CN114591040B - 一种水泥基胶结料浆制备固化土的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料工程技术领域，具体涉及一种水泥基胶结料浆制备固化土的用途。具体步骤为：按比例将水泥基胶结料浆、软土、水、土壤分散剂和收缩补偿剂，混合搅拌均匀；浇筑成型后覆膜养护，然后常温养护，最终形成水泥基胶结料浆固化土。本发明在充分利用混凝土离心料浆的基础上，通过改性和特殊工艺方法，制备的固化土施工坍落度为80～200mm，硬化后强度为0.5MPa‑10MPa，收缩率≤0.11％，综合性能良好。

Description

一种水泥基胶结料浆制备固化土的用途
技术领域：
本发明属于建筑材料工程技术领域，具体涉及一种水泥基胶结料浆制备固化土的用途。
技术背景：
采用离心密实工艺成型的混凝土预制品，在内壁中会排出一定量的黏稠状悬浊液料浆，称为混凝土离心料浆。常规混凝土离心成型制品主要有预制桩、电杆等，据统计：当前全国混凝土预制桩生产企业超过600余家，年产量近5亿延米，混凝土电杆生产企业1500余家，年产量近1600万根，按照离心工艺每方混凝土产生约100kg～120kg离心料浆计算，预计全国年产混凝土离心料浆达500万吨以上。一般生产企业将离心料浆收集后进行简单处理供给制砖企业，利用压制成型工艺制备多孔砖、实心砖等新型墙体材料，是目前市场上离心料浆最主要的消纳途径。但制砖企业与预制桩企业的发展及规模悬殊较大，离心料浆产生量与需求量极不平衡，如何有效处理和利用混凝土离心料浆也是业内企业长期关注的问题。
伴随着我国大规模基础设施建设，施工过程中会产生大量的开挖土方，多为软土，普遍存在含水率较高、渗透系数低，压实特性及强度难以满足工程需求等问题，为解决废弃软土的资源化利用问题，土壤固化剂应运而生，在改善基土工程性能、加固土壤方面具有显著作用，目前常用的土壤固化剂从材料组成上可分为无机类、有机类、生物型和复合型等，均为工厂制备的工业化产品，极少利用工业固废，伴随着大宗商品的价格上涨，土壤固化剂的制备成本不断攀升。而且，土壤固化剂以粉体类居多，特别是无机类固化剂主要以水泥为主，而水泥属于高能耗产品，同时粉体固化剂需要在施工现场拌合，粉尘大，施工环境差。
混凝土离心料浆作为离心混凝土制品的废弃物，经过改性后制备成水泥基胶结料浆，将其应用于软土固化领域，在有效解决大量离心料浆的处理、利用问题的同时，还可大幅降低土壤固化的成本，降低水泥等高能耗产品的消耗，同时基于料浆的流态化特制，液态料浆与土直接拌合，可有效降低施工现场的粉尘污染，具有显著的经济、社会效益。目前现有技术和工程案例中还未有利用胶结料浆进行软土加固的方法和案例，开发胶结料浆基软土增强固化技术，对于有效解决混凝土制品的行业的废浆问题，拓展胶结料浆的利用途径，降低土壤固化领域的成本并改善环境，推动混凝土行业的可持续发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水泥基胶结料浆制备固化土的用途，在充分利用混凝土离心料浆的基础上，通过改性和特殊工艺方法，制备的固化土施工坍落度为80～200mm，硬化后强度为0.5MPa-10MPa，综合性能良好。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种水泥基胶结料浆制备固化土的用途，步骤如下：
(1)水泥基胶结料浆制备：将水泥基类浆液经过收集、均化，基于固含量检测，添加消泡剂和缓凝剂并搅拌均匀；
(2)水泥基胶结料浆固化土制备：按比例将步骤(1)所得的水泥基胶结料浆、软土、水、土壤分散剂和收缩补偿剂，混合搅拌均匀；
(3)养护成型：将步骤(2)所得的固化土浇筑成型后覆膜养护，然后常温养护，最终形成水泥基胶结料浆固化土。
进一步地：所述步骤(1)中，收集、均化过程为将一定时间内产生的浆液倒入容器中，混合均匀；
