CN114890722B - 一种自流动黏性土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自流动黏性土及其制备方法，本发明采用工程废弃黏性土为主要材料，实现了自流动黏性土，由于自流动黏性土具有良好的水下自流动性和水下抗分散性，能够用于狭小空间作业，具有后期强度高、抗渗性能好等优点，具有到达冲刷坑内能够自流平并快速硬化等能力，在提供良好的水下被动防护作用的同时控制了制备成本。

Description

一种自流动黏性土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种自流动黏性土及其制备方法，属于土木工程材料技术领域。
背景技术
随着海岸工程的开发建设强度逐年增长，如海上风电、桥梁、堤岸等发展日趋迅速，许多建筑都处于海洋环境中，海洋中的水流条件异常复杂，因此当设施投入使用后，构筑物与河床受到海洋波浪与水流的共同作用，其底部桩基的存在对于其周围的水流流场结构发生改变，桩周围河床所受的床面切应力增强，超过一定程度后河床表面泥沙会逐步流失，在结构物周围形成局部冲刷。随着冲刷的进程，冲刷坑不断演化发展，致使此类设施基础埋深降低，损坏其整体承载性能，影响其安全使用。
面对此类工程所带来的安全问题，目前用于被动防护的材料以废石与天然土为主。而挖山取石不仅费用极高，对环境也会造成难以修复的破坏，且若遇到如群桩一类的狭小作业空间时，投入废石更是难以操作；用天然土作为被动防护材料，防护性能则完全取决于其自身的特性，难以形成统一的标准，因此工程上急需一种成本合适、能够用于狭小空间作业且强度达标的被动防护材料。
发明内容
本发明提供了一种自流动黏性土及其制备方法，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种自流动黏性土，包括以下重量份数的配方成分：工程废弃黏性土9000～11000份，无机胶凝材料1500～2000份，减水剂60～67份，复合增黏剂20～30份。
还包括缓凝剂0～5份、水下保温剂0～10份、引气剂1～2份、复合速凝剂0～4份中的一种或多种。
一种自流动黏性土的制备方法，包括：
选取工程废弃黏性土，筛除工程废弃黏性土中的杂物并测定工程废弃黏性土的含水量；
按以下重量份数称取材料：无机胶凝材料1500～2000份，减水剂60～67份，复合增黏剂20～30份，并将称取的材料搅拌均匀，得到外加剂混合料；
根据工程废弃黏性土的含水量、工程废弃黏性土的份数以及预设的目标含水量，确定9000～11000份工程废弃黏性土中需加水的份数；
将工程废弃黏性土9000～11000份和相应份数的水搅拌均匀至泥浆状态，将外加剂混合料投入其中并继续搅拌均匀，得到自流动黏性土。
若施工水流流速大于2m/s，外加剂混合料中的复合增黏剂取26～30份。
若施工水流流速大于3m/s或潮差大于2m，外加剂混合料中的复合增粘剂为黄原胶与聚丙烯酰胺、UWB-Ⅱ型和纳基膨润土中的一种混合而成，其比例关系为1：50～1：100。
若冲刷坑采用自流动黏性土分批次施工、且施工批次为两次，外加剂混合料中加入缓凝剂1～3份；
若冲刷坑采用自流动黏性土分批次施工、且施工批次大于两次，外加剂混合料中加入缓凝剂3～5份。
若工程废弃黏性土中无黏性土含量超过30％，外加剂混合料中加入引气剂1～2份。
还包括对制备的自流动黏性土不停止搅拌，在开始泵送前向自流动黏性土中加入水下保温剂。
若冲刷坑所处水域水深不超过20m，加入水下保温剂不多于4份；若冲刷坑所处水域水深超过50m，加入水下保温剂8～10份；若冲刷坑所处水域水深超过20m、且不超过50m，加入的水下保温剂份数采用插值处理方法获得。
若施工水流流速不小于3m/s、且冲刷坑体积大于20立方米，在自流动黏性土泵送结束前加入复合速凝剂3～4份；
若施工水流流速不小于3m/s、且冲刷坑体积为5～20立方米，在自流动黏性土泵送结束前加入复合速凝剂1～2份；
若施工水流流速小于3m/s或冲刷坑体积小于5立方米，不需加入复合速凝剂。
