本發(fā)明屬于土木建筑工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
基于工程需要，眾多學(xué)者致力于固化劑的研究，目前市面上的固化劑品種至少有上百種。土體的有機(jī)質(zhì)含量和含水量對(duì)固化劑的效果有著重要的影響，大多數(shù)學(xué)者針對(duì)有機(jī)質(zhì)含量或者含水量的變化對(duì)固化劑配方做了很多研究工作，但是目前沒有同時(shí)考慮含水量和有機(jī)質(zhì)含量的作用而被研制的固化劑。
土含水量對(duì)固化效果的影響是多方位的。首先，無機(jī)類固化劑的化學(xué)反應(yīng)特別依賴于水環(huán)境，因?yàn)楦麟x子的濃度直接影響反應(yīng)的進(jìn)程以及最終生成物，其中水泥系和石灰系固化劑更是如此。其次，在水化反應(yīng)過程中，水作為反應(yīng)物和生成物參與其中，總體說來，土中的自由水參與反應(yīng)后不斷地轉(zhuǎn)變成結(jié)晶水，生成的水化產(chǎn)物提高了土體的強(qiáng)度；最后，固化完成后土體的含水量也將直接影響土體的強(qiáng)度，一般來說，強(qiáng)結(jié)合水性質(zhì)接近于固體，具有極大的黏滯度、彈性和抗剪強(qiáng)度，而弱結(jié)合水則是強(qiáng)結(jié)合水與弱結(jié)合水間的過渡狀態(tài)，能在土粒周圍發(fā)生轉(zhuǎn)移，進(jìn)而直接影響土體可塑性。
土壤有機(jī)質(zhì)中對(duì)固化產(chǎn)生影響的主要成分是腐植酸。首先，腐植酸的分子結(jié)構(gòu)十分松散，含有大量微細(xì)孔隙，在電鏡下形狀呈無規(guī)則變化，可以是纖維狀、類海綿狀、顆粒狀、棒狀。這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其持水性和吸附性都很強(qiáng)，腐植酸顆粒吸附于固化材料顆粒及黏土顆粒表面，阻礙和延緩了水化產(chǎn)物的生成，大大減弱了水化物與黏土顆粒間的作用(曾衛(wèi)東2002)。其次，腐植酸自身呈酸性，它所含的羧基和酚基等官能團(tuán)易與孔隙液中的oh-離子反應(yīng)，阻礙膠凝物質(zhì)生成。再次，腐植酸的存在也不利于土體中硅和鋁的溶解，使火山灰反應(yīng)大大減弱，而火山灰反應(yīng)對(duì)固化土強(qiáng)度增長(zhǎng)有很大的貢獻(xiàn)(thompson1966)。另外，腐植酸顆粒本身以帶負(fù)電荷為主，具有比粘土顆粒更發(fā)育的雙電層。
很多學(xué)者對(duì)固化劑固化材料的選擇進(jìn)行了研究，固化材料的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)對(duì)固化效果有著決定性影響。當(dāng)前固體廢棄物對(duì)環(huán)境造成的影響已經(jīng)十分嚴(yán)重，尤其是工業(yè)化進(jìn)程中很多不符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的廢棄物，如果使之成為固化劑原料應(yīng)用到土壤固化中，不僅可以節(jié)省大量的建設(shè)資金，還可以起到“廢物利用”、“變廢為寶”的作用，進(jìn)而起到保護(hù)環(huán)境，維護(hù)生態(tài)穩(wěn)定的作用。
徐日慶(2007)通過在軟土中摻入腐植酸的方法制備人工有機(jī)質(zhì)土，并對(duì)其進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)果表明人工有機(jī)質(zhì)土的液限隨土有機(jī)質(zhì)含量的增加而呈指數(shù)形式增長(zhǎng)，塑限則呈線性形式增長(zhǎng)，固化土無側(cè)限強(qiáng)度則隨有機(jī)質(zhì)含量的增加呈對(duì)數(shù)形式下降。
張樹彬(2009)對(duì)水泥固化土腐植酸組分進(jìn)行定性、定量對(duì)比試驗(yàn)分析，從微觀上研究了腐植酸組分對(duì)不同地域水泥固化效果的影響。試驗(yàn)所用軟土均為實(shí)際工程中現(xiàn)場(chǎng)采樣。
harveyomarr(2010)通過熱量測(cè)定和熱重分析法來確定熱流差，從而解釋石灰蒙脫石中天然有機(jī)質(zhì)的成分和含量對(duì)水化硅酸鈣生成過程的影響。結(jié)果表明水化硅酸鈣的形成與石灰固化蒙脫石的強(qiáng)度有較好的相關(guān)性，有機(jī)質(zhì)通過阻止火山灰反應(yīng)產(chǎn)物的生成影響石灰固化土的強(qiáng)度。
erdemo.tastan(2011)采用粉煤灰對(duì)有機(jī)質(zhì)土進(jìn)行了改性處理，并通過測(cè)定固化土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與回彈模量考察固化效果的影響因素。結(jié)果表明摻入粉煤灰能顯著改善土體強(qiáng)度，且固化效果主要源于火山灰反應(yīng)。從成分角度，粉煤灰中的cao含量與cao/sio2比值對(duì)固化土強(qiáng)度與剛度的影響較為顯著。
