一种低温施工软土地基加固和处理的固化剂及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种低温施工软土地基加固和处理的固化剂及其制备方法，其组分包括：（1）铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥；（2）脱硫石膏；（3）硅酸盐水泥；（4）生石灰；（5）调凝剂；（6）填充材料。所述填充材料为粉煤灰、矿渣或钢渣。该软土固化剂具有低温环境下凝结时间短、强度发展快、固化土体积微膨胀的特点，固化后1d即形成主要强度，特别适用于低温环境下施工的软土加固和处理，优选所述软土固化剂的用量为加固土体重量的10%～15%。与现有技术相比，本发明在保证产品性能的同时，能够减轻脱硫石膏、粉煤灰及矿渣等固体废弃物由于未被利用对环境造成的严重负担以及处理费用。
【专利说明】一种低温施工软土地基加固和处理的固化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于新材料技术、环保节能【技术领域】，涉及脱硫石膏、粉煤灰、钢渣等固体废弃物的利用以及一种低温施工软土地基加固和处理的固化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]软土加固法因具有技术经济效益高、对环境无不良影响、施工简便等优点，在我国软土地区发展迅速，现已广泛应用于工业与民用建筑地基加固、道路路基加固、江河堤坝防渗、抗渗加固和深基坑开挖围护工程，并正在向港口建设、近海工程的海底软土和疏浚泥土加固等方面发展。常用软土加固法(深层搅拌法、高压旋喷法和水泥拌合土法)的加固原理都是将固化剂与软土充分拌和，利用固化剂与软土之间发生的一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的固化土。
[0003]固化剂除能在不同环境温度下使软土具有一定强度以外，还必须含膨胀性水化产物，该水化物形成过程的体积膨胀能将挤压、填充土团粒内孔隙，而使固化土强度大幅度提高，避免出现收缩裂缝。目前使用的固化剂多为硅酸盐水泥和石灰-粉煤灰(二灰土)。然而硅酸盐水泥作为软土固化剂时，并不能有效填充固化土中的孔隙，限制了固化土强度的提高；且固化效果受土壤类别的限制，对塑性指数高的粘土、裂土、有机土及盐溃土固化效果不理想。此外，因硅酸盐水泥初终凝时间无法调整，尤其在低温环境下(例如_5°C飞。C下)其凝结时间过长，限制了工程进展；后期干燥收缩较大、易开裂。二灰土在实际使用中的早强性较差，且由于粉煤灰本身特性，使得二灰土的水稳定性差。若在硅酸盐水泥中掺加一定量的膨胀性组分构成复合型固化剂，膨胀性水化物可有效地填充固化土中孔隙从而使固化土强度成倍提高。但目前关于各膨胀性组分之间的最佳比例、膨胀性组分总体在软土固化剂中的最佳比例及其确定方法尚不清楚。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低温施工软土地基加固和处理的固化剂及其制备方法，所述固化剂在保证产品性能的同时，能够利用生成高结晶水的物质消耗土壤中的游离水分，生成的具有高结晶水的胶凝及晶体物质，可堵塞土体中的各种毛细管道，避免渗入水分再次破坏固化土的结构。固化剂中含有的微晶核，通过晶格配备，可在土颗粒空隙中生成针状结晶体，填充土体缝隙，形成骨架结构(三维空间网状结构)，提高土体的力学强度及抗渗等性能指标，即使在低温环境下也能充分保证土体的各项性能。
[0005]本发明提出的一种低温施工软土地基加固和处理的固化剂，由铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥、脱硫石膏、硅酸盐水泥、生石灰、调凝剂和填充材料组成，各组分的重量百分比为:
组份重量百分比
铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥30%~40% ；脱硫石膏20%~30%;
硅酸盐水泥10%~15% ；
生石灰3%~5% ；
缓凝剂0.5%~2% ；
其余为填充材料，其总重量满足100%。
[0006]本发明中，所述的铝酸盐水泥为CA-50或CA-70级铝酸盐水泥；硫铝酸盐水泥为72.5R级硫铝酸盐水泥；硅酸盐水泥为P II 52.5R级硅酸盐水泥。
[0007]本发明中，缓凝剂为葡萄糖、淀粉、六偏磷酸钠、木质磺酸盐或柠檬酸钠中的任一种。
