CN117447175A - 一种高含水率软土固化材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高含水率软土固化材料及其制备方法和应用，该高含水率软土固化材料按质量百分比计，包括水泥胶凝材料90％‑10％、碱激发胶凝材料10％‑90％和丙烯酸盐凝胶材料0‑1％；其中，水泥胶凝材料可起到吸水的作用，碱激发胶凝材料起到排水的作用，丙烯酸盐凝胶材料起到保水的作用，经协同化学改性后，能快速降低淤泥含水率的同时产生钙矾石、水化硅酸钙、水化铝酸钙以及水化硅铝酸钙等胶凝物质，提高固化土强度。本发明固化材料相比现有的固化剂，具有固化强度高、时间短、成本低、耐水性能好的优点，可有效提高软基承载力，满足现场原位固化的需求。
Description
技术领域
本发明属于土木建筑材料技术领域，具体涉及一种软土固化材料，尤其涉及一种高含水率软土固化材料及其制备方法和应用。
背景技术
我国沿海滩涂地域广阔，随着经济和基础建设的快速发展，土地资源日益紧缺，房屋建筑、市政道路、综合管廊、电力隧道、污水管网等大量工程不得不建造在软弱土层上，尤其是沿海地区，软土层普遍具有含水量高、孔隙比大、强度低、压缩性高、渗透性差等不良特性，很难直接使用。因此，通常需要人工处置以提高软土的强度和承载力才能满足工程建设要求，这不仅增加工程建设成本，倘若处置不当，还将严重影响工程的稳定性和安全性。
在工程项目的建设过程中，由于软弱地基导致的工程问题时有发生。如前期机械设备和车辆无法顺利进场，大部分项目仍然采用传统的砖渣换填的方式来形成机械操作平台、施工便道及材料堆放场地等，这本身不具备环保性，且受地域性影响较大，会额外增加工程造价。此外，由于地层的特殊性导致的基坑开挖支护失稳或倾覆、基坑反淤、地面塌陷沉降等问题频发，极大的增加了工程建设的难度。因此，如何高效处置工程软土是项目施工过程中不可回避的一个问题。
在众多软基处置方法中，固化/稳定化技术不乏为一种行之有效的方法，可实现淤泥原位固化处置，避免清淤外运及采购土方回填。土固化本质就是通过物理、化学或生物的方法强化土颗粒间结构连结，从而达到固化土体的目的，如传统的水泥石灰固化，矿渣硅酸盐类固化，电离子溶液类固化，生物酶类固化，以及微生物类固化等，但普遍存在固化效率低、固化成本高、对不同土体适用性不强等缺点。目前现场大多数仍然采用水泥和粉煤灰混合外加剂作为固化材料，虽然成本相对较低，但是掺量多，固化时间长，综合处置效果差。
同时，公开文献大多数只有室内固化强度数据，考虑到现场的淤泥含水率更高、搅拌不均匀等，与室内的固化结果会有较大的差异，室内的强度结果通常无法达到现场的实际承载力需求。因此，有必要研发一种固化强度高并能满足现场原位固化要求的经济高效环保型软土固化材料。
发明内容
基于现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种经济高效环保型固化材料，可降低掺量与固化成本，同时提高固化强度与缩短固化时间，以克服淤泥类软土的高含水率、高黏土矿物含量以及高有机质含量的问题，满足现场原位固化的需求。
为实现上述目的，本发明提供的固化材料，以活性废渣(高炉矿渣、粉煤灰、硅灰、天然火山灰、钢渣等)为主要原料，复合硅酸盐水泥胶凝材料，发挥自身吸水性能的同时快速水化、固结含水率高、颗粒细小、稠度大的淤泥质土，有效提高软土固化强度，并且环保、经济。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高含水率软土固化材料，所述固化材料包括水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料和丙烯酸盐凝胶材料，所述固化材料按照质量百分比计，包括：水泥胶凝材料90％-10％、碱激发胶凝材料10％-90％，丙烯酸盐凝胶材料0-1％；所述丙烯酸盐凝胶材料含量大于0；
其中，所述水泥胶凝材料按质量百分比计，包括：
硅酸盐水泥 10％-80％
石粉 5％-60％
石膏 5％-30％；
所述碱激发胶凝材料按质量百分比计，包括：
胶凝组分 30％-95％
碱激发剂 5％-40％；
