專利名稱：地基處理組合物及其地基注入施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軟弱地基、漏水地基等的地基處理組合物及其施工方法；具體而言，本發(fā)明涉及一種主要由高爐灰、鋼渣組成的地基組合物材料，以及利用該地基組合物材料的地基注入施工方法。
背景技術(shù)：
地基加固或改良工程是指在土體中加入地基處理材料并與地基發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，從而使地基固化或改良的工程。地基處理材料廣泛應(yīng)用于此類地基加固或改良工程。目前，地基處理材料在國外發(fā)展較快，在美、俄、日、澳、德、加以及南非等國的大中型工程，例如鐵路、機(jī)場、高速公路、港口、市政建設(shè)等工程中均已經(jīng)得到大量的運用， 并且業(yè)已形成相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)業(yè)規(guī)模，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。目前國內(nèi)主要適用的地基處理材料主要是沿用水泥、石灰、粉煤灰或者這些材料的簡單混合物。此類傳統(tǒng)的地基處理材料一般都存在早期強(qiáng)度不高、強(qiáng)度調(diào)節(jié)范圍小、水穩(wěn)定性差等缺點。國內(nèi)對地基處理材料的開發(fā)目前尚處于初級階段，可列舉的專利申請有 CN1136622A、CN1356435A、CN1557759A、CN1687535A, CN101265060A 等。并且專利申請中所公開的地基處理材料并未完全克服傳統(tǒng)材料所存在的缺陷，難以處理諸如我國東南沿海、 沿江地區(qū)的軟土地基。初步檢索得到的近年來國外相關(guān)領(lǐng)域的申請可列舉的有US2005103707A、 JP2004346306A、JP2000265455A、JP2007217453A、JP2009203740A、JP2000280231A、 JP2004149685A,JP平10-237446A等。例如JP2004149685A公開了一種帶有水泥的灌漿材料，用來加強(qiáng)地基和截水效果。然而當(dāng)?shù)鼗鶠榧?xì)砂、淤泥或者粘土?xí)r，存在滲透性小、灌漿困難等問題。JP平10-237446A公開了一種在水泥和膨潤土中添加高吸水性樹脂的地基處理材料，但是高吸水性樹脂材料價格昂貴，另外應(yīng)用該材料使得灌漿施工也受到影響。為了解決上述技術(shù)問題，本申請的發(fā)明人開發(fā)了一種價格相對便宜、性能良好并且適用于我國沿海以及沿江軟土質(zhì)地基、特別是淤泥、砂土質(zhì)地基適用的地基處理材料。該地基處理處理材料的主要成分是鋼渣和粉煤灰等煉鋼等的工業(yè)副產(chǎn)品和廢棄物。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，本發(fā)明的第一個目的是提供一種主要由鋼渣和粉煤灰組成的地基處理組合物材料。另外，本發(fā)明的第二個目的是提供一種專門適用于上述地基處理組合物材料的注入施工方法。針對本發(fā)明的第一目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明使用鋼渣、粉煤灰、硅灰、生石灰作為地基處理組合物的基本組分，其中各基本組分的含量(重量分?jǐn)?shù))優(yōu)選如下鋼渣(含量計為A) :25-75
