專利名稱：基于防滲用途的水泥土復(fù)合添加劑的制作方法
基于防滲用途的水泥土復(fù)合添加劑技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是一種基坑支護(hù)中防滲墻、水泥土防滲墊層或者防滲帷幕的復(fù)合添加劑， 屬于交通運(yùn)輸工程和土木工程中的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在大型基坑支護(hù)工程中需要打設(shè)防滲墻用于止水和防滲功能，其中支護(hù)樁一般采 用鉆孔灌注樁等，而防滲墻一般采用攪拌樁。為了保證攪拌樁的防滲性能，施工中攪拌樁具 有較高的強(qiáng)度，如0. 8-1. OMPa,該強(qiáng)度使得攪拌樁的剛度較大，當(dāng)支護(hù)體系局部(兩樁間接 觸部位)有缺陷時(shí)，攪拌樁可能會發(fā)生較大的變形，此時(shí)攪拌樁容易在局部發(fā)生這段或開裂 等破損，進(jìn)而影響防滲墻整體的防滲性能。
在一些工程中水泥土被用于防滲墊層或者防滲帷幕，如一些提防防滲結(jié)構(gòu)、壩基 防滲墻和垃圾填埋場，為了保證水泥土具有很好的防滲性能和較低的滲透性，水泥土的強(qiáng) 度和剛度相應(yīng)較大，此時(shí)破壞應(yīng)變很小，一般小于1%。當(dāng)受到水平力作用時(shí)，防滲墊層或者 帷幕在剪切力和彎矩的共同作用下，易發(fā)生剪切破壞、拉斷破壞或者損傷，進(jìn)而產(chǎn)生滲流通 道，削弱防滲的功能。
針對基坑支護(hù)中水泥土防滲墻、以及水泥土防滲墊層和防滲帷幕的要求(1)低 滲透性；(2)防滲結(jié)構(gòu)具有較大的韌性，即破壞時(shí)的應(yīng)變較大；(3)水泥土本身具有一定的 強(qiáng)度，傳統(tǒng)的單一水泥摻入材料形成水泥土很難同時(shí)滿足上述三個(gè)要求。
隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，高性能的高分子材料逐漸使用到土木工程領(lǐng)域中。聚丙烯 酰胺(PAM)是一種水溶性高分子聚合物，不溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，具有良好的絮凝性，可以 降低液體之間的磨擦阻力，按離子特性分可分為非離子、陰離子、陽離子和兩性型四種類 型，主要有以下4個(gè)用途(1)在造紙過程中作助留劑，補(bǔ)強(qiáng)劑；(2)水處理中作助凝劑、絮 凝劑、污泥脫水劑；(3)石油鉆采中作降水劑，驅(qū)油劑；(4)還廣泛應(yīng)用于增稠、穩(wěn)定膠體、減 阻、粘結(jié)、成膜、生物醫(yī)學(xué)材料等方面。發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明針對水泥土攪拌樁防滲墻、水泥土防滲墊層和防滲帷幕的工程 實(shí)踐中存在傳統(tǒng)單一水泥摻入形成的水泥土在滿足防滲體系具有較低滲透性的同時(shí)，強(qiáng)度 和剛度較大，破壞應(yīng)變較小，當(dāng)該類結(jié)構(gòu)在剪應(yīng)力和彎矩的共同作用下容易發(fā)生損傷和破 壞，削弱防滲效果這一現(xiàn)狀，提出了水泥與陰性聚丙烯酰胺共同作為添加劑形成水泥土，達(dá) 到低滲透性、大破壞應(yīng)變和具有一定強(qiáng)度的要求。
技術(shù)方案本發(fā)明的基于防滲用途的水泥土復(fù)合添加劑由水泥和聚丙烯酰胺組 成，以被拌合土質(zhì)量計(jì)的組成為摻加水泥質(zhì)量被拌合土質(zhì)量為3_7%，摻加的聚丙烯酰胺質(zhì)量被拌合土質(zhì)量為 0. l%-0. 3%O
所述的水泥為普通硅酸鹽水泥。
所述的聚丙烯酰胺為陰性聚丙烯酰胺。