本发明所达到的有益效果：本发明采用工程废弃黏性土为主要材料，实现了自流动黏性土，由于自流动黏性土具有良好的水下自流动性和水下抗分散性，能够用于狭小空间作业，具有后期强度高、抗渗性能好等优点，具有到达冲刷坑内能够自流平并快速硬化等能力，在提供良好的水下被动防护作用的同时控制了制备成本。
具体实施方式
以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种自流动黏性土，包括以下重量份数的配方成分：工程废弃黏性土9000～11000份，无机胶凝材料1500～2000份，减水剂60～67份，复合增黏剂20～30份。
若采用自流动黏性土分批次施工冲刷坑，那么上述配方中还需要加入缓凝剂0～5份，以延长分批次施工时的可施工时间。为了减少黏性土受到不同水深温度的影响，上述配方中还需要加入水下保温剂0～10份。为了增强无黏性土含量较高时的泵送效率，上述配方中还需要加入引气剂1～2份。为了适应不同体积的冲刷坑，上述配方中还需要加入复合速凝剂0～4份。
其中，工程废弃黏性土为含砂量低于40％的砂质黏土、粉质黏土、淤泥、黏土、膨胀土、红黏土、泥炭土中的一种或多种。无机胶凝材料为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、磷石膏中的一种或多种。减水剂为聚羧酸减水剂、奈系减水剂、脂肪族减水剂中的一种或多种。复合增黏剂为黄原胶、UWB-Ⅱ型、聚丙烯酰胺、纳基膨润土中的一种或多种。缓凝剂为葡萄糖酸钠、白糖、酒石酸中的一种或多种。水下保温剂为生石灰、玻化微珠、乳胶粉、膨胀珍珠岩中的一种或多种。引气剂为十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸盐中的一种或多种。复合速凝剂为三乙醇胺、高铝煤矸石中的一种或多种。
上述自流动黏性土采用工程废弃黏性土为主要材料，不仅实现了工程废弃黏性土的资源化利用，解决了工程废弃黏性土二次处理时对环境的污染以及对土地资源浪费的问题，同时具有良好的水下自流动性能，并能够保证在水下抗分散，具有后期强度高、抗渗性能好等优点，具有到达冲刷坑内能够自流平并快速硬化等能力，在提供良好的水下被动防护作用的同时控制制备成本；并且通过在配方中加入0～5份缓凝剂以延长分批次施工时的可施工时间；通过在配方中加入0～10份水下保温剂以减少黏性土受到不同水深温度的影响；通过在配方中加入0～4份复合速凝剂以适应不同体积的冲刷坑；通过在配方中加入1～2份引气剂以增强无黏性土含量较高时的泵送效率。
上述自流动黏性土以工程废弃黏性土为主要材料，实现了工程废弃黏性土的资源化利用，解决了工程废弃黏性土二次处理时对环境的污染以及对土地资源浪费的问题。
上述自流动黏性土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，选取工程废弃黏性土，筛除工程废弃黏性土中的杂物并测定工程废弃黏性土的含水量。
步骤2，按以下重量份数称取材料：无机胶凝材料1500～2000份，减水剂60～67份，复合增黏剂20～30份，并将称取的材料搅拌均匀，得到外加剂混合料。
复合增黏剂的份数根据水流的流速确定，若施工水流流速大于2m/s，外加剂混合料中的复合增黏剂取26～30份，若施工水流流速大于2m/s，外加剂混合料中的复合增黏剂取20～25份，通过不同的份数来平衡水下流动性和抗分散能力。若施工水流流速大于3m/s或潮差大于2m，外加剂混合料中的复合增粘剂为黄原胶与聚丙烯酰胺、UWB-Ⅱ型和纳基膨润土中的一种混合而成，其比例关系为1：50～1：100。
外加剂混合料除了无机胶凝材料、减水剂和复合增黏剂外，还需要根据不同的施工情况进行额外的增加，具体如下：
1)若冲刷坑采用自流动黏性土分批次施工、且施工批次为两次，外加剂混合料中加入缓凝剂1～3份；若冲刷坑采用自流动黏性土分批次施工、且施工批次大于两次，外加剂混合料中加入缓凝剂3～5份；
2)若工程废弃黏性土中无黏性土含量超过30％，外加剂混合料中加入引气剂1～2份。
