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CN102557536A - 一种用于滨海相软土的固化剂 - Google Patents

一种用于滨海相软土的固化剂 Download PDF

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CN102557536A CN2011104041261A CN201110404126A CN102557536A CN 102557536 A CN102557536 A CN 102557536A CN 2011104041261 A CN2011104041261 A CN 2011104041261A CN 201110404126 A CN201110404126 A CN 201110404126A CN 102557536 A CN102557536 A CN 102557536A
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朱志铎
谭敏
魏仁杰
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Southeast University
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Southeast University
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Abstract

本发明公开了一种用于滨海相软土的固化剂,按照质量百分比,该固化剂由以下组分组成:水泥:35~45%,电石渣:35~45%,石膏:15~20%,表面活性剂:1~5%。该固化剂主要成分源于工业废料,成本低廉,同时,与水泥系固化剂相比,该固化剂固化滨海相软土效果更佳,可以达到固化滨海相软土所需要的工程特性。

Description

一种用于滨海相软土的固化剂
技术领域
本发明涉及一种土木建筑材料,具体来说,涉及一种用于滨海相软土的固化剂。
技术背景
我国沿海地区软土分布广泛,一般具有高含水率、高压缩性、高孔隙比、低强度、低渗透性、高灵敏度、扰动性大、流变性能显著等特点。同时滨海相软土土体中盐分和有机质的存在,使得土体结构和组成成份相对复杂、物理力学性质相差较大。对滨海相软土的加固利用,已成为滨海相软土地基处理的关键技术问题之一。
目前对于滨海相软土处置方法很多,常采用的有浅层固化处理和深层的搅拌桩处理。这两种方法其本质上都是通过添加固化剂(如水泥等)的办法来提高土体的强度。然而由于滨海相软土的特殊性,采用传统的固化剂处理后的土的强度仍然偏低,加固效果不理想。
发明内容
技术问题:本发明所要解决的技术问题是:提供一种用于滨海相软土的固化剂,该固化剂主要成分源于工业废料,成本低廉,同时,与水泥系固化剂相比,该固化剂固化滨海相软土效果更佳,可以达到固化滨海相软土所需要的工程特性。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种用于滨海相软土的固化剂,按照质量百分比,该固化剂由以下组分组成:
水泥             35~45%,
电石渣           35~45%,
石膏             15~20%,
表面活性剂       1~5%。
有益效果:与现有技术相比,采用本技术方案的滨海相软土固化剂的有益效果是:
1.有利于节约资源、环境保护。本发明的固化剂的组分为水泥、电石渣、石膏和表面活性剂,其中,电石渣和石膏来源于工业废料,且电石渣和石膏占固化剂的质量分数在50%以上。因此制备本发明的固化剂,主要成分只需要从工业废料中提取,实现了工业废料的有效利用。而现有的固化剂,例如水泥和石灰,都需要工业制备,需要利用工业原料。所以说,本发明的固化剂可以消耗大量的工业废料,节约资源,有利于环境保护,属于低碳、绿色、环保型产品。
2.本固化剂固化滨海相软土效果更佳,可以达到固化滨海相软土所需要的工程特性。在本技术方案中,通过在滨海相软土中掺加质量份数为4%~12%的本发明的固化剂,使得固化滨海相软土的孔隙发育程度降低,土的密实度增加,早期强度高、后期强度发展潜力较大、水稳定性好。而现有技术中,掺加水泥,或者水泥和石灰的混合物的滨海相软土,强度较小、水稳定性较差,不能满足工程控制指标。
3.制备成本低廉。本发明的固化剂的组分材料各地极易购取,成本低(比同类的产品低30%-40%)。同时制备时,只需要将各组分研磨呈粉状,再混合搅拌即可。制备过程简单。固化时,只需要按照工程要求,取适量的本发明的固化剂与滨海相软土混合搅拌即可。施工工艺简单。因此,本发明的固化剂制备成本低廉、施工工艺简单,具有良好的经济效益。而现有的固化剂,水泥或者石灰,制备过程比本发明的固化剂的制备过程复杂,且经济成本高。
具体实施方式
本发明的一种用于滨海相软土的固化剂,按照质量百分比,该固化剂由以下组分组成:
水泥              35~45%,
