專利名稱：土壤固結(jié)灌漿材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種灌漿材料，更具體是涉及一種用于土路基的含有堿性激發(fā)劑，能使土壤聚合，提高土路基承載能力的土壤固結(jié)灌漿材料。
背景技術(shù)：
隨著公路建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，對道路基層材料，特別是土路基的質(zhì)量要求日益提高。因設(shè)計、施工的局限造成路基下陷、面層破壞等道路的破損，無法通過面層修補來根本解決，還必須對道路基層進行處理，提高基層的承載能力。特別對于軟土地基，由于土路基沉降量大且承載能力低。因此選擇合適的路基灌漿材料，以提高土路基的穩(wěn)定性和承載能力至關(guān)重要。
灌漿法是指利用水泥漿液或化學(xué)漿液通過液壓均勻灌入地層中，使?jié){液與土顆粒膠結(jié)起來，以改善地基土的物理力學(xué)性質(zhì)，從而處理地基的一種方法。目前比較最常用的灌漿材料為純水泥漿，此外使用的灌漿材料還包括水泥粘土漿、活性粉煤灰漿、水玻璃漿材及環(huán)氧樹脂類、聚胺酯類等有機漿材。純水泥漿具有結(jié)石體強度高、成本低、無污染等特點，但水泥漿析水性差、穩(wěn)定性差、凝膠時間長、注入能力有限。水泥粘土漿可改善水泥漿材的可灌性，而水泥漿中摻加一定量的水玻璃可改善水泥漿體的穩(wěn)定性和凝結(jié)時間。近幾年出現(xiàn)的超細(xì)水泥漿顆粒細(xì)度小、滲透性好但成本高?；钚苑勖夯覞{則顆粒細(xì)度小、滲透性好、成本較低，但強度較低。有機漿材由于價格昂貴，一般很少用于地基土加固。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有能使土壤聚合，具有良好的早期強度、水穩(wěn)定性、抗凍性、耐久性的土壤固結(jié)灌漿材料，以解決土路基穩(wěn)定性差和承載能力低的問題，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料的特點在于在粉煤灰、礦渣、鋼渣的配料中摻入一定量的堿性激發(fā)劑，該激發(fā)劑由固體硅酸鈉或固體硅酸鉀組成。由于粉煤灰有潛在的火山活性，本身無活性，只有在堿性環(huán)境中其中的二氧化硅和三氧化二鋁會與堿發(fā)生火山灰反應(yīng)，生成凝膠性物質(zhì)。本發(fā)明利用這一原理，摻入適量的堿性激發(fā)劑使粉煤灰、礦渣等具有潛在活性的凝膠材料充分反應(yīng)，同時還可以促使土壤中的硅氧四面體和鋁氧六面體等礦物質(zhì)發(fā)生交鏈反應(yīng)，提高其聚合度，使灌漿材料結(jié)構(gòu)致密，從而導(dǎo)致其土壤固結(jié)體的早期強度提高和后期強度的穩(wěn)定性。
本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)使用高鈣粉煤灰有助于提高漿體強度和土壤固結(jié)體的早期強度，但當(dāng)其中的游離氧化鈣含量低于3％(w/w)時，高鈣粉煤灰的早強效果基本喪失，當(dāng)游離氧化鈣的含量過高時，則會引起漿體體積膨脹，影響土壤固結(jié)體體積的穩(wěn)定性。
粉煤灰的活性取決于其中二氧化鋁和三氧化二鋁的含量，本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料中粉煤灰所含的二氧化鋁和三氧化二鋁的總量應(yīng)大于70％(w/w)。
水是灌漿材料的必需反應(yīng)物之一，用水量高，灌漿材料的流動性好，但用水量過大，多余的水分留在漿體中造成大量孔隙，從而影響土壤固結(jié)體的早期強度和最終強度。由于含水量對早期強度影響非常大，因此在實際使用過程中，必須嚴(yán)格控制本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料的含水量，以達到最佳的使用效果。
漿體顆粒細(xì)度越小，其滲透性越好，強度越高，本發(fā)明綜合滲透性及強度效果和制備成本因素，確定本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料的干粉原料的細(xì)度必須控制到通過45μm篩的數(shù)量超過92％。
