专利名称：一种软土固化剂及应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水硬性胶凝材料及其应用，具体涉及一种用于软土地基加固和处理的固化剂及其应用，属于建筑材料及建筑地基领域，
背景技术：
软土固化技术，如搅拌法、旋喷法等，是应用最为广泛的地基加固技术之一。目前使用的固化剂主要是水泥，水泥加固软粘土强度较低，不环保，不经济。在特定地层如泥炭质土、高含盐地层等加固效果差，已造成许多工程事故。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种软土地基处理用固化剂，这种软土固化剂只含有少量的水泥熟料，能使加固后的土层具有较好的物理力学性能。为了实现本发明的目的，发明人通过大量的试验研究，最终获得了如下技术方案一种软土固化剂(简称QC固化剂)，包括如下重量百分比的组分水泥熟料10%-25%矿渣65% -80%充填材料 4%-10%膨胀剂其中，所述充填材料为细砂或/和粉煤灰，所述膨胀剂为生石膏或脱硫石膏。优选地，上述的软土固化剂，包括如下重量百分比的组分水泥熟料10%-25%矿渣65%-80%充填材料 4%-10%生石膏2% _5%。优选地，上述的软土固化剂，包括如下重量百分比的组分水泥熟料15%-20%矿渣70%-75%充填材料 4%-10%膨胀剂碱性激发剂0.2%-5%表面活性剂 0.02-0.3%其中，所述碱性激发剂为生石灰或氢氧化钠；所述表面活性剂为三乙醇胺或木质
素磺酸钙。进一步优选地，上述的软土固化剂，包括如下重量百分比的组分水泥熟料15%-20%
矿渣 70% -75%细砂4% -8%脱硫石膏 1% -10%碱性激发剂 0. 2% -5%表面活性剂 0. 02-0. 3%。在本发明的实施例中，上述软土固化剂包括如下重量百分比的组分水泥熟料15%-20%矿渔70% -75%细砂4%-8%脱硫石膏氢氧化钠0.2%-1.0%三乙醇胺0.02-0.05%。除具体实施例中公开的软土固化剂的组分和配比，由如下重量百分比的组分组成的软土固化剂同样能实现本发明的目的，因此也在本发明的保护范围中水泥熟料15% -20%
矿渣70% -75%
细砂4% -8%
脱硫石_f 1% -10%
生石灰1% -5%
木质素石 _酸钙 0. 05-0. 3% ο
本发明的第二个目的是公开上述任
-种软土固化剂在加固泥炭质土或高含盐地层等水泥加固效果差的土层中的应用。优选地，上述任一一种软土固化剂在加固泥炭质土或高含盐地层时，所述软土固化剂的用量为加固土体重量的8% 20%。进一步优选地，上述任一一种软土固化剂在加固泥炭质土或高含盐地层时，所述软土固化剂的用量为加固土体重量的18%。本发明的QC固化剂主要适用范围在于地基处理领域，即水泥土搅拌桩、高压旋喷，岩溶注浆等，解决了软土地基处理中成桩质量不易控制的问题。由于本发明固化剂的原材料主要采用工业废料，其成果在提高工程质量的同时又可降低工程造价，具有环保效应的同时，带来了巨大的经济效益和社会效益。与现有技术相比，本发明的软土固化剂具有以下有益的效果(1)成本低，环保性好。在软土地基处理中，QC固化剂中的水泥熟料掺量仅为10 25%，而固化剂中其他材料为采用经处理后的工业废料，比如高炉矿渣为经加工成比表面积350m2/Kg的矿渣粉，脱硫石膏是电厂脱硫后的废弃物，等等，具有很显著的环境保护作用。(2)质量好。本发明固化剂在软土地基中的应用效果较常规纯水泥处理地基要好，且水稳定性好，耐久，早期强度高，后期强度不受影响。按本发明的配比在掺量(8% 20%) 一致的情况下制作的水泥土试件，其无侧限抗压强度均达到了理想的效果。具体通过实施例1-10可以看出，室内试验时，本发明的软土固化剂在掺量15%、18%时，与淤泥质软土水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度可达2. 11-3. 74Mpa, 28天强度可达2. 57-5. 05Mpa ；现场试验时，本发明的软土固化剂搅拌成桩后7天和28天后抽芯取样检测的无侧限抗压检测结果分别可达1. 25-1. 87Mpa和 3. 24-3. 9 IMpaο
具体实施例方式以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步作描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。对比实施例1 水泥熟料 50%脱硫石膏 10%粒化高炉矿渣40%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为1.871^ 观天强度为 3. 78Mpa.对比实施例2:水泥熟料 50%脱硫石膏 20%粒化高炉矿渣30%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为1.991^ 观天强度为 2. 68Mpa.对比实施例3:水泥熟料 50%脱硫石膏 30%粒化高炉矿渣20%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为1.521^ 观天强度为 2. 4IMpa.对比实施例4:水泥熟料 60%脱硫石膏 10%粒化高炉矿渣30%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为1.9说 ^观天强度为 3. 12Mpa.对比实施例5:水泥熟料 60%