粉煤灰(含量計為B) :15-65生石灰(含量計為C) :C = ΑΧΟ. 05+ΒΧ (0· 05-0. 1)硅灰(含量計為D) :D = AX (0. 05-0. 15)+BX (0. 05-0. 1)水玻璃(含量計為E) 1-3鋁酸鈣(含量計為F) =F = (A+B) X (0. 02-0. 1)石膏(含量計為G) =G = (A+B) X (0· 02-0. 1)二乙醇胺(含量計為 H) =H = (A+B) X (0. 02-0. 05)其中的“_”表示范圍，不能解釋為減法算符；其中的“X”表示乘法算符；其中的 “ + ”表示加法算符；權(quán)利要求書中也作同樣的解釋。另外根據(jù)需要還可以分別添加占地基處理組合物總質(zhì)量為0.02-0. 25wt%分散劑、表面活性劑、抗凍劑、減水劑等組分。本發(fā)明的地基處理組合物滲透性以及耐久性優(yōu)良、強(qiáng)度適中，因此能夠廣泛應(yīng)用于柔軟地基的處理工程中。具體來說，本發(fā)明所述的鋼渣是指煉鋼時產(chǎn)生的一種廢渣，其主要成分是金屬爐料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蝕的爐襯料、補(bǔ)爐材料、金屬爐料帶入的雜質(zhì)和為調(diào)整鋼渣性質(zhì)而特意加入的造渣材料，如石灰石、白云石、鐵礦石、硅石等。按煉鋼工藝鋼渣可分為轉(zhuǎn)爐渣和電爐渣。本發(fā)明所述的鋼渣優(yōu)選為轉(zhuǎn)爐鋼渣，其具有以下成分40 60wt % 的 CaO、10 20wt % 的 SiO2、3 5wt % 的 A1203、3 IOwt % 的 MgO、1 5wt % 的 MnO、 3 9wt%的狗203。本發(fā)明使用的銅渣通常經(jīng)過粉碎、篩選、干燥和粉碎、分級后作為鋼渣微粉后使用。鋼渣微粉的最大粒徑優(yōu)選為IOOum以下，平均粒徑優(yōu)選8-20um。本發(fā)明所述的粉煤灰是指煤粉燃燒后由煙氣自鍋爐中帶出的粉狀殘留物。本發(fā)明的粉煤灰優(yōu)選為火電廠的煤粉燃燒后形成的粉煤灰。粉煤灰主要由硅鋁玻璃、微晶礦物顆粒和未燃盡的殘?zhí)课⒘＝M成，其化學(xué)成分以SiA和Al2O3為主，其具有以下成分40 60wt%^ SiO2UO 20wt%^ CaO、20 30wt%^ Al203、3 15wt%^ Fe2O30 粉煤灰的最大粒徑優(yōu)選為50um以下，平均粒徑優(yōu)選3-10um。此外本發(fā)明還含有氧化鈣，添加適量的氧化鈣可以有效消除和減弱鋼渣微粉、粉煤灰的成分波動對地基處理組合物材料滲透性和耐久性的影響。本發(fā)明的氧化鈣可以通過碳酸鈣加熱分解得到，也可以使用市售的商品。當(dāng)氧化鈣的添加量過多時，不利于強(qiáng)度的提高；而當(dāng)氧化鈣的添加量過少時會導(dǎo)致地基處理材料的滲透性和耐久性不穩(wěn)定。因此氧化鈣的含量優(yōu)選為C = ΑΧΟ. 05+ΒΧ (0. 05-0. 1)。氧化鈣的最大粒徑優(yōu)選為50um以下，平均粒徑優(yōu)選l-10um。另外本發(fā)明還添加有適量的硅灰。本發(fā)明的硅灰是指從冶煉硅金屬的高爐煙道中收集得到粒徑極細(xì)的粉塵。其主要成份是玻璃態(tài)的二氧化硅，它的加入有利于提高地基處理的早期強(qiáng)度、耐久性。作為固化組分本發(fā)明設(shè)計了一種由鋁酸鈣、石膏和二乙醇胺的復(fù)合固化組分。鋁酸鈣是以CaO和Al2O3為主成分的化合物的總稱。例如，通過混合含氧化鈣的原料和含氧化鋁的原料等，進(jìn)行在窯中的煅燒或在電爐中的熔融等熱處理而得到的以CaO和 Al2O3為主成分的化合物的總稱。具體可列舉以CaO · 2A1203、CaO · Al203、12Ca0 · 7A1203、 IlCaO · 7A1203 · CaF2、3Ca0 · Al2O3 及 3Ca0 · 3A1203 · CaSO4 等表示的結(jié)晶性鋁酸鈣類及以CaO和Al2O3為主成分的非晶質(zhì)的化合物。本發(fā)明使用的石膏可選擇無水石膏、熟石膏或二水石膏等。其中，從固化促進(jìn)和強(qiáng)度表現(xiàn)性的角度出發(fā)，更好為無水石膏。