CN114716195B - 一种水泥浆液、水泥土搅拌桩及应用 - Google Patents

一种水泥浆液、水泥土搅拌桩及应用 Download PDF

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Abstract

本申请涉及地基施工技术领域，具体公开了一种水泥浆液、水泥土搅拌桩及应用。水泥浆液，包括以下重量份的原料：水泥300‑500份、膨润土10‑50份、工业火碱5‑15份、水450‑1000份和助剂0‑10份；水灰比为1.5‑2.0。本申请的水泥浆液可广泛应用于深厚的砂层中，且可提高搅拌桩在成孔后的水泥土浆液黏性、降低水分流失、降低砂粒下沉速度，确保型钢水泥土搅拌桩的型钢能够顺利插入，从而避免大量复搅造成施工成本增加及工期的延误。

Description

一种水泥浆液、水泥土搅拌桩及应用
技术领域
本申请涉及地基施工技术领域，更具体地说，它涉及一种水泥浆液、水泥土搅拌桩及应用。
背景技术
水泥土搅拌桩是用于加固饱和软黏土地基的一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，固化剂和软土之间产生一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。
目前型钢水泥土搅拌桩施工时的水泥浆液，大多采用水泥和水按一定的比例掺合制备，并在其中加入一定量的膨润土搅拌后，形成水泥搅拌桩的施工浆液。有些水泥浆液中可能会添加一点助剂/外加剂，例如减水剂、速凝剂等。但是现有的水泥浆液通常是在软土地层，且搅拌桩的成孔深度较浅的情况下适用。
然而随着建筑工程的发展以及型钢水泥土搅拌桩的广泛使用，现有的水泥浆液在砂层地区，尤其是偏密实的深厚砂层中适用性低，加之在桩长较长的情况下，难以顺利成孔，效率低，并且成孔后的水土泥浆液黏性低、水分流失较快、砂粒下沉速度快，导致型钢不能顺利的插入，从而需要搅拌桩进行二次复搅，甚至多次复搅，极大的影响了型钢水泥土搅拌桩的施工效率，并增加成本，更不利于水泥土搅拌桩技术在砂层地区的广泛应用。
发明内容
为了使水泥土搅拌桩能够在深厚的砂层中广泛应用，本申请提供一种一种水泥浆液、水泥土搅拌桩及应用，可提高搅拌桩在成孔后的水泥土浆液黏性、降低水分流失、降低砂粒下沉速度，确保水泥土搅拌桩的型钢能够顺利插入，从而避免了大量复搅，节约施工成本，不延误工期。
第一方面，本申请提供一种水泥浆液，采用如下的技术方案：
一种水泥浆液，包括以下重量份的原料：
水泥300-500份、膨润土10-50份、工业火碱5-15份、水450-1000份和助剂0-10份；
水灰比为1.5-2.0。
通过采用上述技术方案，按本申请的配方设计，可提高水泥浆液的黏性，降低水泥浆液的水分流失，且能降低水泥浆液用于偏密实的深厚砂层的施工过程中的砂砾下沉速度，从而避免了施工过程中的大量复搅，使型钢内插更加顺利，从而降低了施工成本和材料成本，还能缩短工期。
优选的，所述工业火碱为氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液的pH为12-13.8。进一步优选，所述氢氧化钠溶液的pH为12.5、13或13.4。
工业火碱又名烧碱、苛性钠，化学名称氢氧化钠。本申请中，选择pH为12-13.8的氢氧化钠溶液，可极大改善水泥浆液的黏性，降低水泥浆液中的水分流失，减少砂砾的沉降。此外，与固态氢氧化钠相比，氢氧化钠溶液能与其它原料更好的混合，提高水泥浆液的均质稳定性，且混合过程中氢氧化钠溶液的损失小，可提高工业火碱的利用率。
优选的，所述膨润土中的蒙脱石含量至少为80％，细度为30-60μm，吸水量为体积的15-20倍。
通过采用上述技术方案，优选蒙脱石含量至少为80％，细度为30-60μm，吸水量为体积的15-20倍的膨润土，有利于改善水泥浆液的黏性，降低其水分流失，且能降低砂砾沉降。
优选的，所述水泥的粒径为5-10μm。
通过采用上述技术方案，水泥的粒径为5-10μm，颗粒较小，不会快速沉降。
优选的，所述水泥土搅拌桩包括以下重量份的原料：
水泥400-450份、膨润土20-40份、工业火碱8-10份和水720-800份；
水灰比为1.8。
最优选的，所述水泥浆液包括以下重量份的原料：水泥400份、膨润土40份、工业火碱10份和水720份。
通过优化水泥浆液的配方，可得到性能更优异的水泥浆液。
本申请中，当水泥浆液的水灰比为1.8，水泥为400kg/m3、膨润土为40kg/m3、工业火碱为10kg/m3时，水泥浆液在实验中不会出现砂砾沉降现象，且黏性好。
优选的，所述助剂为5-10份。
优选的，所述助剂选自偏高岭土、聚乙烯醇和甲基纤维素中的至少一种。
优选的，所述助剂为偏高岭土、聚乙烯醇和甲基纤维素，且偏高岭土、聚乙烯醇和甲基纤维素的质量比为(3-5)：(1-2)：(0.5-1)。进一步优选，所述偏高岭土、聚乙烯醇和甲基纤维素的质量比为4.3：1：0.8。
本申请中，偏高岭土为片状形态，具有一定的沉降阻力，可以减缓水泥浆液的沉降；聚乙烯醇可以改善水泥浆液的黏度；而甲基纤维素溶于水后会形成一种长链状物质，长链状物质可在水泥浆中形成网状结构，阻止水泥浆液中的颗粒物质下沉。
体系中，当偏高岭土、聚乙烯醇和甲基纤维素的质量比为(3-5)：(1-2)：(0.5-1)时，偏高岭土、聚乙烯醇和甲基纤维素可以互相补充，相互配合，进一步降低砂砾下沉速度，降低其水分流失，提高水泥浆液的黏性，赋予水泥浆液良好的稳定性且具有很高的成石率，可避免二次复搅，有利于型钢一次内插成功。
第二方面，本申请提供一种水泥浆液的制备方法，采用如下技术方案：
一种水泥浆液制备方法，包括如下步骤：
按配方比例，将水泥、膨润土和/或助剂混合均匀，得到粉料；
