CN103539389A - 海水混浆水泥土的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的海水混浆水泥土的制备方法，先将海水与水泥加入到混浆池内混浆，再注入地层与淤泥进行搅拌；水泥的使用质量是淤泥质量的10~20%，海水与水泥的质量比为1~1.2︰2；在混浆时加入细度为0.1μm~0.2μm的超细硅灰为掺和料，掺和料与水泥的质量比为1︰4~5；小苏打和磷酸氢钠按质量比为1︰1~2混合的复合物为激发剂和缓蚀剂，按在海水中的质量g与体积ml比为0.5~1%的量先溶于海水中再进入混浆。与现有技术相比，本发明对海水中硫酸盐类、氯盐类和镁盐对于水泥土的侵蚀作用有全面的抑制作用，膨胀增长量不超过10%，并使获得的水泥土强度不仅未受影响还可提高约50%，更可免除海水对机具的侵蚀作用。

Description

海水混浆水泥土的制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种海水混浆水泥土的制备方法。

背景技术

滩涂应用开发作为实施海洋开发战略的重要环节，正在沿海地区广泛开展，但由于沿海地区广泛分布着淤泥质软土，土质软弱、强度极低，在地基处理和基坑工程中往往要采用水泥土搅拌桩作为地基加强和基坑维护的手段。水泥土是由水泥浆经泥浆泵注入地层与淤泥进行搅拌，利用水泥浆液与土体的硬凝反应形成的，该水泥土固化后便形成水泥土，可用于地基加强或基坑维护。而海水混浆水泥土就是采用海水与水泥混合形成海水水泥浆，然后与淤泥土搅拌所获得的地基处理材料。在制备海水混浆水泥土时是直接抽取海水，经简单处理净化后进入混浆池使用的。但由于海水中含有大量的氯离子、硫酸根离子、镁离子等腐蚀成分，会影响到水泥土的固化并影响所形成的固结体的强度和耐久性，造成海水作用下的淤泥土固结体性质不稳定、强度低、膨胀量大、易受侵蚀，同时由于海水的掺加，还会造成机具产生腐蚀作用，不妥当处理会造成机具损耗加大。

有研究表明，海相沉积软土中所含的硫酸盐类、氯盐类和镁盐对于水泥土有侵蚀作用，这些侵蚀作用的产生与其化学反应的产物有密切关系。硫酸盐类与水泥作用生成石膏及水化硫铝酸钙（钙钒石），过多的钙钒石引起水泥土膨胀，从而造成水泥土局部开裂或胀开，钙钒石的形成是影响水泥土固化的一个重要因素；氯盐类与水泥土中的氢氧化钙反应生成的氯化钙易溶于水；镁盐与水泥土中的氢氧化钙反应除生成氯化钙外还会生成质地松软无胶结力的氢氧化镁等物质，加剧对水泥土的侵蚀。

目前，有一些与上述问题相关的解决方案，如“搅拌法加固海相软土水泥外掺剂的选择”（《 岩土工程学报》，裴向军等，2000，22（3））、“防治海水对水泥土侵蚀的试验研究”（《长春工程学院学报（自然科学版）》，裴向军等，2000，1（1））公开了采用添加活性硅抑制钙钒石生成的方法来防治海相沉积软土中高矿化度离子对水泥土侵蚀的技术措施，但加固后水泥土的强度偏低。“水泥及其外加剂固化天津海积软土的试验研究”（《 岩土力学》，杨爱武等，2007，28（9））公开了外加工业烧碱提高海相沉积土的碱性环境，抑制钙钒石的生成，提高水化硅酸钙的含量的技术措施，取得了较好的加固效果，但造成了土体呈强碱性。还有以石灰作为外加剂提高海相软土的加固强度的技术公开，但该方法会加剧硫酸盐侵蚀，应用受到限制。

上述研究中均只注意到了海相沉积软土中所含的离子成分对于水泥土固化不利的一面，被动的处理海相沉积软土地基。

发明内容

针对上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是主动利用海水中离子对于水泥土固化有利的一面，在应用中既要全面克服海水中硫酸盐类、氯盐类和镁盐对于水泥土的膨胀和侵蚀作用，又要使获得的水泥土保持强度和线膨胀率等品质，还要使获得的海水混浆水泥浆液具备缓蚀作用，从而提供一种海水混浆水泥土的制备方法。

本发明提供的海水混浆水泥土的制备方法，先将海水与水泥加入到混浆池内混浆，混浆时加入外加剂，然后注入地层与淤泥进行搅拌；其中水泥的使用质量是淤泥质量的10~20%，海水与水泥的质量比为1~1.2︰2；所说外加剂为掺和料、激发剂和缓蚀剂，其中掺和料是其细度为0.1μm~0.2μm的超细硅灰，在混浆时加入，其加入量为掺和料与水泥的质量比为1︰4~5，激发剂和缓蚀剂是小苏打和磷酸氢钠按质量比为1︰1~2混合的复合物，先溶于海水中再进入混浆，激发剂和缓蚀剂的使用量是在海水中的质量g与体积ml比为0.5~1%。

用海水代替了淡水制备混浆水泥土，海水中的SO₄ ^2-离子与水泥反应产生适量的水化硫铝酸钙具有早强作用，氯离子的存在能提高水化硫铝酸钙的溶解度，阻止其晶体生长，从而削弱膨胀作用，海水中的阳离子Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子能加强水泥与淤泥土的离子交换作用，生成更多的结晶化合物，有利于固化土的强度提高和耐水性能。

