一种预拌流态固化土用分散剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及工程材料技术领域，尤其是涉及一种预拌流态固化土用分散剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.预拌流态固化土广泛应用于基坑、路基、地下管廊的回填工程中，它是将淤泥、泥炭或淤泥质黏性土通过专用的固化剂和专用的搅拌工艺制成预拌流态固化土，并应用于相应的回填工程中。现有的流态固化土需要对淤泥质黏性土进行烘干、破碎和筛分处理，施工成本高，施工工期长，大大限制了流态固化土的工程应用范围。实现在原位淤泥质黏性土的基础上，制作预拌流态固化土，是预拌流态固化土推广应用的关键。原位淤泥质黏性土的流动性差，在搅拌过程中黏土颗粒极易吸附在搅拌设备的转动轴叶片上，从而在叶片上形成“泥球”，进而导致固化剂不能与淤泥质黏性土充分拌合形成满足灌注要求的预拌流态固化土。为此，寻求合适的技术方案，解决淤泥质黏性土在制作过程中的流动性问题是实现非干燥条件下预拌流态固化土制作工艺的关键。
3.专利cn113651550 a公开了一种由降粘附分散组分、渗透分散组分、包裹分散组分组成的分散剂，分散剂溶液与泡沫剂联合使用。上述专利的主要技术思路是利用分散剂与泡沫剂联用对黏土颗粒的快速渗透、吸附和分解作用，或在之前的基础上进行改良，通过提高粘性土的压缩性，从而解决盾构在黏性土层施工过程中刀盘形成的“泥饼”问题。
4.目前，还没有专门针对非干燥条件下，淤泥质黏性土制备预拌流态固化土过程中分散剂的研究。淤泥质黏性土由于含水率高、粘性强、有机质含量高、渗透性小、搅拌设备金属表面对黏土颗粒的吸附力强等特点，在添加专用固化料之前，需要对淤泥质黏性土进行分散、液化处理，形成淤泥质黏土悬浊浆液，然后加入专用固化料，进而实现专用固化料与淤泥质黏土悬浊浆液之间的充分拌合，进而制成符合灌注流动性要求的预拌流态固化土。发明人发现，要实现上述过程，必须解决三个方面的问题：1)降低黏性土颗粒对转动轴叶片表面之间的吸附力，降低无效搅拌空间；2)消除淤泥质黏土微观颗粒之间的粘结强度，进而提高淤泥质黏性土的分散效率；3)减少淤泥质黏土浆液的用水量，在保证预拌流态固化土强度的同时，满足可灌性要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述技术的不足，提出一种预拌流态固化土用分散剂及其制备方法和应用，解决现有技术中流态固化土需要对淤泥质黏性土进行烘干、破碎和筛分处理导致施工成本高、施工工期长的技术问题。
6.本发明的第一方面提供一种预拌流态固化土用分散剂，其由以下重量份的原料组成：阻粘减水剂5-15份、稳定剂0.5-0.8份、水85-95份；其中，阻粘减水剂为无机分散剂与氨基磺酸系减水剂复配而成，且无机分散剂为水玻璃、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的至少一种。
7.本发明的第二方面提供一种预拌流态固化土用分散剂的制备方法，包括以下步
骤：将阻粘减水剂、稳定剂和水混合均匀，得到预拌流态固化土用分散剂。
8.本发明的第三方面提供一种预拌流态固化土用分散剂的应用，该预拌流态固化土用分散剂应用于原位淤泥质黏性土制备预拌流态固化土。
9.本发明的主要技术原理如下：
10.无机分散剂成本低但分散效果差。无机分散剂可以在浆液中电离，从而使双电层增厚，提高颗粒间的排斥力，进而改善浆液的流动性。氨基磺酸系减水剂结构中具有亲水性的支链，伸展于水溶液中，从而在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸附层。当黏土颗粒靠近时，吸附层开始重叠，即在黏土颗粒间产生空间位阻作用，重叠越多，空间位阻斥力越大，对黏土颗粒间凝聚作用的阻碍也越大，使得预拌流态固化土的坍落度保持良好。本发明中的阻粘减水剂将无机分散剂和氨基磺酸系减水剂两者进行复配，利用氨基磺酸系减水剂来阻止颗粒团聚，无机分散剂来改善浆液流动性，从而使得分散剂的性价比高、分散效果更好、更高效。
