专利名称：基于防渗用途的水泥土复合添加剂的制作方法
基于防渗用途的水泥土复合添加剂技术领域
本发明是一种基坑支护中防渗墙、水泥土防渗垫层或者防渗帷幕的复合添加剂， 属于交通运输工程和土木工程中的技术领域。
背景技术：
在大型基坑支护工程中需要打设防渗墙用于止水和防渗功能，其中支护桩一般采 用钻孔灌注桩等，而防渗墙一般采用搅拌桩。为了保证搅拌桩的防渗性能，施工中搅拌桩具 有较高的强度，如0. 8-1. OMPa,该强度使得搅拌桩的刚度较大，当支护体系局部(两桩间接 触部位)有缺陷时，搅拌桩可能会发生较大的变形，此时搅拌桩容易在局部发生这段或开裂 等破损，进而影响防渗墙整体的防渗性能。
在一些工程中水泥土被用于防渗垫层或者防渗帷幕，如一些提防防渗结构、坝基 防渗墙和垃圾填埋场，为了保证水泥土具有很好的防渗性能和较低的渗透性，水泥土的强 度和刚度相应较大，此时破坏应变很小，一般小于1%。当受到水平力作用时，防渗垫层或者 帷幕在剪切力和弯矩的共同作用下，易发生剪切破坏、拉断破坏或者损伤，进而产生渗流通 道，削弱防渗的功能。
针对基坑支护中水泥土防渗墙、以及水泥土防渗垫层和防渗帷幕的要求(1)低 渗透性；(2)防渗结构具有较大的韧性，即破坏时的应变较大；(3)水泥土本身具有一定的 强度，传统的单一水泥掺入材料形成水泥土很难同时满足上述三个要求。
随着化学工业的发展，高性能的高分子材料逐渐使用到土木工程领域中。聚丙烯 酰胺(PAM)是一种水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以 降低液体之间的磨擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类 型，主要有以下4个用途(1)在造纸过程中作助留剂，补强剂；(2)水处理中作助凝剂、絮 凝剂、污泥脱水剂；(3)石油钻采中作降水剂，驱油剂；(4)还广泛应用于增稠、稳定胶体、减 阻、粘结、成膜、生物医学材料等方面。发明内容
技术问题本发明针对水泥土搅拌桩防渗墙、水泥土防渗垫层和防渗帷幕的工程 实践中存在传统单一水泥掺入形成的水泥土在满足防渗体系具有较低渗透性的同时，强度 和刚度较大，破坏应变较小，当该类结构在剪应力和弯矩的共同作用下容易发生损伤和破 坏，削弱防渗效果这一现状，提出了水泥与阴性聚丙烯酰胺共同作为添加剂形成水泥土，达 到低渗透性、大破坏应变和具有一定强度的要求。
技术方案本发明的基于防渗用途的水泥土复合添加剂由水泥和聚丙烯酰胺组 成，以被拌合土质量计的组成为掺加水泥质量被拌合土质量为3_7%，掺加的聚丙烯酰胺质量被拌合土质量为 0. l%-0. 3%O
所述的水泥为普通硅酸盐水泥。
所述的聚丙烯酰胺为阴性聚丙烯酰胺。
有益效果聚丙烯酰胺和水泥与饱和地基土搅拌形成水泥土的破坏应变在 2%-6. 0%之间，比常规水泥土的破坏应变大2-6倍；渗透系数约为10_9 cm/s,与常规水泥土 渗透系数相当，但比地基土小2个数量级；强度随水泥掺量的增加而增大，聚丙烯酰胺的增 加而减小，通过配比的调整能达到工程所需要的强度。综上所述，聚丙烯酰胺水泥土的能够 大大改变传统水泥土的破坏特性，而同时能保证水泥土很低的渗透性和强度要求，进而满 足防渗要求的防渗墙、垫层和帷幕的工程要求。
具体实施方式
本发明采用阴性聚丙烯酰胺和水泥作为添加剂，制成满足上述要求的防渗用途的 水泥土复合添加剂，对防渗型水泥土搅拌桩的推广应用、以及水泥土用途的拓展具有重要 的理论意义和工程价值。
本发明所述的防渗用途的水泥土复合添加剂以普通硅酸盐水泥与阴性的聚丙烯 酰胺组成，其中水泥掺入比(掺加水泥质量/被拌合土质量)为3-7%，聚丙烯酰胺的掺入比 (掺加的聚丙烯酰胺质量/被拌合土质量)为0. 1%-0. 3%。
1)将传统防渗用途的水泥土的添加剂由水泥扩充为水泥和聚丙烯酰胺二者组成 的复合添加剂；2)复合添加剂中聚丙烯酰胺的掺量为0.1%-0. 3%即可，水泥的掺量在3%-7%之间时，水 泥土的强度、破坏应变和渗透系数能够得到较好的控制；3)由复合添加剂与饱和地基土搅拌而成的水泥土，具有破坏应变大，强度可控和渗透 系数小的特点；4)由于聚丙烯酰胺具有很强的吸水性能和絮凝特性，该复合添加剂宜采用干法施工同 时在饱和地基土中效果更好；将聚丙烯酰胺引入到水泥土的添加剂中，通过聚丙烯酰胺的吸水、絮凝、粘结和成膜等 机理，提高了水泥土的破坏应变，降低了水泥土的渗透特性，达到防渗墙、防渗垫层和防渗 帷幕的工程要求。
由于各地区软土的基本物理指标的差异，结合具体的软土宜进行配合比试验，确 定复合添加剂中水泥和聚丙烯酰胺的配比。
基于聚丙烯酰胺具有很强的絮凝性能，搅拌桩或者水泥土应采用干法施工。若采 用湿法施工，则聚丙烯酰胺会吸收浆液中的水，增加浆液的浓度和粘滞系数，容易发生堵管 等现象。
由于聚丙烯酰胺具有很好的絮凝、稳定胶体、减阻、粘结、成膜等功能，在使用状态 下，地基处于饱和状态更有利于聚丙烯酰胺水泥土发挥其防渗性能。
该类复合添加剂对防渗型水泥土搅拌桩的推广应用、以及水泥土用途的拓展具有 重要的理论意义和工程价值。