电石渣            35~45%,
石膏              15~20%,
表面活性剂        1~5%。
该用于滨海相软土的固化剂是以工业废料作为主要组分,也就是说,电石渣和石膏都可以从工业废料中提取。表面活性剂是辅助材料。该表面活性剂采用强碱性氢氧化物,例如可以是氢氧化钠,或者氢氧化钾。
制备该固化剂时,将水泥、电石渣、石膏和表面活性剂均匀搅拌即可。如果这些组分中有呈块状体的,例如石膏,那么需要首先将呈块状体的组分研磨成粉末状,然后再与呈粉末状的其他组分混合、搅拌均匀即可。
本发明的固化剂用于固化滨海相软土时,按照工程需求比例,将固化剂的各组分混合后充分搅拌。对于浅层滨海相软土,将固化剂均匀撒铺待处理地基中,再充分搅拌均匀。对于深层滨海相软土,将固化剂按设计确定的配合比拌制成浆,待压浆前将浆倒入集料斗,通过深层搅拌机械在地基将浆液压入待处理地基中强制拌和均匀,使滨海相软土地基硬结成桩、墙等提高强度。
欲提高固化土的强度,须固化剂各个组分之间以及固化剂各个组分与土颗粒之间发生各种物理化学作用效应,生成其独特的水化物体系,要充分利用各个组分之间良好的协同效应,保证膨胀性水化物与胶结性水化物的生长过程必须协调。
反应初期,本固化剂组分中水泥与土中的水分在表面活性剂NaOH(或KOH)的提供的强碱性环境激发下,水泥发生强烈的水解和水化反应,提高了固化土的早期强度,增加反应的效率。同时从溶液中分解出Ca(OH)2是后续反应的基础,其形成水化物具有强烈的吸附活性,而使这些较大的土团粒进一步结合起来,形成了水泥土的链条状结构,封闭土团间孔隙,形成稳定的联结。
固化剂组分中电石渣与土中盐分发生离子交换反应:Ca2++土颗粒)Na+(K+)→Ca)土颗粒+Na+(K+)或(Ca(OH)2+NaCl→CaCl2+NaOH,)增强了混合料的碱性,继续促进了水泥的水解、水化作用,使水泥能够更好、更充分地发挥其固化稳定效果。土中矿物SiO2和Al2O3在碱性环境下生成不溶于水的CaO-Al2O3-H2O系列水化物和CaO-SiO2-H2O系列化物等。并且电石渣中的Ca(OH)2不断地吸收水中的CO2,发生碳化反应:Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O,CaCO3使土结团、粗粒化,填充挤密土体空隙,提高强度。
固化剂组分中石膏作用是发生CaSO4+NaCl→CaCl2+Na2SO4反应,生成的CaCl2具有强的吸水性,同时随着CaCl2浓度增加,土颗粒孔隙水的表面张力增大,从而提高颗粒间的凝聚力,使得固化土后期强度增长。在各种组分发生、发展和固化土强度提高过程中,石膏促进了颗粒间的膨胀挤密,缩短颗粒间距,增加颗粒接触面积和数量,从而增强颗粒间的结构连接,同时提高反应的速度和程度。
固化剂各组分和土体之间持续的强碱性环境,促进了水泥的水化和水解,以及石膏和土体之间的反应,使固化土早期和后期各反应之间能产生更大的协同效应,提高强度和整体性。
下面通过实施例和对比例来进一步说明本发明的技术方案。在以下实施例和对比例中,用无侧限抗压强度(单位:kPa)来表示加固滨海相软土的强度特性,这一数值越高,说明加固滨海相软土的强度就越高;用水稳系数表示加固滨海相软土的水稳性,水稳系数是浸水养护试件的无侧限抗压强度与标准养护试件的无侧限抗压强度的比值,水稳系数越接近1,说明加固滨海相软土的水稳性越好。
本技术方案中使用的固化剂各组分可以通过市场购得。
实施例1
(1)试验材料
滨海相软土:所用土样取自江苏连云港地区典型的滨海相软土,在使用前进行了晾晒,其基本的物理力学性质指标如表1。
表1连云港地区滨海相软土的基本物理力学性质
Figure BDA0000117328990000051
水泥:为南京三龙水泥有限公司生产的“天宝山牌”32.5#普通硅酸盐水泥,按照GB/T1346-2001试验规程试验,初凝、终凝时间分别为205min、260min,抗压强度为12.5Mpa,水泥细度、安定性均符合GB175-1999的质量标准要求。
电石渣:为江苏省常州市乙炔制造公司生产,其中CaO含量为68.99%,烧失量为24.85%。
石膏:为南京江南水泥有限公司生产,有效硅含量为56.8%,比表面积为35000cm2/g。
表面活性剂NaOH:为南京市宏焱化工贸易有限公司生产,分析纯,白色不透明固体。
(2)试验方法
第一步:制备用于滨海相软土的固化剂:将水泥40%、电石渣40%、石膏15%、表面活性剂5%均匀搅拌混合,形成固化剂。
第二步:将第一步制备的固化剂与滨海相软土按照4∶96的质量比混合,并均匀搅拌。
第三步:进行无侧限抗压强度试验(包括水稳定实验)。
无侧限抗压强度试验:试样为φ5cm×5cm的圆柱体,在最佳含水量时采用静力压实成型,压实度为96%,养护制度为标准养护:养护龄期为7天时,标养6天,浸水1天;养护龄期为28天时,标养27天,浸水1天。浸水养护:养护龄期为7天时,标养3天,浸水4天;养护龄期为28天时,标养7天,浸水21天。水稳系数:对于同一试样,水稳系数是浸水养护试件的无侧限抗压强度与标准养护试件的无侧限抗压强度的比值。