所述丙烯酸盐凝胶材料按质量百分比计，包括：
丙烯酸盐 0-50％
聚氯化铝 100％-50％；
所述高含水率软土或高含水率渣土的含水率在70％以上；所述高含水率软土或高含水率渣土经所述固化材料固化1d后含水率降低20％以上。
在一些实施方式中，所述固化材料按质量百分比计，包括以下原料：水泥胶凝材料80％-20％、碱激发胶凝材料20％-80％、丙烯酸盐凝胶材料0-1％。
在一些实施方式中，所述水泥胶凝材料中的石粉为天然石粉、建筑垃圾微粉、石英粉中的至少一种。
在一些实施方式中，所述石粉为天然石粉或建筑垃圾微粉中的至少一种；所述天然石粉是矿物岩石加工过程中产生的或采用废料直接粉磨而成的石粉料；所述建筑垃圾微粉的主要成分为混凝土和砖瓦，是建筑垃圾制备再生骨料过程中伴随产生的或直接粉磨而成的粒径小于75μm的颗粒。
在一些实施方式中，所述石膏为无水石膏、半水石膏、二水石膏中的至少一种。
在一些实施方式中，所述石膏为脱硫石膏、磷石膏、钛石膏等工业副产石膏中的至少一种。
更优选地，所述石膏为无水石膏或半水石膏中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述胶凝组分为高炉矿渣、粉煤灰、硅灰、天然火山灰、钢渣中的至少一种。
在一些实施方式中，所述碱激发剂为生石灰、碳酸钠、硅酸钠、偏铝酸钠、硫酸钠中的至少一种。
在一些实施方式中，所述丙烯酸盐为丙烯酸镁、丙烯酸钠、丙烯酸钙中的至少一种。
在一些实施方式中，所述聚氯化铝(PAC)为固体粉末状。
在一些实施方式中，所述高含水率软土的含水率为70％-90％。
本发明还提供了上述任一实施方式的高含水率软土固化材料的制备方法，该方法包括如下步骤：将所述水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料和丙烯酸盐凝胶材料按照相应质量比例混合均匀并粉磨至200目以上，其中粒径小于10μm的颗粒占比30％以上，即得。
本发明还提供了上述任一实施方式的高含水率软土固化材料的应用，具体为：将所述固化材料作为软黏性土、淤泥质土、淤泥等软土，以及砂性土、粘性土、粉质黏土、砂质粘性土、湿陷性土等开挖渣土的固化处置的固化剂。
具体地，所述高含水率软土固化材料在实际使用过程中，可以将粉状固化材料与淤泥软土直接混合，或者将固化材料与水调配成浆剂后再与软土拌合均匀。
在一些实施方式中，所述固化材料用于固化高含水率软土的方法为：将所述固化材料按50-150kg/m3的掺量与所述高含水率软土混合；或者将所述固化材料按50-150kg/m3的掺量配料，将固化材料与水调配成浆剂后与软土拌合均匀。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
淤泥软土、开挖渣土等具有含水率高、颗粒细小、不易处理的特点，基于此，本发明固化材料包括水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料和丙烯酸盐凝胶材料三种材料复配，其中，水泥胶凝材料在水化过程中首先起到吸水的作用，继而碱激发胶凝材料起到排水的作用，丙烯酸盐凝胶材料起到保水的作用，经协同化学改性后，能快速降低淤泥含水率的同时产生钙矾石、水化硅酸钙、水化铝酸钙以及水化硅铝酸钙等胶凝物质，提高固化土强度。
具体的，水泥胶凝材料由硅酸盐水泥、石粉和石膏组成，水泥中的硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)等发生水化反应生成水化硅酸钙(C-S-H)、钙矾石(AFt)以及Ca(OH)2等，迅速消耗淤泥中水分的同时获得初始强度；外加石膏一方面是为了延缓水泥的凝结作用，避免剧烈的水化反应生成的胶凝物质附着在水泥颗粒周围，进而阻碍水化反应进行；另一方面可以防止水泥中石膏消耗后，既有的钙矾石晶体转变为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)；而石粉在水泥胶凝材料中主要作为细骨料发挥骨架结构作用，强化胶凝物质与淤泥颗粒之间的粘结，提高固化强度。