将工业火碱与水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
为了存储方便和安全存储，本申请中，各原料独立存储，使用时再混合。
第三方面，本申请提供一种水泥土搅拌桩，采用如下的技术方案：
一种水泥土搅拌桩，包括如上所述的水泥浆液。
将水泥浆液用于深厚砂层的软土处理，可得到水凝土搅拌桩，具体施工包括如下步骤：
S1、搅拌机到达施工的指定位置；
S2、将水泥浆液倒入搅拌机的集料罐；
S3、通过搅拌机的搅拌泵将水泥浆液压入地基中，一边喷浆一边旋转，按照设定速度下沉，下沉到设计深度后，停止喷浆，同时按设定速度搅拌提升；水泥浆液固化成型，得到水泥土搅拌桩。
第四方面，本申请提供一种浆液或水泥土搅拌桩在深厚砂层中的应用。
一种浆液或水泥土搅拌桩在偏密实的深厚砂层中的应用。
一种浆液或水泥土搅拌桩在深厚的均等粒径的细砂层中的应用。
按本申请的配方制得的水泥浆液广泛适用于深厚砂层的地基施工、偏密实的深厚砂层的地基施工和深厚的均等粒径的细砂层的地基施工，且在施工过程中，都不用复搅，施工效率高，减少了施工成本，不耽误工期，节约了原料成本。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
本申请的水泥浆液可广泛应用于深厚的砂层中，且能提高搅拌桩在成孔后的水泥土浆液黏性、降低水分流失、降低砂粒下沉速度，确保了水泥土搅拌桩的型钢能够顺利插入，从而避免大量复搅，节约施工成本，不延误工期。
附图说明
图1是本申请对比例1、对比例2和实施例8中水泥浆液的沉降效果对比图。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
实施例
实施例1
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥和0.1kg膨润土混合均匀，得到粉料；
将0.05kg氢氧化钠溶液与6kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
实施例2
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥和0.1kg膨润土混合均匀，得到粉料；
将0.1kg氢氧化钠溶液与6kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
实施例3
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥和0.1kg膨润土混合均匀，得到粉料；
将0.15kg氢氧化钠溶液与6kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
实施例4
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥和0.4kg膨润土混合均匀，得到粉料；
将0.1kg氢氧化钠溶液与6kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
实施例5
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥和0.5kg膨润土混合均匀，得到粉料；
将0.1kg氢氧化钠溶液与6kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
实施例6
一种水泥浆液的制备如下：
将3kg水泥和0.4kg膨润土混合均匀，得到粉料；
将0.1kg氢氧化钠溶液与4.6kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
实施例7
一种水泥浆液的制备如下：
将5kg水泥和0.4kg膨润土混合均匀，得到粉料；
将0.1kg氢氧化钠溶液与10kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
实施例8
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥和0.4kg膨润土混合均匀，得到粉料；
将0.1kg氢氧化钠溶液与7.2kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
实施例9
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥、0.4kg膨润土和0.05kg偏高岭土混合均匀，得到粉料；
将0.1kg氢氧化钠溶液与7.2kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
实施例10
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥、0.4kg膨润土和0.1kg聚乙烯醇混合均匀，得到粉料；
将0.1kg氢氧化钠溶液与7.2kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
实施例11
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥、0.4kg膨润土、0.045kg偏高岭土、0.015kg聚乙烯醇和0.007kg甲基纤维素混合均匀，得到粉料；
将0.1kg氢氧化钠溶液与7.2kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
实施例12
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥、0.4kg膨润土、0.05kg偏高岭土、0.02kg聚乙烯醇和0.01kg甲基纤维素混合均匀，得到粉料；