以上试验均按照公路土工试验规程(JTG E40-2007)和公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E51-2009)进行。
(3)实验结果
实验结果如表3所示。
实施例2
本实施例的试验材料和固化剂中各组分的质量百分数都与实施例1相同,所不同的是试验方法的第二步,固化剂和滨海相软土的质量比不同。本实施例中固化剂与滨海相软土的质量比为8∶92。实验结果如表3所示。
实施例3
本实施例的试验材料和固化剂中各组分的质量百分数都与实施例1相同,所不同的是试验方法的第二步,固化剂和滨海相软土的质量比不同。本实施例中固化剂与滨海相软土的质量比为12∶88。实验结果如表3所示。
实施例4
本实施例的试验材料与实施例1相同,所不同的是试验方法第一步,制备的固化剂中的各组份的质量百分数不同,以及试验方法第二步中固化剂与滨海相软土的质量比不同。具体数值如表2所示。实验结果如表3所示。
实施例5
本实施例的试验材料与实施例1相同,所不同的是试验方法第一步,制备的固化剂中的各组份的质量百分数不同,以及试验方法第二步中固化剂与滨海相软土的质量比不同。具体数值如表2所示。实验结果如表3所示。
实施例6
本实施例的试验材料与实施例1相同,所不同的是试验方法第一步,制备的固化剂中的各组份的质量百分数不同,以及试验方法第二步中固化剂与滨海相软土的质量比不同。具体数值如表2所示。实验结果如表3所示。
对比例1
本对比例中的实验材料:滨海相软土与实施例1相同;固化剂采用水泥。将固化剂与滨海相软土按照8∶92的质量比均匀搅拌混合后,进行无侧限抗压强度试验。无侧限抗压强度试验的试验条件和试验方法都与实施例1相同。实验结果如表3所示。
对比例2
本对比例中的实验材料:滨海相软土与实施例1相同;固化剂采用石灰和水泥的混合物,其中,按照质量百分数:石灰66.5%,水泥33.5%。将固化剂与滨海相软土按照8∶92的质量比均匀搅拌混合后,进行无侧限抗压强度试验。无侧限抗压强度试验的试验条件和试验方法都与实施例1相同。实验结果如表3所示。
表2:试验方案
Figure BDA0000117328990000081
Figure BDA0000117328990000091
表3:无侧限抗压强度试验结果(kPa)
Figure BDA0000117328990000092
根据表3的试验结果数据,实施例1、2、3可以看出:通过添加4%、8%、12%本固化剂固化滨海相软土7天龄期的强度分别达到了450.6kPa、551.1kPa、690.4kPa,说明该固化土的早期强度高;且本固化剂滨海相软土的强度随着掺量的增加有较大的提高。结合实施例1、2、3、4、5和6可以看出:本固化剂滨海相软土的强度随着龄期的增加也有较大的提高。例如:在实施例5中,7天龄期时,8%本固化剂滨海相软土的强度为560.2kPa,而28天时固化剂滨海相软土的强度则达到了845.2kPa,提高了1.50倍,说明本固化粉土的后期强度潜力较大。从对比例1和2可以看出,掺加本固化剂滨海相软土的强度,相对于同等掺量的水泥或者石灰和水泥的滨海相软土强度都有较大增加。例如,7天龄期时,掺加本固化剂的滨海相软土强度最小为516.3kPa,最大为578.6kPa,而水泥滨海相软土的强度为500.7kPa,石灰和水泥滨海相软土的强度为454.1kPa。掺加本固化剂滨海相软土,7天龄期和28天龄期的水稳系数均大于0.94,水稳定性好,完全能满足高速公路等地基处理工程的需要。

Claims (6)

1.一种用于滨海相软土的固化剂,其特征在于,按照质量百分比,该固化剂由以下组分组成:
水泥              35~45%,
电石渣            35~45%,
石膏              15~20%,
表面活性剂        1~5%。
2.按照权利要求1所述的用于滨海相软土的固化剂,其特征在于,所述的固化剂中,表面活性剂是强碱性氢氧化物。
3.按照权利要求2所述的用于滨海相软土的固化剂,其特征在于,所述的表面活性剂是氢氧化钠,或者氢氧化钾。
4.按照权利要求3所述的用于滨海相软土的固化剂,其特征在于,所述的固化剂,按照质量百分比,
水泥            40%,
电石渣          40%,
石膏            18%
氢氧化钠        2%。
5.按照权利要求3所述的用于滨海相软土的固化剂,其特征在于,所述的固化剂,按照质量百分比,
水泥            44%,
电石渣          35%,
石膏            20%,
氢氧化钠      1%。
6.按照权利要求3所述的用于滨海相软土的固化剂,其特征在于,所述的固化剂,按照质量百分比,
水泥          45%,
电石渣        35%,
石膏          15%,
氢氧化钠      5%。
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