用于深层搅拌淤泥质土的固化剂及其制备方法、使用方法与流程

1.本发明涉及淤泥质土固化剂领域，尤其涉及一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂及其制备方法。


背景技术：

2.广东地区，软土地质分布较为广泛和突出，因此公路、轨道工程的建设必须采取相应地基加固措施以保证工程的安全性和耐久性。水泥土搅拌法因成桩稳定性好、侧向挤出少、对周边环境影响小等优势而被广泛用于道路工程、桥梁工程、水闸、港口等的软弱地基处理。
3.传统水泥搅拌桩通常将水泥作为固化剂，使软土硬结以提高地基强度，但是软土含水量高、孔隙比大、强度低、变形大、固结时间长等特点，水泥在土中水化环境恶劣，难以形成致密、稳固的胶凝性水化产物，强度上存在严重不足，导致有效桩长相对较短，难以达到较好的成桩效果。水泥在加固高含水率状态下的土壤时，效果不理想甚至没有效果。
4.另一方面，造纸厂在苛化过程中会产生大量的白泥废渣，我国每年造纸所产生的白泥量约为 300万吨，目前资源化利用不高。由于绿色环保、安全性好等优势，镁基无机胶凝材料类的装修板材近年来在建筑行业被广泛应用，但是镁基装修板材在生产过程中因切割、抛光等工序会产生大量的废料，目前以随地堆放为主，没有得到广泛的回收利用。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂，其强度高，抗渗性强。
6.本发明还要解决的技术问题在于，提供一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂的制备方法。
7.本发明还要解决的技术问题在于，提供一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂的使用方法。
8.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂，包括以下重量份的组分：水泥30~40份，造纸白泥30~40份，镁基板材废料20~40份；上述各组分的重量份之和为100份；所述镁基板材废料中mgo含量≥30wt%。
9.作为上述技术方案的改进，所述造纸白泥中cao的含量≥40wt%，其烧失量≥20wt%。
10.作为上述技术方案的改进，所述造纸白泥的化学成分包括：sio25~9wt%，cao 40~55wt%，mgo 1~5wt%，al2o
3 1~10wt%，fe2o
3 1~5wt%，loi 25~35wt%。
11.作为上述技术方案的改进，所述镁基板材废料的烧失量≤50wt%。
12.作为上述技术方案的改进，所述镁基板材废料为玻镁板废料，其化学成分为：
sio
2 1~15wt%，cao 1~10wt%，mgo 30~45wt%，al2o
3 0~5wt%，fe2o
3 0~5wt%，so
3 0~10wt%，loi 30~50wt%。
13.作为上述技术方案的改进，所述造纸白泥的最大粒径≤80μm，所述镁基板材废料的最大粒径≤80μm。
14.相应的，本发明还公开了一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂的制备方法，用于制备上述的用于深层搅拌淤泥质土的固化剂，其包括：将水泥30~40重量份，造纸白泥30~40重量份，镁基板材废料20~40重量份混合，再加入水9~12重量份，混合均匀后得到固化剂成品。
15.相应的，本发明还公开了一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂的使用方法，其包括以下步骤：（1）将三轴搅拌桩机的钻杆下沉至预设桩深；（2）将第一预设量的固化剂喷浆至待固化的淤泥质土中，边喷浆边搅拌并提升所述钻杆至预设高度；（3）将第二预设量的固化剂喷浆至步骤（2）得到的淤泥质土中，边喷浆边搅拌并下沉所述钻杆至预设桩深；（4）将所述钻杆提出地面；其中，所述固化剂为上述的用于深层搅拌淤泥质土的固化剂。
16.作为上述技术方案的改进，所述第一预设量为淤泥质土干重的10~15%，所述第二预设量为淤泥质土干重的5~10%。
17.作为上述技术方案的改进，步骤（1）中，钻杆下沉速度＜0.8m/min；步骤（2）中，钻杆提升速度＜1.2m/min，喷浆压力为0.8~1.0mpa，搅拌速度为20~30rpm，所述预设高度为桩顶标高0.2~0.35m；和步骤（3）中，钻杆下沉速度＜0.8m/min，喷浆压力为0.8~1.0mpa，搅拌速度为20~30rpm。
18.实施本发明，具有如下有益效果：1. 本发明采用造纸白泥、镁基板材废料和水泥制备了用于深层搅拌淤泥质土的固化剂。其中，造纸白泥中的cao可与自由水生成氢氧化钙，发生体积膨胀填充淤泥质土内部孔隙。镁基板材废料中的mgo可在造纸白泥的激发下与自由水反应形成氢氧化镁，同样可起到膨胀作用；两者协同，有效提升了固化强度和抗渗性。同时，本发明的固化剂配方简单，仅含有三种原料；并且采用废料造纸白泥和镁基板材废料替代水泥，从而有效降低固化剂的成本。
19.2. 本发明采用特定成分的造纸白泥和镁基板材废料，其含有大量的微小纤维，可提升固化强度。同时，通过造纸白泥、镁基板材废料、水泥的配合，可使得固化强度快速提升，从而快速固化淤泥质土，有效缩短施工工期。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式对本发明作进一步地详细描述。
