在硝基苯溶剂中，在保护气氛下，边搅拌边滴加三乙胺，滴加完毕后继续搅拌反应24-36h，分离碳纳米管并以乙醇或乙醚洗涤，制得；

其中，所述步骤S1制得的碳纳米管与所述羧酸酐化的酪氨酸、所述三乙胺的质量比例为10：(4-9)：(0.02-0.03)。

7.根据权利要求1所述的一种用于建筑工程施工的桩基加固方法，其特征在于，所述二氧化硅纳米粒子采用Stober法制备。

8.根据权利要求7所述的一种用于建筑工程施工的桩基加固方法，其特征在于，所述二氧化硅纳米粒子的制备方法具体包括以下步骤：

在无水乙醇中加入所述无水乙醇体积2％的去离子水和体积3％的氨水，充分混合后加入所述无水乙醇体积10％的正硅酸乙酯，在40-50℃下搅拌反应8-12h，反应完成后分离沉淀并以无水乙醇洗涤，去离子水分散后冻干，制得。