robertbrooks(2011)采用石灰石粉與粉煤灰對(duì)賓夕法尼亞東南部的土壤進(jìn)行改良處理，對(duì)1天、7天、28天的改良土所進(jìn)行的無側(cè)限強(qiáng)度試驗(yàn)和方差分析表明土體改良效果明顯，并借助sem電鏡掃描圖像對(duì)改良機(jī)理進(jìn)行了探討。
解國(guó)梁(2013)以內(nèi)蒙古河套地區(qū)粉質(zhì)黏土為研究對(duì)象，采用水泥與熟石灰對(duì)土體進(jìn)行固化處理。室內(nèi)無側(cè)限強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果表明，在熟石灰的摻加下，水泥土中存在火山灰作用和離子交換作用。
易耀林(2013)通過室內(nèi)配比試驗(yàn)初步研究了堿激發(fā)礦粉對(duì)連云港軟土的固化效果，并與水泥固化效果進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果表明，na2co3對(duì)礦粉固化土的激發(fā)效果十分有限，naoh激發(fā)礦粉的效果相對(duì)最好，但固化土90天后強(qiáng)度將發(fā)生一定衰減。另外，na2co3、naoh、na2so4能夠加速礦粉與電石渣復(fù)合固化土的強(qiáng)度增長(zhǎng)率，其中，na2so4的激發(fā)效果最好。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)濟(jì)合理、性能優(yōu)越、將工業(yè)廢渣“變廢為寶”的一種淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑，可以根據(jù)不同有機(jī)質(zhì)含量和含水量來定量調(diào)節(jié)固化劑的摻入量，以期達(dá)到最好的工程及經(jīng)濟(jì)效益，能夠應(yīng)用于各類有機(jī)質(zhì)軟土地基的處理。
一種淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑，各組分的重量百分比為：水泥46％，礦渣34％，粉煤灰15％，三乙醇胺5％。
水泥是目前最為常用的固化材料，其水化反應(yīng)生成的硅酸二鈣和硅酸三鈣能夠有效的加大土體強(qiáng)度。礦渣在激發(fā)劑作用下首先使水化反應(yīng)過程中絮凝物玻璃體表面解體，與水反應(yīng)生成水化硅酸鈣等水化產(chǎn)物，溶解出的ca2+引發(fā)粉煤灰火山灰反應(yīng)的二次水化，這兩類反應(yīng)交替進(jìn)行，且其水化產(chǎn)物組分中以水化硅酸鈣凝膠為主，混合材料后期強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)，而持續(xù)提高。而粉煤灰是一種分散體系，能夠增加顆粒間表面面積，其在一定程度上代替了水泥的作用，能夠增大反應(yīng)過程的有效水灰比，是微粉效應(yīng)更加顯著，極大的促進(jìn)水化反應(yīng)的進(jìn)程。三乙醇胺可以消除固體粉劑的靜電，使顆粒體表面積增大、細(xì)度降低，另外還能穩(wěn)定反應(yīng)環(huán)境的ph值，使水化反應(yīng)能夠快速的進(jìn)行。在本發(fā)明的特定配比下，水泥、礦渣、粉煤灰和三乙醇胺相互協(xié)同達(dá)到最佳的固化效果。
本發(fā)明以水泥為主固化材料，粉煤灰和礦渣作為堿性激發(fā)劑，三乙醇胺作為表面活性劑，提供的淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑的固化對(duì)策是根據(jù)淤泥質(zhì)土特點(diǎn)，工程所需早期強(qiáng)度以及穩(wěn)定的較強(qiáng)的后期強(qiáng)度、較好的水穩(wěn)性能、抗凍性能等要求，從固化機(jī)理出發(fā)，以提高土體ph值、促進(jìn)水泥水化反應(yīng)的進(jìn)程以及水化物凝結(jié)硬化、增強(qiáng)參與反應(yīng)的離子活性為目的，選擇固化材料，各組分通過一系列反應(yīng)相互協(xié)同達(dá)到最佳的固化效果。
基于軟土固化機(jī)理，針對(duì)普遍具有高含水量和高有機(jī)質(zhì)含量的淤泥質(zhì)土，結(jié)合原材料的供應(yīng)運(yùn)輸以及價(jià)格，以及工業(yè)廢物的利用，選擇以下材料：
水泥：強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥。
礦渣：礦渣是在煉鐵過程，與鐵水分離并在高溫下將氧化鐵還原成金屬鐵，鐵礦石中的sio2-al2o3等雜質(zhì)與石灰等溶劑結(jié)合成的廢渣。
粉煤灰：粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細(xì)灰，是燃煤電廠排出的主要固體廢物。
三乙醇胺：c6h15no3含量大于78.0％，密度為1.123～1.333g/cm3，總胺量：99.0～110％，折光率：1.482～1.489。為無色或淺黃色吸濕性粘稠狀液體。
按照本發(fā)明提供的配比，每噸淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑的成本在30元以下。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑在軟土地基固化處理中的應(yīng)用。