6
脱硫石膏 20%粒化高炉矿渣20%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为1.271^ 观天强度为 2. 84Mpa.对比实施例6:水泥熟料 70%脱硫石膏 10%粒化高炉矿渣20%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为1.381^ 观天强度为 2. 78Mpa.对比实施例7:水泥熟料 70%脱硫石膏 20%粒化高炉矿渣10%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为0.931^ 观天强度为 1. 69Mpa.对比实施例8:水泥熟料 70%脱硫石膏 30%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为0.441^ 观天强度为 0. 80Mpa.对比实施例9:水泥熟料 70%粒化高炉矿渣30%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为1.871^ 观天强度为 3. 86Mpa.对比实施例10 水泥熟料 80%脱硫石膏 20%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为1.361^ 观天强度为 3. IlMpa.对比实施例11 水泥熟料 90%
脱硫石膏 10%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为0.921^ 观天强度为 2. OOMpa.对比实施例12 水泥熟料 100%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为0.861^ 观天强度为 2. 14Mpa.实施例1 软土固化剂的制备水泥熟料 20%脱硫石膏 5%粒化高炉矿渣70%粉细砂 5%氢氧化钠 0%三乙醇胺 0%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为2. IlMpaJS天强度为 2. 57Mpa.实施例2 软土固化剂的制备水泥熟料 20%脱硫石膏粒化高炉矿渣70%粉细砂8%氢氧化钠 0.95%三乙醇胺 0.05%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为2. 3说 ^观天强度为 3. 46Mpa.实施例3 软土固化剂的制备水泥熟料 15%脱硫石膏 5%粒化高炉矿渣75%粉细砂4%氢氧化钠 0.95%三乙醇胺 0.05%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为2. 5说 ^观天强度为 3. 37Mpa.
8
实施例4 软土固化剂的制备水泥熟料 15%脱硫石膏粒化高炉矿渣 75%粉细砂8%氢氧化钠0.95%三乙醇胺0.05%按上述配合比配制的固化剂在掺量15%，与淤泥质软土掺量85% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为2. 451^ 观天强度为 4. 47Mpa.实施例5 软土固化剂的制备水泥熟料 20%脱硫石膏 5%粒化高炉矿渣70%粉细砂5%氢氧化钠 0%三乙醇胺 0%按上述配合比配制的固化剂在掺量18%，与淤泥质软土掺量82% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为2. 861^ 观天强度为 2. 75Mpa.实施例6 软土固化剂的制备水泥熟料 20%脱硫石膏粒化高炉矿渣70%粉细砂8%氢氧化钠 0.95%三乙醇胺 0.05%按上述配合比配制的固化剂在掺量18%，与淤泥质软土掺量82% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为2. 961^ 观天强度为 4. 15Mpa.实施例7 软土固化剂的制备水泥熟料 15%脱硫石膏5%粒化高炉矿渣 75%粉细砂4%氢氧化钠0.95%三乙醇胺0.05%按上述配合比配制的固化剂在掺量18%，与淤泥质软土掺量82% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为3. 161^ 观天强度