碱激发胶凝材料中的胶凝组分具有较高的活性，胶凝组分玻璃体中的硅氧键和铝氧键在碱激发剂的作用下发生断裂，再进行缩聚反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硅铝酸钙凝胶相物质，填充淤泥内部孔隙，随着碱激发反应的深入进行，逐步包裹淤泥颗粒，进一步降低含水率并提高固化土结构强度。在碱激发反应过程中，水分只是作为介质而不被消耗，由于碱激发胶凝物质的优异耐水特性，水分在固化过程中被逐渐排出，碱激发胶凝物质的生成确保了高含水状态下固化淤泥土后期强度的提升与稳定；而作为碱激发剂的生石灰、碳酸钠、硅酸钠、偏铝酸钠、硫酸钠既能单独激发胶凝组分的活性，也可复合激发协同产生作用，特别是碱激发与硫酸盐激发两者相结合的激发系统，极大的提高碱激发反应的效果。此外，碱激发剂产生的少量氢氧化钠在水泥胶凝材料中的水泥硬化过程中可起到催化作用，使水泥中铝硅酸盐形成硅酸钠和偏铝酸钠，并进一步与氢氧化钙反应形成水化硅、铝酸钙，促使水泥硬化并重新生成氢氧化钠，继续催化下一轮反应。高炉矿渣、粉煤灰、硅灰等胶凝组分在丙烯酸盐的复合作用下，也可促进水泥的早期水化，产生水化产物并填充淤泥土孔隙。
丙烯酸盐凝胶材料由丙烯酸盐和聚氯化铝反应形成，丙烯酸镁、丙烯酸钠或丙烯酸钙与聚氯化铝错综复杂地交织在一起，形成一种网状的复合聚合物凝胶，起到保水的效果，且不发生水解或其他分解反应，确保了高含水状态下的络合作用并维持含水状态下的固化淤泥土长期强度。丙烯酸钙还可促进水泥胶凝材料中早期钙矾石(AFt)的生成，促进硅酸三钙(C3S)的不断水解，抑制AFt向单硫型水化硫铝酸钙(AFm)的转变，避免Ca(OH)2的成核和析出，提高水泥浆体分散性和液相中Ca2+浓度，使得水化更为充分。同时，丙烯酸盐与水泥胶凝材料和碱激发胶凝材料中的Ca2+发生络合，牢固地吸附在淤泥颗粒表面，改善界面之间的相互作用。
本发明通过水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料与丙烯酸盐凝胶材料这三种物质的复配与协同作用，发挥自身吸水性能的同时还可将内部水分排出，并保持微量水分以确保固化材料快速水化、固结含水率高、颗粒细小、稠度大的淤泥质土，持续提高固化强度，有效地克服了高含水率淤泥原位固化处置的问题，避免传统的固化材料只发挥吸水作用而出现后续强度无法提升、固化土开裂等问题。进一步地，通过粉磨后，进一步加速了水化反应进程。
本发明固化材料与传统的固化剂相比，具有固化强度高、时间短、成本低的优点，对于高含水率淤泥，固化1d即可降低水分20％以上，固化7d承载力达120KPa以上，满足现场原位固化的需求。
附图说明
图1为本发明实施例1固化材料不同掺量下高含水率淤泥固化3d、7d后的无侧限抗压强度曲线图；
图2为本发明实施例1固化材料现场原位固化后的泌水情况图；
图3为本发明实施例1固化材料现场原位固化后的区域现场钻孔取芯过程图；
图4为本发明实施例2固化材料不同掺量下高含水率淤泥固化3d、7d后的无侧限抗压强度曲线图；
图5为本发明实施例3固化材料不同掺量下高含水率淤泥固化3d、7d后的无侧限抗压强度曲线图；
图6为本发明实施例4固化材料不同掺量下高含水率淤泥固化3d、7d后的无侧限抗压强度曲线图；
图7为本发明对比例1固化材料不同掺量下高含水率淤泥固化3d、7d后的无侧限抗压强度曲线图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明旨在提供一种高含水率软土固化材料，该固化材料具体包括水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料和丙烯酸盐凝胶材料；按照质量百分比计，包括水泥胶凝材料90％-10％、碱激发胶凝材料10％-90％，丙烯酸盐凝胶材料0-1％；丙烯酸盐凝胶材料的含量大于0。
其中，所述水泥胶凝材料按质量百分比计，包括硅酸盐水泥10％-80％、石粉5％-60％和石膏5％-30％；碱激发胶凝材料按质量百分比计，包括胶凝组分30％-95％和碱激发剂5％-40％；丙烯酸盐凝胶材料按质量百分比计，包括丙烯酸盐0-50％和聚氯化铝100％-50％。