进一步地，所述步骤(1)中，固含量检测方法为将均化后的水泥基类浆液，称取200g平铺于尺寸≥20cm*20cm*2cm的托盘中，在100℃烘箱中放置0.5～1h，称取水泥基类浆液剩余质量；含固量＝剩余质量/200×100％；
进一步地：所述消泡剂为有机硅型消泡剂，掺量为：水泥基类浆液质量*固含量*(0.01～0.03wt％)；
进一步地：所述缓凝剂为糖蜜、葡萄糖酸钠、蔗糖中的一种或几种，掺量为：水泥基类浆液质量*固含量*(0.08～0.2wt％)；
进一步地：所述步骤(2)中，各原材料的重量份为：水泥基胶结料浆40～100份、软土160～180份、水50～80份、土壤分散剂3～5份、收缩补偿剂3～5份；
进一步地：所述步骤(2)中，水泥基胶结料浆固化土的具体制备步骤为：①搅拌锅中加入全部软土、80％水和全部水泥基胶结料浆，持续搅拌2～3min；②加入全部收缩补偿剂、土壤分散剂和剩余全部的水，搅拌4～6min；
进一步地，所述水泥基胶结料浆，为混凝土离心料浆等水泥基类浆液经过改性制备而得的料浆，主要组分为二氧化硅和氧化钙，含有少量的氧化铁、氧化铝和氧化镁；
进一步地：所述软土为淤泥、粉土、粘土、粉质粘土中的一种；
进一步地：所述土壤分散剂为萘磺酸盐甲醛缩合物和无机聚磷酸盐的混合物，具体质量比为(90～95)％：(5～10)％；
进一步地：所述收缩补偿剂为硫酸铝、氧化铝、硫酸铝钾、钙盐类膨胀剂、镁盐类膨胀剂中的一种或几种；
进一步地，搅拌设备为卧式或立式搅拌机，并具有破碎土块的功能；
进一步地：所述步骤(3)中，水泥基胶结料浆固化土浇筑成型后在自然条件下覆膜养护2d脱模，然后在常温条件下水养或者自然养护28d；
本发明利用水泥基胶结料浆制备的固化土，施工坍落度为80～200mm，硬化后强度为0.8MPa-10MPa，收缩率≤0.11％。
进一步地，本发明制备的胶结料浆固化土可用作道路的基层材料、软土地基加固材料、基坑围护结构材料或肥槽回填材料。
有益效果：
(1)绿色低碳：混凝土离心料浆为离心混凝土制品的废弃物，直接排放对环境危害很大，本发明为其大规模消纳提供了新的技术路径；离心料浆，本质上是以水泥基浆料为基础的流态材料，具有良好的水化反应活性和胶结能力，通过改性形成水泥基胶结料浆用于土壤固化，可以替代水泥、石灰等传统高能耗粉体土壤固化剂，同时施工现场液态拌合，降低粉尘污染，绿色环保效益显著。
(2)经济效益好：水泥基胶结料浆为一种废弃物改性材料，用于土壤固化领域，相较传统无机类、有机类、生物型和复合型等固化剂，材料成本极低，可以显著降低土壤固化的成本。
(3)产品稳定性好：本发明制备的水泥基胶结料浆，克服了传统混凝土离心料浆性能不稳定、易凝结稠化的缺陷，可以保证胶结料浆在运往工地的长距离运输和长龄期保存后仍具有良好的流态和性能稳定性，保证制备的固化土产品质量稳定。
(4)本发明采用萘磺酸盐甲醛缩合物和无机聚磷酸盐的混合物作为土壤分散剂，通过有机和无机材料相结合方式的方式促进土壤分散，减少拌合水用量，在满足固化土流动性的基础上提高强度。掺入本发明中的土壤分散剂，固化土达到相同坍落度的条件下，强度可提升30～40％。
(5)综合性能好：本发明制备的胶结料浆固化土，工作性和力学性能均可根据需要进行调整，坍落度可控制在80～200mm，硬化后，无侧限抗压强度为0.5～10MPa，抗收缩能力强，并显著改善土体的抗渗性能。
附图说明
图1为本发明水泥基胶结料浆固化土的制备工艺流程图。图2为收缩性能测试中使用的三联模的俯视图。
图3为收缩性能测试中使用的测试钉头示意图。
具体实施方式
图1试验用软土性能(淤泥质粉质粘土)
Figure BDA0003528584910000041
实施例1
一种水泥基胶结料浆制备固化土的方法，制备流程如图1所示：
