[发明专利]一种用于加固软弱地基的火山灰水泥碎石桩

说明书

技术领域

本发明涉及地基加固，特别涉及一种用于加固软弱地基的火山灰水泥碎石桩。

背景技术

在软弱地基加固工程中，CFG桩是常用的加固方法。CFG桩是水泥粉煤灰碎石混合料(桩)的简称，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的具有较高粘结强度的桩体。CFG桩体中的骨架为碎石，并掺用少量石屑，采用大量的粉煤灰，减少了水泥用量，降低成本；同时，掺入粉煤灰后可明显增强桩体的后期强度。因而CFG混合料是一种较廉价适用的新型建筑材料，大量应用于对承载力要求较高的重要工程中。CFG桩一般处于潮湿的地下环境中，通常是与地下环境水、土壤盐类介质等相互接触。一般而言，环境水由于来源复杂，包括来自天然的、地层的以及人为生活污水等，因而组成也较为复杂，它们在水中形成了侵蚀性离子，如SO₄^2-、HCO₃^-、CO₃^2-、H⁺等。CFG混合料的组成及其服役环境特点，使得其与环境之间发生复杂的物理、化学作用。根据CFG桩的原材料组成、水化产物及建筑材料物理化学原理可知，CFG桩经受上述环境水的侵蚀主要是以化学侵蚀为主，其中包括硫酸盐、二氧化碳和酸性侵蚀等，通常在CFG桩中的粉煤灰可以提高桩体抵抗环境水中有害离子的侵蚀。

但是随着近年来基础设施建设规模的增加，粉煤灰等原材料呈现供不应求的现状，有的地区，如我国云南、东北和海南等地区，甚至买不到粉煤灰，但是这些地区有丰富的火山灰资源。因此开发具有地方特色且满足建设工程要求的火山灰质原材料具有迫切的意义，特别是在侵蚀性环境条件，攸关工程建设的顺利进行和工程结构质量及服役寿命。

基于云南保山地区火山灰资源丰富的特点，并结合沿线铁路工程服役环境特点，如能利用当地火山灰取代粉煤灰作为CFG桩的原材料，并制备水泥火山灰碎石混合料(cement pozzolan gravel)CPG桩应用软弱地基加固工程，对于开拓新的建筑材料资源、缓解工程建设过程中传统建筑原材料资源短缺的压力具有重要的现实意义。

火山灰是火山喷发时随同熔岩一起喷发的大量熔岩碎屑和粉尘沉积在地表面或水中形成松散或轻度胶结的物质，具有玻璃体结构，有一定的化学活性，其活性组分SiO₂和Al₂O₃，能分别与水泥熟料水化产生的高碱性的水化硅酸钙凝胶和Ca(OH)₂发生反应，即火山灰效应，其化学反应如式如下：

xCa(OH)₂+SiO₂+mH₂O——xCaO·SiO₂·nH₂O

yCa(OH)₂+Al₂O₃+mH₂O——yCaO·Al₂O₃·nH₂O

式中：x、y值决定于氢氧化钙与活性氧化硅及活性Al₂O₃的比例、环境温度以及反应所延续的时间等，一般为1或稍大，n值一般为1～2.5。

在Ca(OH)₂和SiO₂相互作用的过程中，无定性的硅酸吸收了钙离子，开始形成不定成分的吸附系统，然后形成无定形的水化硅酸钙，再经过较长一段时间后慢慢转变为微晶体或凝胶。氢氧化钙与活性氧化铝相互作用形成水化铝酸钙。当液相中有石膏存在时，水化铝酸钙与石膏反应生成水化硫铝酸钙。这些水化物发生凝结硬化后，具有一定强度。然而，火山灰颗粒具有疏松多孔，内比表面积大，易吸水、易反应，干缩较大；同时，不同火山灰的化学组成变化较大，特别是活性Al₂O₃含量各异，不少火山灰掺入水泥基材料后导致其抗硫酸盐侵蚀性能较差。上述方面使得火山灰在应用中存在一定的技术风险。如何减少或避免天然火山灰的上述不足是促进火山灰进一步高效利用亟需开展的研究课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于加固软弱地基的火山灰水泥碎石桩，将水泥火山灰碎石混合料使用于软弱地基加固技术中，充分利用了建设工程当地丰富的火山灰资源，克服了粉煤灰资源不足的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：