步骤3，根据工程废弃黏性土的含水量、工程废弃黏性土的份数以及预设的目标含水量，确定9000～11000份工程废弃黏性土中需加水的份数，这里加水的份数计算为6500～7500份。
步骤4，将工程废弃黏性土9000～11000份和水6500～7500份搅拌均匀至泥浆状态，将外加剂混合料投入其中并继续搅拌均匀，得到自流动黏性土。
得到的自流动黏性土需要不停止搅拌，从而保证其良好的自流动性，在开始泵送前，需要根据不同的情况向自流动黏性土中加入水下保温剂，以控制其到达冲刷坑内时的温度，具体如下：
若冲刷坑所处水域水深不超过20m，加入水下保温剂不多于4份；若冲刷坑所处水域水深超过50m，加入水下保温剂8～10份；若冲刷坑所处水域水深超过20m、且不超过50m，加入的水下保温剂份数采用插值处理方法获得。
为了适应不同体积的冲刷坑，在配方中加入复合速凝剂，具体按照不同的情况，在自流动黏性土泵送结束前还需加入不同份数的复合速凝剂，具体如下：
若施工水流流速不小于3m/s、且冲刷坑体积大于20立方米，在自流动黏性土泵送结束前加入复合速凝剂3～4份；若施工水流流速不小于3m/s、且冲刷坑体积为5～20立方米，在自流动黏性土泵送结束前加入复合速凝剂1～2份；若施工水流流速小于3m/s或冲刷坑体积小于5立方米，不需加入复合速凝剂。
表1对照实验配方成分表
Figure BDA0003624120720000061
Figure BDA0003624120720000071
表2对照实验测试结果表
Figure BDA0003624120720000072
将天然土制备的材料和本发明的材料进行比对，其中组1为天然土加水制备的防护材料，组2和3为本发明制备的自流动黏性土，从流动性和抗压强度可以看出，本发明的材料明显优于天然土制备的材料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种自流动黏性土的制备方法，其特征在于，包括：
选取工程废弃黏性土，筛除工程废弃黏性土中的杂物并测定工程废弃黏性土的含水量；
按以下重量份数称取材料：无机胶凝材料1500~2000份，减水剂60~67份，复合增黏剂20~30份，并将称取的材料搅拌均匀，得到外加剂混合料；
根据工程废弃黏性土的含水量、工程废弃黏性土的份数以及预设的目标含水量，确定9000~11000份工程废弃黏性土中需加水的份数；
将工程废弃黏性土9000~11000份和相应份数的水搅拌均匀至泥浆状态，将外加剂混合料投入其中并继续搅拌均匀，得到自流动黏性土；
对制备的自流动黏性土不停止搅拌，在开始泵送前向自流动黏性土中加入水下保温剂；
若冲刷坑采用自流动黏性土分批次施工、且施工批次为两次，外加剂混合料中加入缓凝剂1~3份；
若冲刷坑采用自流动黏性土分批次施工、且施工批次大于两次，外加剂混合料中加入缓凝剂3~5份；
若工程废弃黏性土中无黏性土含量超过30%，外加剂混合料中加入引气剂1~2份；
若施工水流流速不小于3m/s、且冲刷坑体积大于20立方米，在自流动黏性土泵送结束前加入复合速凝剂3~4份；
若施工水流流速不小于3m/s、且冲刷坑体积为5~20立方米，在自流动黏性土泵送结束前加入复合速凝剂1~2份；
若施工水流流速小于3m/s或冲刷坑体积小于5立方米，不需加入复合速凝剂。
2.根据权利要求1所述的一种自流动黏性土的制备方法，其特征在于，若施工水流流速大于2m/s，外加剂混合料中的复合增黏剂取26~30份。
3.根据权利要求1所述的一种自流动黏性土的制备方法，其特征在于，若施工水流流速大于3m/s或潮差大于2m，外加剂混合料中的复合增粘剂为黄原胶与聚丙烯酰胺、UWB-Ⅱ型和纳基膨润土中的一种混合而成，其比例关系为1：50~1：100。
4.根据权利要求1所述的一种自流动黏性土的制备方法，其特征在于，若冲刷坑所处水域水深不超过20m，加入水下保温剂不多于4份；若冲刷坑所处水域水深超过50m，加入水下保温剂8~10份；若冲刷坑所处水域水深超过20m、且不超过50m，加入的水下保温剂份数采用插值处理方法获得。
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