优选的，水泥胶凝材料中的石粉为天然石粉、建筑垃圾微粉、石英粉中的至少一种；天然石粉是矿物岩石加工过程中产生的或采用废料直接粉磨而成的石粉料；建筑垃圾微粉的主要成分为混凝土和砖瓦，是建筑垃圾制备再生骨料过程中伴随产生的或直接粉磨而成的粒径小于75μm的颗粒；该石粉料发挥微集料效应的同时还具有一定的活性效应，提高淤泥土密实性。
水泥胶凝材料中的石膏为无水石膏、半水石膏、二水石膏中的至少一种，优选脱硫石膏、磷石膏、钛石膏等工业副产石膏。石膏一方面是为了延缓水泥的凝结作用，避免剧烈的水化反应生成的胶凝物质附着在水泥颗粒周围，进而阻碍水化反应；另一方面可以防止水泥中石膏消耗后，既有的钙矾石晶体转变为单硫型水化硫铝酸钙。同时，采用无水石膏或半水石膏能辅助消耗一部分自由水。
碱激发胶凝材料中的胶凝组分为高炉矿渣、粉煤灰、硅灰、天然火山灰、钢渣中的至少一种，胶凝组分具有较高的活性，在生石灰、碳酸钠、硅酸钠、偏铝酸钠、硫酸钠等碱性激发剂的作用下，硅氧网络结构层，即胶凝组分中玻璃体表面的“保护膜”被破坏，从而生成水化硅酸钙和沸石类等十分稳定的水化产物，具有优异的力学性能、耐水性能及耐腐蚀性能。
丙烯酸盐凝胶材料中的丙烯酸盐为丙烯酸镁、丙烯酸钠、丙烯酸钙中的一种或多种。聚氯化铝(PAC)为固体粉末状，是一种无机高分子聚合物，易溶于水，具有吸附、凝聚、沉淀等性能。聚氯化铝溶解于水中后与丙烯酸镁、丙烯酸钠或丙烯酸钙在高含水状态下发生聚合反应生成凝胶相物质，提高固化强度。微量的丙烯酸盐凝胶材料可以在不影响水泥胶凝材料吸水和碱激发胶凝材料排水的情况下，在固化土内部微孔隙中保持一定的水分，避免水分短时间内被吸收和排出后阻断渗透通道，进而阻碍后续反应进行。
上述的高含水率软土固化材料的制备方法，包括以下步骤：由水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料和丙烯酸盐凝胶材料按照相应质量比例混合均匀并粉磨至200目以上，其中粒径小于10μm的颗粒占比30％以上。通过将固化材料混合后磨细，提高其中细颗粒含量，有助于加速水化反应与碱激发反应进程，提高固化效果。
下述实施例和对比例中，淤泥来自于东莞市滨海湾新区某项目，该区域为典型的滩涂淤泥地层，淤泥最大厚度达15m。经测试，其初始含水率为70％以上，液限56.5％，塑限36.2％，密度1.55g/cm3，孔隙比2.14，孔隙率68％。粒径分析结果为Dv(10)＝1.678μm，Dv(50)＝8.834μm，Dv(90)＝24.886μm，级配曲线不连续。主要化学成分为：SiO2占62.8％，Al2O3占20.8％，Fe2O3占7.2％，K2O占3.3％；主要矿物成分为：石英47.7％，伊利石22.2％，高岭石19.7％，蒙脱石3.2％，绿泥石0.5％，钠长石3.3％。
实施例1
一种高含水率软土固化材料，由水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料和丙烯酸盐凝胶材料按照如下质量百分比组成：水泥胶凝材料51％、碱激发胶凝材料48.5％，丙烯酸盐凝胶材料0.5％。其中，水泥胶凝材料由如下质量百分比原料组成：PO42.5水泥68.6％、石灰石粉15.7％和脱硫石膏15.7％；碱激发胶凝材料由如下质量百分比原料组成：胶凝组分82.5％和碱激发剂17.5％；其中，胶凝组分由如下质量百分比原料组成：高炉矿渣占61.9％、粉煤灰占20.6％、生石灰占4.1％、碳酸钠占4.1％、硅酸钠占4.1％、偏铝酸钠占3.1％和硫酸钠占2.1％；丙烯酸盐凝胶材料由如下质量百分比原料组成：丙烯酸盐40％和聚氯化铝60％。将该水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料和丙烯酸盐凝胶材料按照上述质量比例混合均匀并粉磨至200目以上，其中粒径小于10μm的颗粒占比40％，得最终的高含水率软土固化材料。
将该固化材料与含水率77％的淤泥按照50kg/m3、75kg/m3、100kg/m3、125kg/m3、150kg/m3五种掺量分别混合搅拌均匀后入模(尺寸70.7*70.7*70.7mm)，覆膜室温自然养护。经测试，固化试件1d后的含水率为56％，即固化1d后淤泥的含水率降低21％。如图1所示，五种掺量下固化试件的3d平均抗压强度分别为0.19MPa、0.55MPa、0.97MPa、1.19MPa、2.03MPa；7d平均抗压强度分别为0.30MPa、0.68MPa、1.31MPa、2.00MPa、2.63MPa。