本發(fā)明提出的土壤固結(jié)灌漿材料的干粉組成(以重量百分比計)如下粉煤灰30-62礦渣 20-50鋼渣 10-30高鈣粉煤灰3-8堿性激發(fā)劑5-10本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料中水的用量占干粉總重量的30-60％。
上述土壤固結(jié)灌漿材料的干粉配方中，各組份的細(xì)度要求達到通過45μm篩的數(shù)量超過92％。粉煤灰中二氧化硅和三氧化二鋁的總量大于70％(w/w)；高鈣粉煤灰中游離氧化鈣的含量為4-12％(w/w)；堿性激發(fā)劑是本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料的關(guān)鍵組份，由固體硅酸鈉或固體硅酸鉀組成，其模數(shù)要求達到2.0-2.4。
本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料的制備方法為各干粉原料經(jīng)干燥、細(xì)磨處理后，得到適當(dāng)細(xì)度的原料(通過45μm篩的數(shù)量超過92％)，按配方稱取各干粉原料，置于干粉攪拌機中，充分?jǐn)嚢?，制得均勻的干粉混合料備用，實際施工使用時，將干粉混合料置于攪拌機中，加入占干粉總重量30-60％的水，邊混合攪拌，邊注漿。為了保證在流動度滿足要求前提下灌漿材料固結(jié)體強度和耐久性能達到土體加固的技術(shù)要求，實際施工使用中，本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料在加水?dāng)嚢韬螅瑧?yīng)控制含水量不超過標(biāo)準(zhǔn)(即水的用量占干粉總重量的30-60％)的5個百分點。
下面通過試驗來說明本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料的性能一、早期強度實驗試驗材料本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料、普通水泥灌漿材料(水灰比為0.9)。
試驗方法采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17671-1999的方法進行試驗。
試驗結(jié)果見表1表1

由表1可以看出，使用本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料，其固結(jié)體具有良好的早期強度，七天強度達到2.47Mpa，其固結(jié)體七天及28天的強度均明顯優(yōu)于普通水泥灌漿材料的固結(jié)體。
二、流動度測試試驗材料本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料、普通水泥灌漿材料(水灰比為0.9)。
試驗方法采用流錐儀試驗進行流動度測定，測定方法參照《房材與應(yīng)用》2001年第29卷第5期，第28頁。
試驗結(jié)果經(jīng)測定，本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料與普通水泥灌漿材料的流動度分別為18秒和20秒，本發(fā)明土壤固結(jié)材料略優(yōu)于普通水泥灌漿材料。
三、泌水性測試試驗材料本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料、普通水泥灌漿材料(水灰比為0.9)。
試驗方法將攪拌均勻的漿液裝入玻璃量筒內(nèi)，稍加振動后，加蓋玻璃板防止水分蒸發(fā)，在室溫下靜置3小時后測定其泌水性。泌水性的測定方法參照《房材與應(yīng)用》2001年第29卷第5期，第28頁。
試驗結(jié)果經(jīng)測定，本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料與普通水泥灌漿材料的泌水性分別為1％和13％?？梢?，本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料的漿液穩(wěn)定性良好。
漿液的穩(wěn)定性以靜置漿液隨時間的推移產(chǎn)生泌水后，剩余漿液的體積百分比來描述。泌水性越小，剩余體積越大，說明漿液越穩(wěn)定，而漿液越穩(wěn)定越有利于保持土壤固結(jié)體的強度和穩(wěn)定性。