21.本发明提供一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂，其包括以下重量份的组分：水
泥30~40份，造纸白泥30~40份，镁基板材废料20~40份；上述各组分的重量份之和为100份。
22.其中，水泥为硅酸盐水泥，具体的可选用po42.5水泥、po52.5水泥，但不限于此。具体的，水泥的用量为30~40份，示例性的为31份、33份、35份、38份或39份，但不限于此。
23.其中，造纸白泥是造纸厂的废渣，其含有大量的微小纤维，可提高固化强度。造纸白泥含碱量高，氧化钙含量高，其有以下三个作用：1）可与淤泥质土中的自由水发生化学反应生成氢氧化钙，发生体积膨胀填充淤泥质土内部孔隙，从而提高固化强度；2）生成的氢氧化钙可以调节软土ph特性，提高软土ph值，有利于水泥水化产物的生成以及稳定，从而提高固化强度；3）碱性的造纸白泥可以与镁基板材废料发生化学反应，激发镁基板材废料中的氧化镁发生化学反应生成氢氧化镁，体积膨胀可填充软土内部孔隙，从而提高固化土的强度，由于氢氧化钙和氢氧化镁等膨胀性物质对淤泥土内大量孔隙的填充，显著提升了固化土的密实性，固化土的抗渗性及抗冻融性能也因此得到显著提升。此外，造纸白泥中含有大量的微小纤维，也可起到提升固化强度的作用。
24.具体的，造纸白泥中cao的含量≥40wt%，其烧失量≥20wt%，这种造纸白泥一者生成的氢氧化钙的量较多，二者纤维含量较高。需要说明的是，烧失量是指在900℃灼烧至恒重后的质量损失率。
25.优选的，在本发明的一个实施例中，造纸白泥的化学成分包括：sio26~9wt%，cao 40~55wt%，mgo 1~5wt%，al2o
3 1~10wt%，fe2o
3 1~5wt%，loi 25~35wt%。
26.具体的，造纸白泥的最大粒径≤80μm，其平均粒径为20~30μm。
27.具体的，造纸白泥的用量为30~40份，示例性的为31份、33份、35份、37份、39份或40份，但不限于此。
28.其中，镁基板材废料是镁基板材切割、抛光产生的废料，其含有大量的mgo，可以被碱性的造纸白泥激发活化发生化学反应，生成具有膨胀特性的氢氧化镁，从而填充淤泥质土内部大量的孔隙，提高固化强度。此外，镁基板材废料中也含有木屑、玻璃纤维等纤维，可提升固化强度。
29.具体的，镁基板材废料中mgo的含量≥30wt%，其烧失量≤50wt%。这种成分的镁基板材废料生成的氢氧化镁更多。
30.优选的，在本发明的一个实施例中，镁基板材废料为玻镁板废料，其化学成分为：sio
2 1~15wt%，cao 1~10wt%，mgo 30~45wt%，al2o
3 0~5wt%，fe2o
3 0~5wt%，so
3 0~10wt%，loi 30~50wt%。
31.具体的，镁基板材废料的最大粒径≤80μm，其平均粒径为20~30μm。
32.具体的，镁基板材废料的用量为20~40份，示例性的为22份、24份、26份、30份、32份、36份或38份，但不限于此。
33.相应的，本发明还公开了一种上述用于深层搅拌淤泥质土的固化剂的制备方法，其包括，将水泥30~40份，造纸白泥30~40份，镁基板材废料20~40份混合均匀，再加入水9~12份，混合均匀后得到固化剂成品。
34.相应的，本发明还公开了一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂的使用方法，其包括：（1）将三轴搅拌桩机的钻杆下沉至预设桩深；其中，预设桩深根据具体的淤泥质土情况确定。具体的，钻杆下沉速度＜0.8m/
min。示例性的可为0.5m/min、0.6m/min、0.7m/min或0.75m/min，但不限于此。
35.（2）将第一预设量的固化剂喷浆至待固化的淤泥质土中，边喷浆边搅拌并提升所述钻杆至预设高度；具体的，钻杆提升速度＜1.2m/min，示例性的为0.5m/min、0.7m/min、0.9m/min、1.1m/min或1.15m/min，但不限于此。
36.具体的，喷浆压力为0.8~1.0mpa，示例性的为0.8mpa、0.85mpa或0.9mpa，但不限于此。
37.具体的，搅拌速度为20~30rpm，示例性的为22rpm、24rpm、26rpm或28rpm但不限于此。
38.具体的，预设高度为桩顶标高0.2~0.35m，但不限于此。
39.具体的，第一预设量为淤泥质土干重的10~15%，示例性的为11%、13%、14%或14.5%，但不限于此。
40.（3）将第二预设量的固化剂喷浆至步骤（2）得到的淤泥质土中，边喷浆边搅拌并下沉所述钻杆至预设桩深；具体的，钻杆下沉速度＜0.8m/min，示例性的可为0.5m/min、0.6m/min、0.7m/min或0.75m/min，但不限于此。
41.具体的，喷浆压力为0.8~1.0mpa，示例性的为0.8mpa、0.85mpa或0.9mpa，但不限于此。
42.具体的，搅拌速度为20~30rpm，示例性的为22rpm、24rpm、26rpm或28rpm但不限于此。
43.具体的，第二预设量为淤泥质土干重的5~10%，示例性的为5%、5.5%、7%、8%或9.5%，但不限于此。