本发明在海水混浆水泥土中掺加超细硅灰，由于硅灰的颗粒小且具有很高的活性，可以增强水泥土的火山灰效应，提高胶结作用并起到填充作用从而提高胶凝组分的密实度，而由于超细硅灰消耗了体系中的钙离子，使水泥土中的离子交换作用降低，但总体上在掺量不高时可以提高强度并能够较好的控制体系的膨胀作用。超细硅灰具有极强的表面活性，可以有效抑制水泥土膨胀，单掺硅灰的海水混浆水泥土膨胀量与淡水混浆水泥土接近。

本发明在采用添加小苏打和磷酸氢钠复合物作为激发剂来加强离子交换作用和二次反应，在合理的浓度水平下，可以激发海水中离子的化学反应，增强了化学键强度，促进了结晶体的生长，有效地增加结晶度，从而使水泥土的强度大幅提高，并且膨胀也可以控制在合理范围内。与不加激发剂相比，28天无侧限抗压强度可以提高约50%，28天抗拉强度和抗折强度可以提高约30%，从而大大节约水泥用量。所添加的小苏打和磷酸氢纳复合物，还可以和水泥浆液一起形成有效的缓蚀作用，减缓海水中氯离子、硫酸根离子等腐蚀性离子对以钢材为主的机具的腐蚀作用，从而满足机具防腐的要求，阻止这种腐蚀所产生的不利影响。

本发明提供的海水混浆水泥土的制备方法，通过添加掺和料、激发剂和缓蚀剂，使获得的海水混浆水泥土具有强度高、膨胀低的特点，在海岛、沿海围垦区可节约淡水、方便施工。海水混浆水泥土强度高，可以有效提高维护结构的施工质量。海水混浆水泥土的膨胀量在可控范围内，不会对工程产生不利影响，适量的膨胀反而是提高工程质量的有效方式。配方同时具有激发强度和减缓腐蚀作用，无需对现有机具做其他任何处理即可应用。与现有技术相比，本发明对海水中硫酸盐类、氯盐类和镁盐对于水泥土的侵蚀作用有全面的抑制作用，膨胀增长量不超过10%，并使获得的水泥土强度不仅未受影响还可提高约50%，更可免除海水对机具的侵蚀作用。

所述超细硅灰为炼钢工业废料超细硅灰，其中含无定型的二氧化硅按质量百分比计在95%以上，比表面积为15~27m²/g。

所用海水先进行净化、过滤，达到无杂质和含泥量的质量g与体积ml比在1%以内，所说杂质是指漂浮物及生物体。

具体实施方式

海水混浆水泥土的制备方法的全过程是：

①抽提海水→海水过滤→沉淀→蓄水池备用；

进入蓄水池的海水已滤去杂质并使含泥量降低至1%（

）。

②根据设计桩体的参数预估淤泥土总量，设定好钻机速度和浆液喷射速率，钻机预搅下沉。

③计算水泥的使用量和海水使用量；

水泥的使用量是淤泥量的10~20%（质量百分比）；

海水使用量是水泥使用量的0.5~0.6倍（质量比）。

④用潜水泵将在③步算得的海水从蓄水池中泵入混浆池，加入激发剂和缓蚀剂溶解；

激发剂和缓蚀剂是小苏打和磷酸氢钠按质量比为1︰1~2混合的复合物；

激发剂和缓蚀剂的使用量按激发剂和缓蚀剂在海水中的浓度为0.5%~1%（

）计。

⑤在混浆池中加入掺和料超细硅粉并加入在③步算得的水泥进行搅拌；

其中水泥采用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，强度等级标号325、425和525；

水泥+掺和料的比例按质量比计为4~5︰1；

掺和料使用其细度为0.1μm~0.2μm、比表面积为15~27m²/g的炼钢工业废料超细硅灰，其中含无定型的二氧化硅按质量百分比计在95%以上。

⑥用水泥浆泵将水泥+掺和料+激发剂和缓蚀剂+海水的混合均匀的浆液通过水泥搅拌桩机具的注浆管注入地层，边搅拌边提升注浆，从而形成圆柱形海水混浆水泥土，待固化后形成水泥搅拌桩。

Claims (3)

1.一种海水混浆水泥土的制备方法，先将海水与水泥加入到混浆池内混浆，混浆时加入外加剂，然后注入地层与淤泥进行搅拌；其特征是水泥的使用质量是淤泥质量的10~20%，海水与水泥的质量比为1~1.2︰2；所说外加剂为掺和料、激发剂和缓蚀剂，其中掺和料是其细度为0.1μm~0.2μm的超细硅灰，在混浆时加入，其加入量为掺和料与水泥的质量比为1︰4~5，激发剂和缓蚀剂是小苏打和磷酸氢钠按质量比为1︰1~2混合的复合物，先溶于海水中再进入混浆，激发剂和缓蚀剂的使用量是在海水中的质量g与体积ml比为0.5~1%。

2.如权利要求1所述的海水混浆水泥土的制备方法，其特征是所述超细硅灰为炼钢工业废料超细硅灰，其中含无定型的二氧化硅按质量百分比计在95%以上，比表面积为15~27m²/g。

3.如权利要求1所述的海水混浆水泥土的制备方法，其特征是所用海水先进行净化、过滤，达到无杂质和含泥量的质量g与体积ml比在1%以内，所说杂质是指漂浮物及生物体。