二乙醇胺又稱為2，2’ - 二羥基二乙胺、雙羥乙基胺，2，2，-亞氨基雙乙醇，其本身可作為固化劑使用，另外二乙醇胺的加入能夠與作為堿激發(fā)組分的鋁酸鈣、石膏產(chǎn)生協(xié)同作用，能夠有效抑制地基中空隙的形成，有利于提高地基處理的強(qiáng)度。另外為了提高組合物的粘結(jié)性，組合物中還添加有水玻璃，即硅酸鈉的水溶液。因為水玻璃為強(qiáng)堿性物質(zhì)，為了防止對環(huán)境的負(fù)面影響其含量應(yīng)該嚴(yán)格控制。另外作為本發(fā)明的第二目的，本發(fā)明還公開了專門適用于上述地基處理材料的施工方法，從混合性良好以及增粘的角度考慮，本發(fā)明優(yōu)選將由鋼渣、粉煤灰、生石灰、硅灰及水混合而成的A液與含有鋁酸鈣、石膏、二乙醇胺、水玻璃、水組成的B液(乳濁液或者懸浮液)分別注入混合的方法，這樣可以使粘度急劇上升，提高短期強(qiáng)度；另外也方便施工，避免使用前的固化。B液中作為溶劑的水的用量沒有特別的限定，但優(yōu)選為鋁酸鈣、石膏、二乙醇胺、水玻璃固體成分重量的5 20倍的水稀釋。水的量如果少于上述范圍，則有時粘性增高混合性變差，而如果水的量過多則該稀釋水的稀釋效果過大，水中不分離性變差。A液中作為溶劑的水的用量優(yōu)選為其中固體成分重量的3 5倍的?？梢苑謩e壓送A液和B液，在地基中混合使用。具體的施工方法如附圖1所示，注入管10具有外管11和內(nèi)管12。在外管11的軸方向不同位置的管壁14上，開有任意的若干個排出口 15。這些排出口 15都由彈性材料套筒16覆蓋。在內(nèi)管11的軸方向不同位置的管壁17上，也開有任意的若干個噴口 15。對于內(nèi)管15內(nèi)的注入B液經(jīng)過噴口 15噴射到空間21內(nèi)。采用上述構(gòu)造的注入管裝置10進(jìn)行注入時，A液通過內(nèi)外管之間外管壁上的排出口 15進(jìn)入地基。接著，將B液從內(nèi)管12的管路導(dǎo)入，如箭頭所示地，將注入液從內(nèi)管12的噴口 18噴射滲透到地基13中。在地基中注入的A液和B液充分的混合和固化，達(dá)到提高地基強(qiáng)度的目的。


圖1是說明本發(fā)明地基注入施工方法工序的斷面圖
具體實施例方式以下，通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明，但本發(fā)明并不受限于這些實施例。實施例1混合表1所示的鋼渣微粉、粉煤灰、石膏和硅灰制備的地基處理組合物，相對于 100重量份數(shù)的地基處理組合物，加300份水進(jìn)行攪拌，制備地基處理材料，對該地基處理組合物的滲透性及固化后的地基的耐久性進(jìn)行了實驗。另外，為了進(jìn)行比較，使用高爐灰替代本發(fā)明的地基處理材料進(jìn)行同樣的實驗。使用材料本發(fā)明使用的鋼渣微粉(最大粒徑50um、平均粒徑10um，50重量份數(shù))中主要成份的含量如下
鋼漁微粉lCa053%、Si0212%、Α12033· 0%、Mg09. 1 %、Mn04. 6%、Fe2036. 1 %。鋼渣微粉2Ca045 %、Si028 . 9 %、Al2033. 3 %、Mg08. 0 %、Mn02. 3 %、Fe2038. 8 %。
鋼渣微粉 3Ca052%、Si0213%、Al2032. 8%、Mg06. 3%、MnO 1. 1 %、Fe2037. 3%。鋼漁微粉4Ca058 %、Si0216 %、Al2032. 6 %、Mg02. 3 %、Mn04. 5 %、Fe2033. 2 %。本發(fā)明使用的粉煤灰(最大粒徑30um、平均粒徑5um，40重量份數(shù))中主要成份的含量如下粉煤灰lSi025 2 %、Ca04. 5 %、Al20332 %、Fe2037. 5 %粉煤灰2Si0242 %、CaO 1. 5 %、Al20338 %、Fe2036. 