44.（4）将钻杆提出地面。
45.需要说明的是，本技术中的份均为重量份。
46.下面以具体实施例对本发明进行说明：下述实施例中深层取样的淤泥质土取自佛山市某工程项目，经地质勘探队在地下垂直深度15米附近抽取淤泥质土样品，经检测其物理力学性质指标如下表所示：实施例1本实施例提供一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂，其配方如下：
po42.5水泥 30份，造纸白泥40份，镁基板材废料30份。
47.其中，造纸白泥的化学成分为：sio26.21wt%，k2o 3.16wt%，cao 60.52wt%，mgo 0.85wt%，al2o35.25wt%，fe2o
3 1.21wt%，loi 22.8wt%。
48.镁基板材废料的化学成分为：sio22.41 wt %，cao 0.1 wt %，mgo 44.72wt%，so30.52wt%，loi 52.25wt%。
49.实施例2本实施例提供一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂，其配方如下：po42.5水泥 30份，造纸白泥40份，镁基板材废料30份。
50.其中，造纸白泥的化学成分为：sio26.21wt%，k2o 3.16 wt %，cao 60.52wt%，mgo 0.85wt%，al2o35.25wt%，fe2o
3 1.21wt%，loi 22.8wt%。
51.镁基板材废料的化学成分为：sio210.15 wt %，cao 6.56 wt %，mgo 41.82wt%，al2o34.05wt%，fe2o32.47wt%，loi 34.95%。
52.实施例3本实施例提供一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂，其配方如下：po42.5水泥 30份，造纸白泥40份，镁基板材废料30份。
53.其中，造纸白泥的化学成分为：sio28.64wt%，cao 50.18wt%，mgo 3.17wt%，al2o34.25wt%，fe2o32.81wt%，loi 30.95wt%。
54.镁基板材废料的化学成分为：sio210.15wt%，cao 6.56wt%，mgo 41.82wt%，al2o34.05wt%，fe2o32.47wt%，loi 34.95%。
55.实施例4本实施例提供一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂，其配方如下：po42.5水泥 30份，造纸白泥35份，镁基板材废料35份。
56.其中，造纸白泥的化学成分为：sio26.56wt%，cao 42.68wt%，mgo 4.86wt%，al2o38.52wt%，fe2o33.58wt%，loi 33.8wt%。
57.镁基板材废料的化学成分为：sio22.88wt %，cao 4.2wt %，mgo 37.44wt%，so38.55wt%，loi 46.93wt%。
58.实施例5本实施例提供一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂，其配方如下：po42.5水泥 30份，造纸白泥40份，镁基板材废料30份。
59.其中，造纸白泥的化学成分为：sio26.56wt%，cao 42.68wt%，mgo 4.86wt%，al2o38.52wt%，fe2o33.58wt%，loi 33.8wt%。
60.镁基板材废料的化学成分为：
sio210.15wt%，cao 6.56wt%，mgo 41.82wt%，al2o34.05wt%，fe2o32.47wt%，loi 34.95%。
61.对比例1本实施例作为固化剂的对照组，提供po42.5水泥作为深层搅拌淤泥质土的固化剂。
62.实施例6本实施例提供一种用于深层搅拌淤泥质土的固化剂的使用方法，具体包括以下步骤：（1）先将水泥、造纸白泥和镁基板材废料依次加入搅拌机中，以500r/min转速低速搅拌3分钟至混合均匀，之后以0.7的水灰比加入所需量的拌合水，以1000r/min转速高速搅拌5分钟至浆液均匀，待压浆前将固化剂浆液倒入储浆桶中。
63.（2）启动三轴搅拌桩机，以0.6m/min的速度下沉钻杆至要求桩深。
64.（3）启动高压注浆泵利用三轴搅拌桩机将固化剂浆液喷入至地基深处的淤泥质土中，边喷浆边搅拌并提升钻杆，提升至桩顶标高0.3米左右停止喷浆。
65.其中，提升速度为1m/min，喷浆压力为0.9mpa，搅拌速度为25rpm。
66.（4）继续下沉钻杆，边搅拌边喷浆至设计深度。
67.其中，下沉速度为0.6m/min，喷浆压力为0.9mpa，搅拌速度为25rpm。
68.（5）将钻杆提出地面，填写记录牌，分别在第7天、第14天和28天后抽样检测强度。
69.试验例将实施例1~5、对比例1的固化剂采用实施例6的方法使用，分别在第7天、第14天和28天后抽样检测无侧限抗压强度、渗透系数、以及不同冻融循环次数下固化土无侧限抗压强度损失率。具体结果如下表：以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。