将0.1kg氢氧化钠溶液与7.2kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
实施例13
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥、0.4kg膨润土、0.056kg偏高岭土、0.013kg聚乙烯醇和0.01kg甲基纤维素混合均匀，得到粉料；
将0.1kg氢氧化钠溶液与7.2kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
实施例14
将水泥浆液用于深厚砂层的软土处理，可得到水凝土搅拌桩，具体施工包括如下步骤：
S1、搅拌机到达施工的指定位置；
S2、将水泥浆液倒入搅拌机的集料罐；
S3、通过搅拌机的搅拌泵将水泥浆液压入地基中，一边喷浆一边旋转，按照设定速度下沉，下沉到设计深度后，停止喷浆，同时按设定速度搅拌提升；浆液固化成型，得到水泥土搅拌桩。
对比例
对比例1
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥和0.1kg膨润土混合均匀，随后与6kg水搅拌均匀，制得水泥浆液。
对比例2
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥和0.4kg膨润土混合均匀，随后与6kg水搅拌均匀，制得水泥浆液。
对比例3
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥和0.4kg膨润土混合均匀，得到粉料；
将0.4kg氢氧化钠溶液与6kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
对比例4
一种水泥浆液的制备如下：
将4kg水泥和0.4kg膨润土混合均匀，得到粉料；
将0.1kg氢氧化钠溶液与3.2kg水搅拌均匀，得到溶液；
将溶液与粉料搅拌均匀，制得水泥浆液。
性能检测试验
将实施例1-13和对比例1-4中的各水泥浆液样品各自放在相同型号(本实验采用量筒规格为2000ml)的量筒内，放置同等(2小时)时间，然后观察各量筒底部的沉淀量，统计各量筒底部沉淀物的高度，高度越高，说明水泥浆液中颗粒物质的沉淀速度越快，越不利于施工时型钢的内插。
表1
Figure BDA0003643638060000071
Figure BDA0003643638060000081
结合实施例1-3和对比例1并结合表1可以看出，本申请的配方中加入工业火碱，可极大的减少水泥浆液中的沉淀速度。
结合实施例1-3和对比例2、4并结合表1可以看出，当水灰比和工业火碱的用量一定时，比起现有水泥浆液中添加少量的膨润土，本申请提高了膨润土的掺量，得到的水泥浆液的性能更好；对比实施例4和对比例4可知，工业火碱掺入量的提高，对水泥浆液的影响不大，考虑到工业火碱具有强腐蚀性，所以，为避免对金属(型钢)造成腐蚀，其掺量不宜过多，达到效果即可，所以在实际施工中，在差不多的效果下，工业火碱的掺量越小越好。
结合比例1-2并结合表1可以看出，水泥浆液中不添加工业火碱，仅通过调节膨润土的用量，不能很好地改善水泥浆液的性能。
结合实施例4、6-8和对比例4并结合表1可以看出，水灰比也会影响水泥浆液的性能，当水灰比为1.8时，水泥浆液的性能较好。
结合实施例8-13并结合表1可以看出，水泥浆液中加入质量比为(3-5)：(1-2)：(0.5-1)的偏高岭土、聚乙烯醇和甲基纤维素，在降低沉降速率的同时可提高水泥浆液的黏度。
参见图1，从对比例1、对比例2和实施例8的水泥浆液的沉降效果图中可看出，本申请中，在水泥浆液中添加适量的工业火碱，可极大的减小水泥浆液的沉降。
通过实验数据对比分析，为使水泥浆液更适合在深厚砂层区域的施工应用，达到提高水泥土的黏性，降低水泥土浆液砂层中的水分流失速度及砂粒下沉速度的目的，应将水灰比控制在1.8-2.0较为合适，膨润土的掺量应适当提高，掺量在40kg/m3比较合适；另外，在制备水泥浆液，掺入适量的工业火碱时，效果要比现有常规浆液(对比例1)好；当工业火碱的掺入量在10kg/m3较合适；此外，应当注意，工业火碱具有强腐蚀性，为避免对金属(型钢)造成腐蚀，其掺量不宜过多，达到效果即可。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种水泥浆液，其特征在于：包括以下重量份的原料：
水泥300-500份、膨润土10-50份、工业火碱5-15份、水450-1000份和助剂5-10份；
水灰比为1.5-2.0，所述助剂为偏高岭土、聚乙烯醇和甲基纤维素，且偏高岭土、聚乙烯醇和甲基纤维素的质量比为（3-5）：（1-2）：（0.5-1）。
2.根据权利要求1所述的水泥浆液，其特征在于：所述工业火碱为氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液的pH为12-13.8。
3.根据权利要求1所述的水泥浆液，其特征在于：所述膨润土中的蒙脱石含量至少为80%，细度为30-60μm，吸水量为体积的15-20倍。
4.根据权利要求1所述的水泥浆液，其特征在于：所述水泥的粒径为5-10μm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的水泥浆液，其特征在于：所述水泥土搅拌桩包括以下重量份的原料：
水泥400-450份、膨润土20-40份、工业火碱8-10份和水720-800份。
6.一种水泥土搅拌桩，其特征在于：包括如权利要求1-5中任一项所述的水泥浆液。
7.一种如权利要求1-5中任一项所述的水泥土浆液或如权利要求6所述水泥土搅拌桩在深厚砂层中的应用。
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