例福建可门港淤泥土的基本物理性质列于表1，其中液塑限采用IOOg锥式液塑 限联合测定仪测定，比重是由比重瓶法测得。
表1试验土样的基本参数±祥名称MfR/% J ifPR/%醒指_%I _系鐘 tCM. (IO-7CjtiZs)纖土.祥細 I 58 725 70J 2.0根据相关试验规程，首先将淤泥进行自然晾晒，然后经粉碎机粉碎并过0. 5mm的筛，测 定晾干后土样的含水率；将自然晒干后的土样通过搅拌器配置成含水率为66%的试样，将 其放入盛样桶中并密封，使含水率均勻；将重塑土制成饱和样测定其渗透系数；对含水率 为66%的土中分别掺入3%，5%和7%的P. 0. 42. 5号水泥和0. 1%和0. 3%的阴性聚丙烯酰胺， 用搅拌器进行充分搅拌，采用70. 7mmX70. 7mmX70. 7mm规格的试模，手工振实，刮平，制成 试样，盖上薄膜，静置24h后，脱模，放入标准养护室养护，在7天、14天和观天龄期，分别进 行含水率、容重、孔隙比、无侧限抗压试验和渗透试验，结果如表2所示。
表2试验结果wmm I 入tL水泥禱 齢誦 Atfc (天)wn CkWrn2I含水章im (.%) 比无剩隱抗 Bi度 (MPa)嚴專 薩等 (%)mmm, C lO^cm/s)C 1%7% ""“ 41 66 1 5653 B <45 53.7 J 1.45033:05.52β1 6254 0 I I 461 252 38 75% 14""""1 63 ^^^53 8 1 45 530 143033 0 372,9 3.37 3 ^I 281 6254.1 1 460463—45 51.6356 9 1 540 16d 27 13% I 141 D56 3 t 520.214—93 5281 5.958i9 I Ιι590 205.012B0 3% % 14 _ 2S1 71 1 6 1 fa3..........M 8..........J....... '4Β.....0 26 0 35 0.3 0 - <35.9 4 ？ 4.2 _5.3 6 S B5% 141 6.654 1 I 460 373 B6 0I 281 6Λ54 6 t 4 G 464,86 5LL^1 6556.3 L520.375.5743% I 14 I 1 6954 I 460 183+ 84 5I 28 I 1 6857 5 I I 550 074.05 1以上试验结果表明，采用0. 1%的聚丙烯酰胺和7%的水泥时，水泥土的观天龄期强 度达到1. 25MPa,破坏应变总体在2%-3%之间，渗透系数在2. 4-8. 7*10_9Cm/S ；采用采用 0. 1%的聚丙烯酰胺和5%的水泥时，水泥土的28天龄期强度达到0. 46MPa，破坏应变总体 在2. 9%-3· 5%之间，渗透系数在5. 5-8. 5*10_9cm/s ；采用0. 1%的聚丙烯酰胺和3%的水泥 时，水泥土的28天龄期强度达到0. 20MPa,破坏应变总体在4. 2%_5. 0%之间，渗透系数在 7. l-12*10_9cm/s ；因此在0. 1%的聚丙烯酰胺掺入比时，采用5%_7%的水泥掺入比，得到的水 泥土强度、渗透系数和破坏应变在比较合适的范围。
当聚丙烯酰胺的掺入比为0. 3%和水泥土掺入比为5%_7%，水泥土强度在 0. 25-0. 46MPa之间，破坏应变在3. 8%_4. 8%，而渗透系数在3. 6-6. 8*l(T9cm/s，此时破坏应变、强度和渗透系数也在相对合理的范围。需要说明的是随着聚丙烯酰胺掺入比的增大，改 性后水泥土的强度呈降低的趋势，说明工程中需要依据具体情况确定聚丙烯酰胺的合理掺量。
权利要求
1.一种基于防渗用途的水泥土复合添加剂，其特征在于该复合添加剂由水泥和聚丙烯 酰胺组成，以被拌合土质量计的组成为掺加水泥质量被拌合土质量为3-7% ； 掺加的聚丙烯酰胺质量被拌合土质量为0. 1%-0. 3%。
2.根据权利要求1所述的基于防渗用途的水泥土复合添加剂，其特征在于所 述的水泥为普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的基于防渗用途的水泥土复合添加剂，其特征在于所 述的聚丙烯酰胺为阴性聚丙烯酰胺。
全文摘要
本发明提出了一种基于防渗用途的水泥土复合添加剂，其可以大大增加水泥土的破坏应变和材料的柔性，同时保证水泥土具有很低的渗透性。该复合添加剂以被拌合土质量计的组成为掺加水泥质量/被拌合土质量为3-7%，掺加的聚丙烯酰胺质量/被拌合土质量为0.1%-0.3%。其中所述的水泥为普通硅酸盐水泥。所述的聚丙烯酰胺为阴性聚丙烯酰胺。由于阴性聚丙烯酰胺具有很强的吸水、絮凝等特性，该复合添加剂宜在饱和土体中采用干法施工。
文档编号C04B24/26GK102030495SQ20101053499
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月8日 优先权日2010年11月8日
发明者刘松玉, 徐海波, 杜延军, 邓永锋 申请人:东南大学