本發(fā)明提供的淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑適用于含水量在105％以下，有機(jī)質(zhì)含量在8％以下的軟土地基固化處理。
作為優(yōu)選，所述軟土為淤泥質(zhì)土，所述軟土的含水量為85～105％，且所述軟土的有機(jī)質(zhì)含量為6～8％，該類淤泥質(zhì)土含水量和有機(jī)質(zhì)含量均較高，固化難度大，市面上的固化劑難以對(duì)該類淤泥質(zhì)土進(jìn)行固化處理，本發(fā)明提供的淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑通過針對(duì)性研制，各組分通過一系列反應(yīng)相互協(xié)同依然能達(dá)到較好的固化效果。
在實(shí)際工程中，通過調(diào)整復(fù)合固化劑的摻入量，來固化不同有機(jī)質(zhì)含量和不同水含量的軟土，以達(dá)到最大的固化效果和經(jīng)濟(jì)效果。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑及應(yīng)用，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
以下實(shí)施例土壤選用寧波奉化地區(qū)軟基淤泥質(zhì)土，其性能指標(biāo)見表1。
表1土樣的物理指標(biāo)
實(shí)施例1
取有機(jī)質(zhì)含量為6.8％，含水量為87.1％的淤泥質(zhì)土樣1，在試驗(yàn)前，去除土樣雜質(zhì)，稱取600g土樣，按配比添加不同量的淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑(各組分的重量百分比為：水泥46％，礦渣34％，粉煤灰15％，三乙醇胺5％)，將混合物攪拌均勻制成3個(gè)φ39.1×80mm的圓柱體平行試樣，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。得到14天和28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度如表2所示：
表2土樣1固化強(qiáng)度表
實(shí)施例2
取有機(jī)質(zhì)含量為7.1％，含水量為89.5％的淤泥質(zhì)土樣2，在試驗(yàn)前，去除土樣雜質(zhì)，稱取600g土樣，按配比添加不同量的淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑(各組分的重量百分比為：水泥46％，礦渣34％，粉煤灰15％，三乙醇胺5％)，將混合物攪拌均勻制成3個(gè)φ39.1×80mm的圓柱體平行試樣，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。得到14天和28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度如表3所示：
表3土樣2固化強(qiáng)度表
實(shí)施例3
取有機(jī)質(zhì)含量為7.1％，含水量為91.1％的淤泥質(zhì)土樣3，在試驗(yàn)前，去除土樣雜質(zhì)，稱取600g土樣，按配比添加不同量的淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑(各組分的重量百分比為：水泥46％，礦渣34％，粉煤灰15％，三乙醇胺5％)，將混合物攪拌均勻制成3個(gè)φ39.1×80mm的圓柱體平行試樣，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。得到14天和28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度如表4所示：
表4土樣3固化強(qiáng)度表
實(shí)施例4
取有機(jī)質(zhì)含量為7.5％，含水量為95.4％的淤泥質(zhì)土樣，在試驗(yàn)前，去除土樣雜質(zhì)，稱取600g土樣，按配比添加不同量的淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑(各組分的重量百分比為：水泥46％，礦渣34％，粉煤灰15％，三乙醇胺5％)，將混合物攪拌均勻制成3個(gè)φ39.1×80mm的圓柱體平行試樣，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。得到14天和28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度如表5所示：
表5土樣4固化強(qiáng)度表
實(shí)施例5
取有機(jī)質(zhì)含量為8％，含水量為103.2％的淤泥質(zhì)土樣，在試驗(yàn)前，去除土樣雜質(zhì)，稱取600g土樣，按配比添加不同量的淤泥質(zhì)土復(fù)合固化劑(各組分的重量百分比為：水泥46％，礦渣34％，粉煤灰15％，三乙醇胺5％)，將混合物攪拌均勻制成3個(gè)φ39.1×80mm的圓柱體平行試樣，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。得到14天和28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度如表6所示：
表6土樣5固化強(qiáng)度表