(1)将混凝土管桩1h内收集的离心料浆置于均化桶中，搅拌均匀后称取200g置于30cm*20cm*2cm的托盘中，在100℃烘箱中放置45min，称取料浆剩余质量为144g，计算该料浆的含固量为72％；称取离心料浆质量×0.72×0.01％的有机硅消泡剂，和离心料浆质量×0.72×0.08％的蔗糖，加入料浆中搅拌均匀形成水泥基胶结料浆，然后密封保存静置1d。
(2)称取水泥基胶结料浆100份、粘土160份、水50份、土壤分散剂5份(其中萘磺酸盐甲醛缩合物和无机聚磷酸盐的质量比为9:1)、硫酸铝0.04份和钙盐类膨胀剂3份待用。搅拌锅中加入全部粘土、40份水和水泥基胶结料浆持续搅拌2min，加入全部的土壤分散剂、硫酸铝和水，搅拌4min，工作性满足需求后进行浇筑成型；
(3)在自然条件下覆膜养护2d，硬化脱模后在常温条件下养护28d。
实施例2
(1)将混凝土管桩1h内收集的离心料浆置于均化桶中，搅拌均匀后称取200g置于30cm*20cm*2cm的托盘中，在100℃烘箱中放置45min，称取料浆剩余质量为130g，计算该料浆的含固量为65％；称取离心料浆质量×0.65×0.015％的有机硅消泡剂，和离心料浆质量×0.65×0.2％的葡萄糖酸钠，加入料浆中搅拌均匀形成水泥基胶结料浆，然后密封保存静置2d。
(2)称取水泥基胶结料浆80份、粘土170份、水70份、土壤分散剂5份(其中萘磺酸盐甲醛缩合物和无机聚磷酸盐的质量比为95:5)、硫酸铝钾0.06份和镁盐类膨胀剂4份待用。搅拌锅中加入全部粘土、56份水和水泥基胶结料浆持续搅拌2min，加入全部的土壤分散剂、硫酸铝和水，搅拌4min，工作性满足需求后进行浇筑成型；
(3)在自然条件下覆膜养护2d，硬化脱模后在常温条件下养护28d。
实施例3
(1)将混凝土管桩1h内收集的离心料浆置于均化桶中，搅拌均匀后称取200g置于30cm*20cm*2cm的托盘中，在100℃烘箱中放置45min，称取料浆剩余质量为140g，计算该料浆的含固量为70％；称取离心料浆质量×0.7×0.015％的有机硅消泡剂，和离心料浆质量×0.7×0.1％的蔗糖，加入料浆中搅拌均匀形成水泥基胶结料浆，然后密封保存静置1.5d。
(2)称取水泥基胶结料浆40份、粘土180份、水80份、土壤分散剂3份(其中萘磺酸盐甲醛缩合物和无机聚磷酸盐的质量比为95:5)、硫酸铝钾0.08份和钙盐类膨胀剂4.9份待用。搅拌锅中加入全部粘土、64份水和水泥基胶结料浆持续搅拌3min，加入全部的土壤分散剂、硫酸铝和水，搅拌6min，工作性满足需求后进行浇筑成型；
(3)在自然条件下覆膜养护2d，硬化脱模后在常温条件下养护28d。
性能测试：
新拌胶结料浆固化土采用GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行坍落度测试坍落度，硬化的胶结料浆固化土采用JGJ/T 233-2011《水泥土配合比设计规程》进行无侧限抗压强度和渗透系数测试，具体性能见表2。
收缩性能采用如下方法进行测试：准备端板有安置测量钉头小孔的25mm×25mm×280mm的三联模(如图2)和测试钉头(如图3)，将钉头嵌入试模孔中，将新拌的胶结料浆固化土倒入试模中，轻微振动将固化土摊平，将表面多余固化土刮去。然后覆盖养护膜，常温条件下养护2d后脱模，用比长仪测定初始读数L0，然后试条自然养护至规定龄期，用比长仪测定读数Lt，采用公式(1)计算各龄期的收缩率St(％)，结果精确至0.001％
Figure BDA0003528584910000051
表2水泥基胶结料浆固化土性能
Figure BDA0003528584910000052
本发明制备的水泥基胶结料浆固化土，坍落度和力学性能可根据需求进行性能调整，相较于普通水泥土(收缩≥0.2％)，抗收缩性能优异；相较于粘土本身的67.7×10-7cm/s的渗透系数，胶结料浆固化土渗透系数低，显著提高了抗渗性能。

Claims (14)

