专利名称：土壤固结灌浆材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种灌浆材料，更具体是涉及一种用于土路基的含有碱性激发剂，能使土壤聚合，提高土路基承载能力的土壤固结灌浆材料。
背景技术：
随着公路建设的大规模发展，对道路基层材料，特别是土路基的质量要求日益提高。因设计、施工的局限造成路基下陷、面层破坏等道路的破损，无法通过面层修补来根本解决，还必须对道路基层进行处理，提高基层的承载能力。特别对于软土地基，由于土路基沉降量大且承载能力低。因此选择合适的路基灌浆材料，以提高土路基的稳定性和承载能力至关重要。
灌浆法是指利用水泥浆液或化学浆液通过液压均匀灌入地层中，使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理力学性质，从而处理地基的一种方法。目前比较最常用的灌浆材料为纯水泥浆，此外使用的灌浆材料还包括水泥粘土浆、活性粉煤灰浆、水玻璃浆材及环氧树脂类、聚胺酯类等有机浆材。纯水泥浆具有结石体强度高、成本低、无污染等特点，但水泥浆析水性差、稳定性差、凝胶时间长、注入能力有限。水泥粘土浆可改善水泥浆材的可灌性，而水泥浆中掺加一定量的水玻璃可改善水泥浆体的稳定性和凝结时间。近几年出现的超细水泥浆颗粒细度小、渗透性好但成本高。活性粉煤灰浆则颗粒细度小、渗透性好、成本较低，但强度较低。有机浆材由于价格昂贵，一般很少用于地基土加固。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有能使土壤聚合，具有良好的早期强度、水稳定性、抗冻性、耐久性的土壤固结灌浆材料，以解决土路基稳定性差和承载能力低的问题，克服现有技术的缺陷。
本发明土壤固结灌浆材料的特点在于在粉煤灰、矿渣、钢渣的配料中掺入一定量的碱性激发剂，该激发剂由固体硅酸钠或固体硅酸钾组成。由于粉煤灰有潜在的火山活性，本身无活性，只有在碱性环境中其中的二氧化硅和三氧化二铝会与碱发生火山灰反应，生成凝胶性物质。本发明利用这一原理，掺入适量的碱性激发剂使粉煤灰、矿渣等具有潜在活性的凝胶材料充分反应，同时还可以促使土壤中的硅氧四面体和铝氧六面体等矿物质发生交链反应，提高其聚合度，使灌浆材料结构致密，从而导致其土壤固结体的早期强度提高和后期强度的稳定性。
本发明研究发现使用高钙粉煤灰有助于提高浆体强度和土壤固结体的早期强度，但当其中的游离氧化钙含量低于3％(w/w)时，高钙粉煤灰的早强效果基本丧失，当游离氧化钙的含量过高时，则会引起浆体体积膨胀，影响土壤固结体体积的稳定性。
粉煤灰的活性取决于其中二氧化铝和三氧化二铝的含量，本发明土壤固结灌浆材料中粉煤灰所含的二氧化铝和三氧化二铝的总量应大于70％(w/w)。
水是灌浆材料的必需反应物之一，用水量高，灌浆材料的流动性好，但用水量过大，多余的水分留在浆体中造成大量孔隙，从而影响土壤固结体的早期强度和最终强度。由于含水量对早期强度影响非常大，因此在实际使用过程中，必须严格控制本发明土壤固结灌浆材料的含水量，以达到最佳的使用效果。
浆体颗粒细度越小，其渗透性越好，强度越高，本发明综合渗透性及强度效果和制备成本因素，确定本发明土壤固结灌浆材料的干粉原料的细度必须控制到通过45μm筛的数量超过92％。
本发明提出的土壤固结灌浆材料的干粉组成(以重量百分比计)如下粉煤灰30-62矿渣 20-50钢渣 10-30高钙粉煤灰3-8碱性激发剂5-10本发明土壤固结灌浆材料中水的用量占干粉总重量的30-60％。
上述土壤固结灌浆材料的干粉配方中，各组份的细度要求达到通过45μm筛的数量超过92％。粉煤灰中二氧化硅和三氧化二铝的总量大于70％(w/w)；高钙粉煤灰中游离氧化钙的含量为4-12％(w/w)；碱性激发剂是本发明土壤固结灌浆材料的关键组份，由固体硅酸钠或固体硅酸钾组成，其模数要求达到2.0-2.4。
本发明土壤固结灌浆材料的制备方法为各干粉原料经干燥、细磨处理后，得到适当细度的原料(通过45μm筛的数量超过92％)，按配方称取各干粉原料，置于干粉搅拌机中，充分搅拌，制得均匀的干粉混合料备用，实际施工使用时，将干粉混合料置于搅拌机中，加入占干粉总重量30-60％的水，边混合搅拌，边注浆。为了保证在流动度满足要求前提下灌浆材料固结体强度和耐久性能达到土体加固的技术要求，实际施工使用中，本发明土壤固结灌浆材料在加水搅拌后，应控制含水量不超过标准(即水的用量占干粉总重量的30-60％)的5个百分点。