有益效果聚丙烯酰胺和水泥與飽和地基土攪拌形成水泥土的破壞應(yīng)變在 2%-6. 0%之間，比常規(guī)水泥土的破壞應(yīng)變大2-6倍；滲透系數(shù)約為10_9 cm/s,與常規(guī)水泥土 滲透系數(shù)相當(dāng)，但比地基土小2個(gè)數(shù)量級；強(qiáng)度隨水泥摻量的增加而增大，聚丙烯酰胺的增 加而減小，通過配比的調(diào)整能達(dá)到工程所需要的強(qiáng)度。綜上所述，聚丙烯酰胺水泥土的能夠 大大改變傳統(tǒng)水泥土的破壞特性，而同時(shí)能保證水泥土很低的滲透性和強(qiáng)度要求，進(jìn)而滿 足防滲要求的防滲墻、墊層和帷幕的工程要求。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明采用陰性聚丙烯酰胺和水泥作為添加劑，制成滿足上述要求的防滲用途的 水泥土復(fù)合添加劑，對防滲型水泥土攪拌樁的推廣應(yīng)用、以及水泥土用途的拓展具有重要 的理論意義和工程價(jià)值。
本發(fā)明所述的防滲用途的水泥土復(fù)合添加劑以普通硅酸鹽水泥與陰性的聚丙烯 酰胺組成，其中水泥摻入比(摻加水泥質(zhì)量/被拌合土質(zhì)量)為3-7%，聚丙烯酰胺的摻入比 (摻加的聚丙烯酰胺質(zhì)量/被拌合土質(zhì)量)為0. 1%-0. 3%。
1)將傳統(tǒng)防滲用途的水泥土的添加劑由水泥擴(kuò)充為水泥和聚丙烯酰胺二者組成 的復(fù)合添加劑；2)復(fù)合添加劑中聚丙烯酰胺的摻量為0.1%-0. 3%即可，水泥的摻量在3%-7%之間時(shí)，水 泥土的強(qiáng)度、破壞應(yīng)變和滲透系數(shù)能夠得到較好的控制；3)由復(fù)合添加劑與飽和地基土攪拌而成的水泥土，具有破壞應(yīng)變大，強(qiáng)度可控和滲透 系數(shù)小的特點(diǎn)；4)由于聚丙烯酰胺具有很強(qiáng)的吸水性能和絮凝特性，該復(fù)合添加劑宜采用干法施工同 時(shí)在飽和地基土中效果更好；將聚丙烯酰胺引入到水泥土的添加劑中，通過聚丙烯酰胺的吸水、絮凝、粘結(jié)和成膜等 機(jī)理，提高了水泥土的破壞應(yīng)變，降低了水泥土的滲透特性，達(dá)到防滲墻、防滲墊層和防滲 帷幕的工程要求。
由于各地區(qū)軟土的基本物理指標(biāo)的差異，結(jié)合具體的軟土宜進(jìn)行配合比試驗(yàn)，確 定復(fù)合添加劑中水泥和聚丙烯酰胺的配比。
基于聚丙烯酰胺具有很強(qiáng)的絮凝性能，攪拌樁或者水泥土應(yīng)采用干法施工。若采 用濕法施工，則聚丙烯酰胺會吸收漿液中的水，增加漿液的濃度和粘滯系數(shù)，容易發(fā)生堵管 等現(xiàn)象。
由于聚丙烯酰胺具有很好的絮凝、穩(wěn)定膠體、減阻、粘結(jié)、成膜等功能，在使用狀態(tài) 下，地基處于飽和狀態(tài)更有利于聚丙烯酰胺水泥土發(fā)揮其防滲性能。
該類復(fù)合添加劑對防滲型水泥土攪拌樁的推廣應(yīng)用、以及水泥土用途的拓展具有 重要的理論意義和工程價(jià)值。
例福建可門港淤泥土的基本物理性質(zhì)列于表1，其中液塑限采用IOOg錐式液塑 限聯(lián)合測定儀測定，比重是由比重瓶法測得。
表1試驗(yàn)土樣的基本參數(shù)±祥名稱MfR/% J ifPR/%醒指_%I _系鐘 tCM. (IO-7CjtiZs)纖土.祥細(xì) I 58 725 70J 2.0根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程，首先將淤泥進(jìn)行自然晾曬，然后經(jīng)粉碎機(jī)粉碎并過0. 5mm的篩，測 定晾干后土樣的含水率；將自然曬干后的土樣通過攪拌器配置成含水率為66%的試樣，將 其放入盛樣桶中并密封，使含水率均勻；將重塑土制成飽和樣測定其滲透系數(shù)；對含水率 為66%的土中分別摻入3%，5%和7%的P. 0. 42. 5號水泥和0. 1%和0. 3%的陰性聚丙烯酰胺， 用攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁捎?0. 7mmX70. 7mmX70. 7mm規(guī)格的試模，手工振實(shí)，刮平，制成 試樣，蓋上薄膜，靜置24h后，脫模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，在7天、14天和觀天齡期，分別進(jìn) 行含水率、容重、孔隙比、無側(cè)限抗壓試驗(yàn)和滲透試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。