将该固化材料应用于现场原位固化处置，掺量为100kg/m3，水灰比1:1，固化区域为长30m，宽8m，固化深度3m，采用强力搅拌头将浆剂固化材料与现场淤泥混合搅拌均匀，7d后测试复合承载力。压板试验结果表明，原位固化区域复合承载力为150KPa，满足120KPa的承载力要求。如图2所示，为现场原位固化过程中的区域泌水情况图。如图3所示，为现场原位固化后的区域钻孔取芯过程图，可取出完整的芯样。
实施例2
一种高含水率软土固化材料，由水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料和丙烯酸盐凝胶材料按照如下质量百分比组成：水泥胶凝材料54％、碱激发胶凝材料45.5％和丙烯酸盐凝胶材料0.5％；其中，水泥胶凝材料由如下质量百分比原料组成：PO42.5水泥74.1％、石灰石粉9.2％、脱硫石膏16.7％；碱激发胶凝材料由如下质量百分比原料组成：胶凝组分87.9％和碱激发剂12.1％，其中，胶凝组分中按质量百分比记，由高炉矿渣65.9％、粉煤灰11.0％、硅灰11％、生石灰2.2％、碳酸钠2.2％、硅酸钠2.2％、偏铝酸钠3.3％和硫酸钠2.2％组成；丙烯酸盐凝胶材料由如下质量百分比原料组成：丙烯酸盐40％和聚氯化铝60％。将该水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料和丙烯酸盐凝胶材料按照上述质量比例混合均匀并粉磨至200目以上，其中粒径小于10μm的颗粒占比40％，得最终的高含水率软土固化材料。
将该固化材料与含水率77％的淤泥按照50kg/m3、75kg/m3、100kg/m3、125kg/m3、150kg/m3五种掺量分别混合搅拌均匀后入模(尺寸70.7*70.7*70.7mm)，覆膜室温自然养护。经测试，固化试件1d后的含水率为55％，即固化1d后淤泥的含水率降低22％。如图4所示，五种掺量下固化试件的3d平均抗压强度分别为0.20MPa、0.51MPa、0.99MPa、1.16MPa、1.83MPa；7d平均抗压强度分别为0.28MPa、0.69MPa、1.36MPa、1.74MPa、2.16MPa。
实施例3
一种高含水率软土固化材料，由水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料和丙烯酸盐凝胶材料按照如下质量百分比组成：水泥胶凝材料40％、碱激发胶凝材料59.5％，丙烯酸盐凝胶材料0.5％；其中，水泥胶凝材料由如下质量百分比原料组成：PO42.5水泥75.0％、石灰石粉12.5％、脱硫石膏12.5％；碱激发胶凝材料由如下质量百分比原料组成：胶凝组分84.0％和碱激发剂16.0％，其中，胶凝组分中按质量百分比记，由高炉矿渣67.2％、粉煤灰8.4％、钢渣8.4％、生石灰3.4％、碳酸钠3.4％、硅酸钠3.4％、偏铝酸钠3.3％和硫酸钠2.5％组成；丙烯酸盐凝胶材料由如下质量百分比原料组成：丙烯酸盐40％和聚氯化铝60％。将该水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料和丙烯酸盐凝胶材料按照上述质量比例混合均匀并粉磨至200目以上，其中粒径小于10μm的颗粒占比35％，得最终的高含水率软土固化材料。
将该固化材料与含水率77％的淤泥按照50kg/m3、75kg/m3、100kg/m3、125kg/m3、150kg/m3五种掺量分别混合搅拌均匀后入模(尺寸70.7*70.7*70.7mm)，覆膜室温自然养护。经测试，固化试件1d后的含水率为57％，即固化1d后淤泥的含水率降低20％。如图5所示，五种掺量下固化试件的3d平均抗压强度分别为0.16MPa、0.36MPa、0.89MPa、0.96MPa、1.91MPa；7d平均抗压强度分别为0.21MPa、0.59MPa、0.93MPa、1.97MPa、2.14MPa。