[0008]本发明中，所述软土固化剂的用量为加固土体重量的10%~15%。
[0009]本发明中，所述软土固化剂在5°C下60分钟内凝结，I d即可发挥50%以上的力学强度，且固化土体后期不收缩，土体中不存在收缩裂缝。
[0010]本发明提出的一种低温施工软土地基加固和处理的固化剂的制备方法，具体步骤为:按照重量比例称量后，先利用混合速率为50~150 r/min的混合机将招酸盐水泥或硫铝酸盐水泥、脱硫石膏、硅酸盐水泥、生石灰、调凝剂混合均匀，然后在上述混合机中把上述混合物与填充材料一起混合均匀，即得所需产品。
[0011]本发明涉及的固化剂与土体混合后，一方面，固化剂中脱硫石膏与铝酸盐水泥中的铝酸钙或硫铝酸盐水泥中的无水硫铝酸钙反应，迅速生成高结合水且具有膨胀性水化物钙矾石，不仅可填充固化土中土团粒间孔隙，又可填充土团粒内部孔隙，弥补了低温环境下水化硅酸钙凝胶发展过慢的不足，使得低温环境下土体也具有较快的强度发展；此外，硅酸盐水泥也会逐步生成水化硅酸钙凝胶、氢氧化钙及钙矾石晶体。又因土体中一般也含有部分铝质组分，因此钙矾石的形成部分是由于在硫酸盐作用下氢氧化钙和土体的相互作用。这种反应一方面使片状氢氧化钙转化为针棒状的钙矾石晶体，有利于固化土强度的提高；同时，加强了土体和水泥骨架间的连接，大大增加了固化土的水稳性和强度。另一方面，粉煤灰等工业废渣的加入使得后期强度得以持续发展。总体来说，该固化剂有效发挥了硅酸盐水泥主要水化产物水化硅酸钙胶凝的特性，又结合了钙矾石等水化产物的快凝、早强及微膨胀效应。
[0012]与现有技术相比，本发明有效结合了硅酸盐水泥及铝酸盐水泥(或硫铝酸盐水泥)的性能优势，充分保证了低温环境下土体的凝结时间、强度发展及后期微膨胀性，具有更强的可调控性。此外，综合利用了利用脱硫石膏、粉煤灰等固体废弃物，在保证产品性能的同时，能够减轻了这些固体废弃物由于未被利用对环境造成的严重负担以及处理费用，具有很好的经济和社会效益。
[0013]本低温施工软土固化剂性能要求如表1所示:
表1低温((TC)施工软土固化剂的性能要求
【权利要求】
1.一种低温施工软土地基加固和处理的固化剂，其特征在于由铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥、脱硫石膏、硅酸盐水泥、生石灰、调凝剂和填充材料组成，各组分的重量百分比为:组份重量百分比 铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥30%~40% ； 脱硫石膏20%~30%; 硅酸盐水泥10%~15% ； 生石灰3%~5% ； 缓凝剂0.5%~2% ； 其余为填充材料，其总重量满足100%。
2.根据权利要求1所述的低温施工软土地基加固和处理的固化剂，其特征在于，所述的铝酸盐水泥为CA-50或CA-70级铝酸盐水泥；硫铝酸盐水泥为72.5R级硫铝酸盐水泥；硅酸盐水泥为P II 52.5R级硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的低温施工软土地基加固和处理的固化剂，其特征在于，缓凝剂为葡萄糖、淀粉、六偏磷酸钠、木质磺酸盐或柠檬酸钠中的任一种。
4.根据权利要求1所述的低温施工软土地基加固和处理的固化剂，其特征在于，所述软土固化剂的用量为加固土体重量的10%~15%。
5.根据权利要求1所述的低温施工软土地基加固和处理的固化剂，其特征在于，所述软土固化剂在5°C下60分钟内凝结，I d即可发挥50%以上的力学强度，且固化土体后期不收缩，土体中不存在收缩裂缝。
6.一种如权利要求1所述的低温施工软土地基加固和处理的固化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为:按照重量比例称量后，先利用混合速率为50~150 r/min的混合机将铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥、脱硫石膏、硅酸盐水泥、生石灰、调凝剂混合均匀，然后在上述混合机中把上述混合物与填充材料一起混合均匀，即得所需产品。
【文档编号】C04B28/14GK103979914SQ201410218480
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】徐玲琳, 王培铭, 张国防, 李楠, 吴凯 申请人:同济大学