5 %生石灰和硅灰的使用量均為5重量份數(shù)作為比較使用的高爐灰材料(最大粒徑30um、平均粒徑4um，90重量份數(shù))中主要成份的含量如下高爐灰1 :Si0225 %, Fe2033 %, Al20313 %, Ca019 %, Mg06 %, K209 %高爐灰2 :Si0215 %, Fe2035 %, Al20328 %, Ca022 %, Mg03 %, K204 %硅灰的重量份數(shù)為10份測試方法滲透性在直徑5cmX高30cm的管中填充硅砂至高20cm，在乙烯管的底面開 0. 5mm左右的孔后，從上面投入地基處理材料250cc，1天后測定滲透深度。耐久性觀察滲透性試驗所得的固化體直至100天，測定離漿水進(jìn)行評價。離漿水是測定從管底面的開孔流出的水的重量，以相對于地基處理材料250cc的體積％表示。表 權(quán)利要求
1.地基處理組合物，其特征在于含有鋼渣、粉煤灰和生石灰。
2.權(quán)利要求1的地基處理組合物，其特征在于還含有硅灰。
3.權(quán)利要求1-2的地基處理組合物，其特征在于鋼渣的重量份數(shù)為25-75份，粉煤灰的重量份數(shù)為15-65份，生石灰的重量份數(shù)等于鋼渣的5%加上粉煤灰的5% -10%。
4.權(quán)利要求1-3的地基處理組合物，其特征在于還含有鋁酸鈣、石膏和二乙醇胺組成的復(fù)合固化劑。
5.權(quán)利要求4的地基處理組合物，其特征在于還含有1-3重量份數(shù)的水玻璃。
6.權(quán)利要求5的地基處理組合物，其特征在于其含有鋼渣、粉煤灰、生石灰、硅灰、水玻璃、鋁酸鈣、石膏、二乙醇胺，各組分的含量依次分別標(biāo)記為A、B、C、D、E、F、G、H，并且各組分的重量份數(shù)分別為鋼渣A = 25-75粉煤灰 B = 15-65生石灰 C = ΑΧΟ. 05+BX (0. 05-0. 1)硅灰D = AX (0. 05-0. 10+ΒΧ (0. 05-0. 1)水玻璃 E = 1-3鋁酸鈣 F = (Α+Β) X (0. 02-0. 1)石膏G = (Α+Β) X (0. 02-0. 1)二乙醇胺 H = (Α+Β) X (0. 02-0. 05)
7.專門適用于權(quán)利要求1-6的地基處理組合物的地基注入施工方法，其特征在于，預(yù)先分別調(diào)制含有鋼渣、粉煤灰和生石灰及水的A液以及含有鋁酸鈣、石膏和二乙醇胺和水的B液，將其分別注入地基中。
8.權(quán)利要求7的地基注入施工方法，其特征在于采用的注入管具有內(nèi)管和外管；在外管的軸方向不同位置的管壁上，開有任意的若干個排出口 ；在內(nèi)管的軸方向不同位置的管壁上，也開有任意的連接至外管外壁的若干個噴口 ；其中A液通過內(nèi)外管之間外管壁上的排出口進(jìn)入地基；同時B液從內(nèi)管的管路導(dǎo)入，從內(nèi)管的噴口噴射滲透到地基中；在地基中注入的A液和B液充分的混合和固化。
9.權(quán)利要求8的地基注入方法，其特征在于內(nèi)管的噴口與外管外壁的夾角為45 90
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地基處理組合物以及其適用的地基注入施工方法。本發(fā)明的地基處理組合物含有鋼渣、粉煤灰、生石灰、硅灰、水玻璃、鋁酸鈣、石膏、二乙醇胺。另外，本發(fā)明還公開了適用于該地基處理組合物的地基注入施工方法，其步驟是預(yù)先分別調(diào)制含有鋼渣、粉煤灰和生石灰及水的A液以及含有鋁酸鈣、石膏和二乙醇胺和水的B液，將其分別注入地基中。本發(fā)明的地基處理材料及其地基注入施工方法滲透性優(yōu)良、注入性高、強(qiáng)度表現(xiàn)性優(yōu)良，能夠注入到以往難以應(yīng)用的地質(zhì)地基中，能夠?qū)崿F(xiàn)作為工業(yè)副產(chǎn)物的鋼渣微粉、粉煤灰的高效、經(jīng)濟(jì)的利用。
文檔編號E02D3/12GK102154015SQ20111003539
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月10日
發(fā)明者劉建忠, 孫悅 申請人:劉建忠