11.在淤泥质黏性土悬浊浆液中，黏土颗粒和水有牢固结合水、疏松结合水和自由水三种结合方式。牢固结合水和疏松结合水分别为吸附在黏土颗粒表面的规则排列和不规则排列的水层，自由水则为水化阳离子吸附的水。自由水大部分被包裹在“絮凝体”里面，自由水的缺乏导致淤泥质黏性土浆料具有较高的黏度，分散剂中的阻粘减水剂可以将“絮凝体”中的自由水释放出来，使得浆料在较低含水率的情况下也具有较高的流动性，进而提高制备出的流态固化土的强度。同时，分散剂中的稳定剂提高刀具耐磨性以及防止刀具腐蚀。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
13.本发明充分考虑了影响淤泥质黏性土浆液形成的主要影响因素，同时解决了颗粒与转动轴叶片金属表面的粘结、淤泥质黏性土颗粒的分散、淤泥质黏性土虚体自由水的释放的问题，进而实现土体的充分拌合，在提高淤泥质黏性土浆液的流动性前提下，通过阻粘减水剂的减水作用，调节流态固化土各龄期的强度，并且实现了淤泥质黏性土浆液的快速分散，为非干燥条件下原状土制备预拌流态固化土的施工工艺提供了关键的技术支撑。
14.本发明的分散剂具有分散速度快、腐蚀性低、减水、稳定性好的特点。该分散剂用于分散、瓦解淤泥质黏性土中黏性颗粒的“絮积块体”，能够有效解决淤泥质黏性土在制备预拌流态固化土过程中搅拌设备叶片结泥球的问题，从而在机械搅拌的条件下，快速形成悬浊浆液，实现淤泥质黏性土在制备预拌流态固化土过程中的流动度要求，进而使后期加入的专用固化剂与浆液充分拌合，制成符合灌注流动性以及强度要求的预拌流态固化土。
15.本发明的分散剂掺量少，降低了预拌流态固化土的制作成本，有利于扩大淤泥质黏性土制作流态固化土的施工工艺的市场推广。
具体实施方式
16.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
17.本发明的第一方面提供一种预拌流态固化土用分散剂，其由以下重量份的原料组成：阻粘减水剂5-15份、稳定剂0.5-0.8份、水85-95份。其中，阻粘减水剂为无机分散剂与氨基磺酸系减水剂复配而成。
18.本发明中，无机分散剂为水玻璃、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的至少一种，优选为焦磷酸钠。发明人在试验过程中意外发现，由焦磷酸钠和氨基磺酸系减水剂asp以2：1的比例复配而成的阻粘减水剂更有利于发挥其协同增效作用，显著提高原位淤泥质黏性土浆料的流动性以及最终制备出的流态固化土的强度。
19.本发明中，稳定剂为亚磷酸酯。
20.优选地，上述预拌流态固化土用分散剂由以下重量份的原料组成：阻粘减水剂6-12份、稳定剂0.6份、水87.4-93.4份。
21.更优选地，上述预拌流态固化土用分散剂由以下重量份的原料组成：阻粘减水剂7.5-10.5份、稳定剂0.6份、水88.9-91.9份。
22.更优选地，上述预拌流态固化土用分散剂由以下重量份的原料组成：阻粘减水剂9份、稳定剂0.6份、水90.4份。
23.本发明的第二方面提供一种预拌流态固化土用分散剂的制备方法，包括以下步骤：将阻粘减水剂、稳定剂和水混合均匀，得到预拌流态固化土用分散剂。
24.本发明中，在室温下将阻粘减水剂、稳定剂和水混合均匀。
25.本发明的第三方面提供一种预拌流态固化土用分散剂的应用，该预拌流态固化土用分散剂应用于原位淤泥质黏性土制备预拌流态固化土。
26.本发明中，上述原位淤泥质黏性土制备预拌流态固化土的制备过程包括：
27.将淤泥质黏性土与分散剂混合均匀，得到改良后的淤泥质黏性土浆液；
28.将改良后的淤泥质黏性土浆液与固化剂混合均匀，经成型、一次养护、脱模和二次养护，得到预拌流态固化土。