下面通过试验来说明本发明土壤固结灌浆材料的性能一、早期强度实验试验材料本发明土壤固结灌浆材料、普通水泥灌浆材料(水灰比为0.9)。
试验方法采用国家标准GB/T 17671-1999的方法进行试验。
试验结果见表1表1
由表1可以看出，使用本发明土壤固结灌浆材料，其固结体具有良好的早期强度，七天强度达到2.47Mpa，其固结体七天及28天的强度均明显优于普通水泥灌浆材料的固结体。
二、流动度测试试验材料本发明土壤固结灌浆材料、普通水泥灌浆材料(水灰比为0.9)。
试验方法采用流锥仪试验进行流动度测定，测定方法参照《房材与应用》2001年第29卷第5期，第28页。
试验结果经测定，本发明土壤固结灌浆材料与普通水泥灌浆材料的流动度分别为18秒和20秒，本发明土壤固结材料略优于普通水泥灌浆材料。
三、泌水性测试试验材料本发明土壤固结灌浆材料、普通水泥灌浆材料(水灰比为0.9)。
试验方法将搅拌均匀的浆液装入玻璃量筒内，稍加振动后，加盖玻璃板防止水分蒸发，在室温下静置3小时后测定其泌水性。泌水性的测定方法参照《房材与应用》2001年第29卷第5期，第28页。
试验结果经测定，本发明土壤固结灌浆材料与普通水泥灌浆材料的泌水性分别为1％和13％。可见，本发明土壤固结灌浆材料的浆液稳定性良好。
浆液的稳定性以静置浆液随时间的推移产生泌水后，剩余浆液的体积百分比来描述。泌水性越小，剩余体积越大，说明浆液越稳定，而浆液越稳定越有利于保持土壤固结体的强度和稳定性。
有益效果1、本发明土壤固结灌浆材料在配方中采用碱性激发剂，其固结体具有良好的早期强度，七天强度大于2Mpa，无膨胀现象。
2、本发明土壤固结灌浆材料具有良好的流动性、抗冻性、耐水性、抗干湿循环能力、抗硫酸盐侵蚀性。
3、本发明土壤固结灌浆材料所使用的原料来源广、成本低，本发明材料有良好的水稳定性。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但不限制本发明。
下列实施例所用干粉配料采用市售产品，包括上海宝山钢铁有限公司的水淬高炉矿渣；武汉钢铁公司生产的磨细钢渣；扬州热电厂生产的高钙粉煤灰和石洞口电场生产的普通粉煤灰。经检测，粉煤灰中二氧化硅和三氧化二铝的含量为86％(w/w)；高钙粉煤灰中游离氧化钙的含量为11％(w/w)；碱性激发剂为固体硅酸钠(2.3模数)。
下列实施例中干粉原料经干燥、细磨处理后，细度控制在通过45μm筛的数量超过92％。
实施例1称取粉煤灰1000克、矿渣480克、钢渣240克、高钙粉煤灰57克、碱性激发剂175克置于干粉搅拌机中，在57转/分的速度下搅拌混合5分钟，制得均匀的干粉混合料备用，实际施工使用时，将干粉混合料置于搅拌机中，加入1171克水，边混合搅拌，边注浆。
实施例2称取粉煤灰1211克、矿渣390克、钢渣195克、高钙粉煤灰58克、碱性激发剂98克置于干粉搅拌机中，在57转/分的速度下搅拌混合5分钟，制得均匀的干粉混合料备用，实际施工使用时，将干粉混合料置于搅拌机中，加入1171克水，边混合搅拌，边注浆。
实施例3称取粉煤灰585克、矿渣878克、钢渣195克、高钙粉煤灰136克、碱性激发剂158克置于干粉搅拌机中，在57转/分的速度下搅拌混合5分钟，制得均匀的干粉混合料备用，实际施工使用时，将干粉混合料置于搅拌机中，加入1171克水，边混合搅拌，边注浆。
权利要求
1.一种土壤固结灌浆材料，由干粉混合料和水配置而成，其特征在于其中干粉组成为(以重量百分比计)粉煤灰 30-62矿渣 20-50钢渣 10-30高钙粉煤灰 3-8碱性激发剂 5-10水的用量占干粉总重量的30-60％，其中碱性激发剂为固体硅酸钠或固体硅酸钾。
2.根据权利要求1所述的土壤固结灌浆材料，其特征在于碱性激发剂的模数为2.0-2.4。
3.根据权利要求1所述的土壤固结灌浆材料，其特征在于干粉原料的细度为通过45μm筛的数量超过92％。
4.根据权利要求1所述的土壤固结灌浆材料，其特征在于高钙粉煤灰中游离氧化钙的含量为(以重量计)4-12％。
5.根据权利要求1所述的土壤固结灌浆材料，其特征在于粉煤灰中二氧化硅和三氧化二铝的总量(以重量计)大于70％。
全文摘要
本发明涉及一种土壤固结灌浆材料，由粉煤灰、矿渣、钢渣、高钙粉煤灰、碱性激发剂和水组成。该土壤固结灌浆材料早期强度高，具有良好的水稳定性、流动性、抗冻性、耐久性等优点。
文档编号E01C3/04GK1641107SQ20041001569
公开日2005年7月20日 申请日期2004年1月8日 优先权日2004年1月8日
发明者孙家瑛, 芮志平 申请人:孙家瑛, 芮志平