1.一种水泥基胶结料浆制备固化土的用途，其特征在于，步骤如下：
(1)水泥基胶结料浆制备：将水泥基类浆液经过收集、均化，基于固含量检测，添加消泡剂和缓凝剂并搅拌均匀；
(2)水泥基胶结料浆固化土制备：按比例将步骤(1)所得的水泥基胶结料浆、软土、水、土壤分散剂和收缩补偿剂，混合搅拌均匀；
(3)养护成型：将步骤(2)所得的固化土浇筑成型后覆膜养护，然后常温养护，最终形成水泥基胶结料浆固化土。
2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(1)中，所述收集、均化的过程为：将一定时间内产生的浆液倒入容器中，混合均匀。
3.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(1)中，所述固含量检测方法为：将均化后的水泥基类浆液，称取200g平铺于尺寸≥20cm*20cm*2cm的托盘中，在100℃烘箱中放置0.5～1h，称取水泥基类浆液剩余质量；含固量＝剩余质量/200×100％。
4.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(1)中，所述消泡剂为有机硅型消泡剂，掺量为：水泥基类浆液质量*固含量*(0.01～0.03wt％)。
5.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(1)中，所述缓凝剂为糖蜜、葡萄糖酸钠、蔗糖中的一种或几种，掺量为：水泥基类浆液质量*固含量*(0.08～0.2wt％)。
6.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(2)中，各原材料的重量份为：水泥基胶结料浆40～100份、软土160～180份、水50～80份、土壤分散剂3～5份、收缩补偿剂3～5份。
7.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(2)中，水泥基胶结料浆固化土的具体制备步骤为：①搅拌锅中加入全部软土、80％水和全部水泥基胶结料浆，持续搅拌2～3min；②加入全部收缩补偿剂、土壤分散剂和剩余全部的水，搅拌4～6min。
8.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(2)中，所述水泥基胶结料浆，为混凝土离心料浆经过改性制备而得的料浆，组分为二氧化硅、氧化钙、氧化铁、氧化铝和氧化镁。
9.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(2)中，所述软土为淤泥、粉土、粘土、粉质粘土中的一种。
10.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(2)中，所述土壤分散剂为萘磺酸盐甲醛缩合物和无机聚磷酸盐的混合物，具体质量比为(90～95)％：(5～10)％。
11.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(2)中，所述收缩补偿剂为硫酸铝、氧化铝、硫酸铝钾、钙盐类膨胀剂、镁盐类膨胀剂中的一种或几种。
12.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(3)中，水泥基胶结料浆固化土浇筑成型后在自然条件下覆膜养护2d脱模，然后在常温条件下水养或者自然养护28d。
13.如权利要求1～12任一项所述用途制备的固化土，其特征在于，施工坍落度为80～200mm，硬化后强度为0.8MPa-10MPa，收缩率≤0.11％。
14.将权利要求13所述的固化土用作道路的基层材料、软土地基加固材料、基坑围护结构材料或肥槽回填材料。
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