[发明专利]一种高含水率软土固化剂及其应用

说明书

本发明公开了一种高含水率软土固化剂及其应用，该固化剂包含膨胀组分和胶凝组分，膨胀性组分包括硫铝酸盐水泥熟料、石膏和石灰，胶凝组分为普通硅酸盐水泥；其中膨胀组分与胶凝组分的质量比为0～100∶100～0，膨胀组分中的硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰的质量比为40～60∶32～48∶8～12；该固化剂可应用于固化含水率为50％～150％的高含水率淤泥质土、砂质土或粉土，软土固化的施工工艺采用双液浆注浆系统的深层搅拌桩、高压旋喷桩等施工方法。本发明解决了固化剂中钙矾石与C‑S‑H凝胶的生成量、生成速度的协调性；充分利用了膨胀组分吸水、钙矾石填充孔隙和挤密软土以及C‑S‑H凝胶胶结性能的作用。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种软土固化剂，尤其涉及一种高含水率软土固化剂及其应用。

背景技术

软土一般是指在静水或缓慢水流环境中沉积的饱和软弱粘性土，常见的软土类型有淤泥、淤泥质土、软粘性土、泥炭、泥炭质土等。软土具有高含水率、大孔隙比、低强度、高压缩性、低渗透系数、高灵敏度、结构性、高盐分、高有机质等工程特性，常处于流塑或者软塑状态。

高含水率软土的含水率大于液限且孔隙比大于等于1.0，绝大部分水分以自由水形式存在于土壤颗粒之间，使土壤颗粒间的摩擦力维持在较低水平，因此软土的工程性能很差。软土固化剂可与软土中的自由水发生水化反应，使软土中部分自由水转化为化学结合水，同时水化产物能直接胶结在软土中土壤颗粒表面，将土壤颗粒凝结成整体、坚实、稳定、持久的板块结构，大大增加软土的承载力。

软土固化剂按其主要成分可分为钙基固化剂(水泥、石灰、粉煤灰、矿渣等)和非钙基固化剂(离子型固化剂、酶类固化剂、聚合物固化剂等)。目前国内应用较多的软土固化剂主要有水泥、石灰、粉煤灰等。但对于高含水率软土，普通软土固化剂需要很高掺量时才能胶结土壤，或强度很低，或根本无法凝固。从已有的专利固化剂成分来看，提高钙基固化效果的措施主要有以下几种方式：措施一是对固化剂成分进行物理粉磨提高其水化活性；措施二是通过碱激发提高其水化活性；措施三是成分中含有能生成膨胀性钙矾石的含活性硫组分和含活性铝组分。其中措施一和措施二相对较成熟，也得到了行业内的一致认可；而措施三在行业内存在较大的争议，如何充分有效利用钙矾石对固化土的膨胀性能，成为措施三的关键。

钙矾石类固化剂的最典型的特征是水化反应能吸收大量自由水且生成的膨胀性钙矾石可以起到填充孔隙和挤密软土的作用，进而提高固化土的强度。但固化剂的设计和使用不当可能会出现以下两个问题：其一是软土含水率较低时，自由水相对较少，早期钙矾石水化反应开始后，固化土强度明显提高和压缩性能明显降低，后期生成的钙矾石的膨胀应力不仅没有起到填充孔隙和挤密软土的作用反而会导致先期已固化的土体开裂，强度下降，说明纯钙矾石类固化剂并不适用于低含水率软土；其二是水化产物既含有钙矾石和C-S-H凝胶时，后期生成的膨胀性钙矾石可能破坏先期生成的C-S-H凝胶，导致已经固化的土体膨胀开裂，强度下降，说明钙矾石与C-S-H凝胶的生成量、生成速度的协调性很重要。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种高含水率软土固化剂，可以固化高含水率软土，解决固化剂中钙矾石与C-S-H凝胶的生成量、生成速度的协调性问题，充分利用膨胀组分吸水、钙矾石填充孔隙和挤密软土以及C-S-H凝胶胶结性能的作用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高含水率软土固化剂，包含膨胀组分和胶凝组分，所述膨胀性组分包括硫铝酸盐水泥熟料、石膏和石灰，所述胶凝组分为普通硅酸盐水泥；其中，膨胀组分与胶凝组分的质量比为0～100∶100～0，膨胀组分中的硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰的质量比为40～60∶32～48∶8～12。