29.本发明中，分散剂的掺量为淤泥质黏性土质量的4％-8％，进一步为6％。
30.本发明中，固化剂为本领域常规固化剂，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，本发明对此不作限制。例如可以为has土壤固化剂等。进一步地，固化剂的掺量为改良后的淤泥质黏性土浆液质量10％-30％，更进一步为20％。
31.本发明中，一次养护的条件为：温度为20-30℃，进一步为25℃；湿度为80-90％，进一步为90％；养护时间为36-72h，进一步为48h。
32.本发明中，二次养护的条件为：温度为20-30℃，进一步为25℃；湿度为80-90％，进一步为90％；养护时间为7～90天，例如可以为14、28、60、90天等。
33.为避免赘述，本发明以下各实施例中，淤泥质黏性土(原状土)通过以下方法得到：针对淤泥质黏性土地层，采用长螺旋钻机原位成孔、取土，即为淤泥质黏性土；所得到的淤泥质黏性土的含水率为42.8％，压缩系数为0.78mpa，压缩模量为2.90mpa。
34.实施例1
35.不同阻粘减水剂的筛选：分别向原状土中加入由不同无机盐与asp减水剂复配而成的阻粘减水剂(掺量为原状土的3％)，测试各个样本的浆体流出时间。通过测试浆体的流出时间来考虑不同阻粘减水剂对浆料的分散效果，结果如表1所示。
36.表1不同阻粘减水剂的性能测试结果
[0037] 阻粘减水剂浆料流出时间/s组1asp+水玻璃(1:2)54.96组2asp+六偏磷酸钠(1:2)68.40
组3asp+碳酸钠(1:2)流不动组4asp+焦磷酸钠(1:2)46.30
[0038]
通过表1可以看出，由焦磷酸钠和氨基磺酸系减水剂asp以2：1的比例复配而成的阻粘减水剂能够显著提高淤泥质黏性土浆料的流动性，最终有利于提高制备出的流态固化土的强度。
[0039]
实施例2
[0040]
不同预拌流态固化土用分散剂的性能测试：
[0041]
(1)按表2的配方配制成不同分散剂。其中，阻粘减水剂为焦磷酸钠与氨基磺酸系减水剂asp以2：1的比例复配而成；稳定剂为亚磷酸酯。
[0042]
表2不同分散剂的组成成分
[0043][0044][0045]
(2)采用上述组5-10中的不同分散剂或纯水制备改良后的淤泥质黏性土浆液，具体步骤如下：将上述不同分散剂或纯水倒入预先装有淤泥质黏性土的搅拌桶中(分散剂或纯水的掺量为淤泥质黏性土的6％)，启动搅拌装置，设置初始搅拌速率为100r/min，直至转速增加至120r/min，然后搅拌10min，得到改良后的淤泥质黏性土浆液。由不同分散剂或纯水制成的改良后的淤泥质黏性土浆液的浆体流出时间如表3所示。
[0046]
表3改良后的淤泥质黏性土浆液的性能测试结果
[0047]
序号浆料流出时间/s组551.33组647.62组742.56组846.53组950.26
组1072.24
[0048]
从表3可以看出，采用本技术方案获得的淤泥质黏性土分散剂制备的淤泥质黏性土分散剂均呈现出较好的分散效果。
[0049]
(3)将上述组5-10中的不同分散剂或纯水用于淤泥质黏性土浆液中，向上述改良后的淤泥质黏性土浆液中加入占改良后的淤泥质黏性土浆液质量20％的has土壤固化剂，在固化剂的共同作用下制作预拌流态固化土。将采用不同分散剂和纯水制成的预拌流态固化土注入模具中，在温度为25℃、湿度为90％的养护室中进行标准养护48h后脱模；继续养护14、28、60、90天测定组试样的无侧限抗压强度，结果见表4。
[0050]
表4由不同分散剂制成的试样在不同养护时间条件下的性能测试结果
[0051][0052]
从表4可以看出，采用本技术方案获得的淤泥质黏性土分散剂制备的预拌流态固化土的无侧限抗压强度满足流态固化土的灌注要求。
[0053]
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。