有益效果1、本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料在配方中采用堿性激發(fā)劑，其固結(jié)體具有良好的早期強度，七天強度大于2Mpa，無膨脹現(xiàn)象。
2、本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料具有良好的流動性、抗凍性、耐水性、抗干濕循環(huán)能力、抗硫酸鹽侵蝕性。
3、本發(fā)明土壤固結(jié)灌漿材料所使用的原料來源廣、成本低，本發(fā)明材料有良好的水穩(wěn)定性。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但不限制本發(fā)明。
下列實施例所用干粉配料采用市售產(chǎn)品，包括上海寶山鋼鐵有限公司的水淬高爐礦渣；武漢鋼鐵公司生產(chǎn)的磨細(xì)鋼渣；揚州熱電廠生產(chǎn)的高鈣粉煤灰和石洞口電場生產(chǎn)的普通粉煤灰。經(jīng)檢測，粉煤灰中二氧化硅和三氧化二鋁的含量為86％(w/w)；高鈣粉煤灰中游離氧化鈣的含量為11％(w/w)；堿性激發(fā)劑為固體硅酸鈉(2.3模數(shù))。
下列實施例中干粉原料經(jīng)干燥、細(xì)磨處理后，細(xì)度控制在通過45μm篩的數(shù)量超過92％。
實施例1稱取粉煤灰1000克、礦渣480克、鋼渣240克、高鈣粉煤灰57克、堿性激發(fā)劑175克置于干粉攪拌機中，在57轉(zhuǎn)/分的速度下攪拌混合5分鐘，制得均勻的干粉混合料備用，實際施工使用時，將干粉混合料置于攪拌機中，加入1171克水，邊混合攪拌，邊注漿。
實施例2稱取粉煤灰1211克、礦渣390克、鋼渣195克、高鈣粉煤灰58克、堿性激發(fā)劑98克置于干粉攪拌機中，在57轉(zhuǎn)/分的速度下攪拌混合5分鐘，制得均勻的干粉混合料備用，實際施工使用時，將干粉混合料置于攪拌機中，加入1171克水，邊混合攪拌，邊注漿。
實施例3稱取粉煤灰585克、礦渣878克、鋼渣195克、高鈣粉煤灰136克、堿性激發(fā)劑158克置于干粉攪拌機中，在57轉(zhuǎn)/分的速度下攪拌混合5分鐘，制得均勻的干粉混合料備用，實際施工使用時，將干粉混合料置于攪拌機中，加入1171克水，邊混合攪拌，邊注漿。
權(quán)利要求
1.一種土壤固結(jié)灌漿材料，由干粉混合料和水配置而成，其特征在于其中干粉組成為(以重量百分比計)粉煤灰 30-62礦渣 20-50鋼渣 10-30高鈣粉煤灰 3-8堿性激發(fā)劑 5-10水的用量占干粉總重量的30-60％，其中堿性激發(fā)劑為固體硅酸鈉或固體硅酸鉀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤固結(jié)灌漿材料，其特征在于堿性激發(fā)劑的模數(shù)為2.0-2.4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤固結(jié)灌漿材料，其特征在于干粉原料的細(xì)度為通過45μm篩的數(shù)量超過92％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤固結(jié)灌漿材料，其特征在于高鈣粉煤灰中游離氧化鈣的含量為(以重量計)4-12％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤固結(jié)灌漿材料，其特征在于粉煤灰中二氧化硅和三氧化二鋁的總量(以重量計)大于70％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種土壤固結(jié)灌漿材料，由粉煤灰、礦渣、鋼渣、高鈣粉煤灰、堿性激發(fā)劑和水組成。該土壤固結(jié)灌漿材料早期強度高，具有良好的水穩(wěn)定性、流動性、抗凍性、耐久性等優(yōu)點。
文檔編號E01C3/04GK1641107SQ20041001569
公開日2005年7月20日 申請日期2004年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月8日
發(fā)明者孫家瑛, 芮志平 申請人:孫家瑛, 芮志平