实施例4
一种高含水率软土固化材料，由水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料和丙烯酸盐凝胶材料按照如下质量百分比组成：水泥胶凝材料63％、碱激发胶凝材料36.7％、丙烯酸盐凝胶材料0.3％；其中，水泥胶凝材料由如下质量百分比原料组成：PO42.5水泥71.4％、建筑垃圾粉14.3％、磷石膏14.3％；碱激发胶凝材料由如下质量百分比原料组成：胶凝组分84.5％和碱激发剂15.5％，其中，胶凝组分按质量百分比计，由高炉矿渣54.5％、粉煤灰13.6％、钢渣16.4％、生石灰2.7％、碳酸钠5.4％、硅酸钠4.1％和偏铝酸钠3.3％组成；丙烯酸盐凝胶材料由如下质量百分比原料组成：丙烯酸盐33.3％和聚氯化铝66.7％。将该水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料和丙烯酸盐凝胶材料按照上述质量比例混合均匀并粉磨至200目以上，其中粒径小于10μm的颗粒占比35％，得最终的高含水率软土固化材料。
将该固化材料与含水率77％的淤泥按照50kg/m3、75kg/m3、100kg/m3、125kg/m3、150kg/m3五种掺量分别混合搅拌均匀后入模(尺寸70.7*70.7*70.7mm)，覆膜室温自然养护。经测试，固化试件1d后的含水率为52％，即固化1d后淤泥的含水率降低25％。如图6所示，五种掺量下固化试件的3d平均抗压强度分别为0.11MPa、0.43MPa、0.72MPa、0.97MPa、1.57MPa；7d平均抗压强度分别为0.23MPa、0.57MPa、0.94MPa、1.73MPa、1.91MPa。
对比例1
一种高含水率软土固化材料，采用PO42.5水泥。将该水泥粉磨至粒径小于10μm的颗粒占比40％，得最终的高含水率软土固化材料。
将该固化材料与含水率77％的淤泥按照50kg/m3、75kg/m3、100kg/m3、125kg/m3、150kg/m3五种掺量分别混合搅拌均匀后入模(尺寸70.7*70.7*70.7mm)，覆膜室温自然养护。经测试，如图7所示，五种掺量下固化试件的3d平均抗压强度分别为0.15MPa、0.26MPa、0.50MPa、0.67MPa、0.84MPa；7d平均抗压强度分别为0.17MPa、0.43MPa、0.67MPa、0.84MPa、1.24MPa。
对比例2
一种高含水率软土固化材料，由水泥胶凝材料和碱激发胶凝材料组成，不包含丙烯酸盐凝胶材料，水泥胶凝材料和碱激发胶凝材料配比与实施例1相同。将该水泥胶凝材料和碱激发胶凝材料按照实施例1的质量比例混合均匀并粉磨至200目以上，其中粒径小于10μm的颗粒占比40％，得最终的高含水率软土固化材料。
将该固化材料与含水率77％的淤泥按照50kg/m3、75kg/m3、100kg/m3、125kg/m3、150kg/m3五种掺量分别混合搅拌均匀后入模(尺寸70.7*70.7*70.7mm)，覆膜室温自然养护。经测试，五种掺量下固化试件的3d平均抗压强度分别为0.16MPa、0.44MPa、0.68MPa、0.81MPa、1.61MPa；7d平均抗压强度分别为0.26MPa、0.60MPa、1.10MPa、1.62MPa、2.23MPa。
对比例3
一种高含水率软土固化材料，由碱激发胶凝材料按照如下质量百分比组成：高炉矿渣61.9％、粉煤灰20.6％、生石灰4.1％、碳酸钠4.1％、硅酸钠4.1％、偏铝酸钠3.1％和硫酸钠2.1％(与实施例1中碱激发胶凝材料的配比相同)。将该碱激发胶凝材料按照上述质量比例混合均匀并粉磨至200目以上，其中粒径小于10μm的颗粒占比40％，得最终的高含水率软土固化材料。
将该固化材料与含水率77％的淤泥按照50kg/m3、75kg/m3、100kg/m3、125kg/m3、150kg/m3五种掺量分别混合搅拌均匀后入模(尺寸70.7*70.7*70.7mm)，覆膜室温自然养护。经测试，五种掺量下固化试件3d和7d都没有硬化，无固化强度。