9为 5. 05Mpa.实施例8 软土固化剂的制备水泥熟料 15%脱硫石膏粒化高炉矿渣75%粉细砂8%氢氧化钠 0.95%三乙醇胺 0.05%按上述配合比配制的固化剂在掺量18%，与淤泥质软土掺量82% (重量比)水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度为3. 741^ 观天强度为 5. 05Mpa.实施例9 软土固化剂在搅拌桩工地现场应用试验本发明的QC固化剂在芜湖地区的宁安铁路弋江站搅拌桩工地现场应用试验，在地层、水泥基材、掺量均为15%的情况下，采用水泥熟料15%，粒化高炉矿渣75%，脱硫石膏1 %，粉细砂8%，氢氧化钠0. 95%，三乙醇胺0.05%。搅拌成桩后7天和28天后抽芯取样检测的无侧限抗压检测结果分别是1. 87Mpa和3. 9IMpa.实施例10 软土固化剂在搅拌桩工地现场应用试验本发明的QC固化剂在昆明环滇池地区的昆明枢纽铁路昆阳站搅拌桩工地现场应用试验，在地层、水泥基材、掺量均为15%的情况下，采用水泥熟料15%，粒化高炉矿渣 70 %，脱硫石膏10 %，粉细砂4 %，氢氧化钠0.95%，三乙醇胺0.05%。搅拌成桩后7天和 28天后抽芯取样检测的无侧限抗压检测结果分别是1. 25Mpa和3. 24Mpa.通过对比实施例1-12和本发明的制备实施例1-10可以看出，当软土固化剂的组分仅含有水泥熟料、脱硫石膏和矿渣时，与淤泥质软土水灰比0.55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天或观天的平均无侧限抗压强度均较低，且对比实施例1-12制备的软土固化剂， 其水泥熟料的含量大于50%，成本高，不利于工业化生产。而本发明实施例1-10制备的软土固化剂室内试验时，在软土地基中的应用效果较常规纯水泥处理地基要好，且水稳定性好，耐久，早期强度高，后期强度不受影响。按本发明的配比在掺量(8% 20%) —致的情况下制作的水泥土试件，其无侧限抗压强度均达到了理想的效果。具体为，与淤泥质软土水灰比0. 55 1，经搅拌混合后制作的试件，7天的平均无侧限抗压强度可达2. 11-3. 74Mpa, 28天强度可达2. 57-5. 05Mpa ；现场试验时，本发明的软土固化剂搅拌成桩后7天和观天后抽芯取样检测的无侧限抗压检测结果分别可达1. 25-1. 87Mpa和3. 24-3. QlMpa0另外，本发明实施例1-10制备的软土固化剂成本低，环保性好。在软土地基处理中，QC固化剂中的水泥熟料掺量仅为10 25%，而固化剂中其他材料为采用经处理后的工业废料，比如高炉矿渣为经加工成比表面积350m2/Kg的矿渣粉，脱硫石膏是电厂脱硫后的废弃物，等等，具有很显著的环境保护作用。
权利要求
1. 一种软土固化剂，其特征在于包括如下重量百分比的组分水泥熟料10% -25%矿渣65% -80%充填材料4% -10%膨胀剂1% -10%其中，所述充填材料为细砂或/和粉煤灰，所述膨胀剂为生石:膏或脱硫石膏。
2.如权利要求1所述的软土固化剂，其特征在于包括如下重量百分比的组分水泥熟料10% -25%矿渣65% -80%充填材料4% -10%生石膏2% -5%。
3.如权利要求1所述的软土固化剂，其特征在于包括如下重量百分比的组分水泥熟料15% -20%矿渣70% -75%充填材料4% -10%膨胀剂1% -10%碱性激发剂0. 2% -5%表面活性剂0. 02-0. 3%其中，所述碱性激发剂为生石灰或氢氧化钠；所述表面活性剂为三乙醇胺或木质O
4.如权利要求3所述的软土固化剂，其特征在于包括如下重量百分比的组分水泥熟料15% -20%矿渣70% -75%细砂4% -8%脱硫石膏1% -10%碱性激发剂0. 2% -5%表面活性剂0. 02-0. 3%。
5.如权利要求4所述的软土固化剂，其特征在于包括如下重量百分比的组分水泥熟料15% -20%矿渣70% -75%细砂4% -8%脱硫石膏1% -10%氢氧化钠0. 2% -1. 0%三乙醇胺0. 02-0. 05%。
6.如权利要求4所述的软土固化剂，其特征在于包括如下重量百分比的组分水泥熟料15% -20%矿渣70% -75%细砂4% -8%脱硫石膏1% -10%生石灰木质素磺酸钙0. 05-0.3%。
7.权利要求1-6任一所述的软土固化剂在加固泥炭质土或高含盐地层中的应用。
8.如权利要求7的应用，其特征在于所述软土固化剂的用量为加固土体重量的8% 20%。
9.如权利要求7的应用，其特征在于所述软土固化剂的用量为加固土体重量的18%。
全文摘要
本发明涉及一种用于软土地基加固和处理的固化剂及其应用，该软土固化剂包括10％-25％的水泥熟料、65％-80％的矿渣、4％-10％的充填材料、1％-10％的膨胀剂、0.2％-5％碱性激发剂和0.02-0.3％表面活性剂，所述充填材料为细砂或/和粉煤灰，所述膨胀剂为生石膏或脱硫石膏，所述膨胀剂为生石灰或氢氧化钠；所述表面活性剂为三乙醇胺或木质素磺酸钙。该软土固化剂可以应用于加固泥炭质土或高含盐地层等软土地质，优选所述软土固化剂的用量为加固土体重量的8％～20％。本发明的软土固化剂只含有少量的水泥熟料，应用后能使泥炭质土或高含盐地层等水泥加固效果差的土层具有较好的物理力学性能。
文档编号E02D3/12GK102153326SQ20101057851
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者李斌, 王相民, 郭克诚 申请人:武汉高铁桩工科技有限公司