由实施例1-实施例4的结果可知，本发明固化材料效果明显优于对比例1，整体上基本优于对比例2。在覆膜室温自然养护条件与同等掺量下(除了50kg/m3的掺量外)，实施例1的固化强度是对比例1的1.5-2.4倍。对比例2与实施例1相比，在覆膜室温自然养护条件与同等掺量下，3d抗压强度分别降低了15.8％、20％、29.9％、31.9％、20.7％，7d抗压强度分别降低了13.3％、11.8％、16％、19％、15.2％。室温自然养护3d抗压强度下降较多，特别是100kg/m3和125kg/m3两种掺量，达到了30％及以上，而50kg/m3、75kg/m3、150kg/m3三种掺量的强度降低相对较小，这是因为固化材料在较少的掺量下，固化强度本身就比较低；在较大的掺量下，固化强度本身较高，覆膜的影响不明显。而7d抗压强度比3d抗压强度降低值小，这是因为，虽然是覆膜室温自然养护，但随着养护时间的延长，固化淤泥内部水分不可避免的会蒸发，覆膜养护的作用被弱化。
本发明的固化材料的其他有益效果如下：
(1)固化时间快，成本低，施工方便，固化材料与淤泥现场混合搅拌均匀即可；
(2)固化/稳定化性能好，具有极强的耐水性等，随着时间的增长强度还有缓慢增长，可确保长期使用；
(3)避免采用碎石、砖渣等回填后，后期遇雨水起泥泞，不均匀沉陷等，无需进行二次处理。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
Claims (10)
1.一种高含水率软土固化材料，其特征在于，所述固化材料按质量百分比计，包括水泥胶凝材料90％-10％、碱激发胶凝材料10％-90％和丙烯酸盐凝胶材料0-1％；所述丙烯酸盐凝胶材料含量大于0；
所述水泥胶凝材料按质量百分比计，包括：
硅酸盐水泥 10％-80％
石粉 5％-60％
石膏 5％-30％；
所述碱激发胶凝材料按质量百分比计，包括：
胶凝组分 30％-95％
碱激发剂 5％-40％；
所述丙烯酸盐凝胶材料按质量百分比计，包括：
丙烯酸盐 0-50％
聚氯化铝 100％-50％；
所述高含水率软土或高含水率渣土的含水率在70％以上；所述高含水率软土或高含水率渣土经所述固化材料固化1d后含水率降低20％以上。
2.根据权利要求1所述的高含水率软土固化材料，其特征在于，按质量百分比计，所述固化材料包括：水泥胶凝材料80％-20％、碱激发胶凝材料20％-80％和丙烯酸盐凝胶材料0-1％。
3.根据权利要求1所述的高含水率软土固化材料，其特征在于，所述石粉为天然石粉、建筑垃圾微粉、石英粉中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的高含水率软土固化材料，其特征在于，所述石膏为无水石膏、半水石膏、二水石膏中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的高含水率软土固化材料，其特征在于，所述胶凝组分为高炉矿渣、粉煤灰、硅灰、天然火山灰、钢渣中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的高含水率软土固化材料，其特征在于，所述碱激发剂为生石灰、碳酸钠、硅酸钠、偏铝酸钠、硫酸钠中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的高含水率软土固化材料，其特征在于，所述丙烯酸盐为丙烯酸镁、丙烯酸钠、丙烯酸钙中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的高含水率软土固化材料，其特征在于，所述聚氯化铝为固体粉末状。
9.权利要求1-8任一项所述的高含水率软土固化材料的制备方法，其特征在于，将所述水泥胶凝材料、碱激发胶凝材料和丙烯酸盐凝胶材料按照相应质量比混合均匀并粉磨至200目以上，其中粒径小于10μm的颗粒占比30％以上，即得。
10.权利要求1-8任一项所述的高含水率软土固化材料的应用，其特征在于，所述固化材料作为软黏性土、淤泥质土、淤泥、砂性土、粘性土、粉质黏土、砂质粘性土、湿陷性土的固化处置的固化剂的应用。
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