表2試驗(yàn)結(jié)果wmm I 入tL水泥禱 齢誦 Atfc (天)wn CkWrn2I含水章im (.%) 比無剩隱抗 Bi度 (MPa)嚴(yán)專 薩等 (%)mmm, C lO^cm/s)C 1%7% ""“ 41 66 1 5653 B <45 53.7 J 1.45033:05.52β1 6254 0 I I 461 252 38 75% 14""""1 63 ^^^53 8 1 45 530 143033 0 372,9 3.37 3 ^I 281 6254.1 1 460463—45 51.6356 9 1 540 16d 27 13% I 141 D56 3 t 520.214—93 5281 5.958i9 I Ιι590 205.012B0 3% % 14 _ 2S1 71 1 6 1 fa3..........M 8..........J....... '4Β.....0 26 0 35 0.3 0 - <35.9 4 ？ 4.2 _5.3 6 S B5% 141 6.654 1 I 460 373 B6 0I 281 6Λ54 6 t 4 G 464,86 5LL^1 6556.3 L520.375.5743% I 14 I 1 6954 I 460 183+ 84 5I 28 I 1 6857 5 I I 550 074.05 1以上試驗(yàn)結(jié)果表明，采用0. 1%的聚丙烯酰胺和7%的水泥時(shí)，水泥土的觀天齡期強(qiáng) 度達(dá)到1. 25MPa,破壞應(yīng)變總體在2%-3%之間，滲透系數(shù)在2. 4-8. 7*10_9Cm/S ；采用采用 0. 1%的聚丙烯酰胺和5%的水泥時(shí)，水泥土的28天齡期強(qiáng)度達(dá)到0. 46MPa，破壞應(yīng)變總體 在2. 9%-3· 5%之間，滲透系數(shù)在5. 5-8. 5*10_9cm/s ；采用0. 1%的聚丙烯酰胺和3%的水泥 時(shí)，水泥土的28天齡期強(qiáng)度達(dá)到0. 20MPa,破壞應(yīng)變總體在4. 2%_5. 0%之間，滲透系數(shù)在 7. l-12*10_9cm/s ；因此在0. 1%的聚丙烯酰胺摻入比時(shí)，采用5%_7%的水泥摻入比，得到的水 泥土強(qiáng)度、滲透系數(shù)和破壞應(yīng)變在比較合適的范圍。
當(dāng)聚丙烯酰胺的摻入比為0. 3%和水泥土摻入比為5%_7%，水泥土強(qiáng)度在 0. 25-0. 46MPa之間，破壞應(yīng)變在3. 8%_4. 8%，而滲透系數(shù)在3. 6-6. 8*l(T9cm/s，此時(shí)破壞應(yīng)變、強(qiáng)度和滲透系數(shù)也在相對合理的范圍。需要說明的是隨著聚丙烯酰胺摻入比的增大，改 性后水泥土的強(qiáng)度呈降低的趨勢，說明工程中需要依據(jù)具體情況確定聚丙烯酰胺的合理摻量。
權(quán)利要求
1.一種基于防滲用途的水泥土復(fù)合添加劑，其特征在于該復(fù)合添加劑由水泥和聚丙烯 酰胺組成，以被拌合土質(zhì)量計(jì)的組成為摻加水泥質(zhì)量被拌合土質(zhì)量為3-7% ； 摻加的聚丙烯酰胺質(zhì)量被拌合土質(zhì)量為0. 1%-0. 3%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于防滲用途的水泥土復(fù)合添加劑，其特征在于所 述的水泥為普通硅酸鹽水泥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于防滲用途的水泥土復(fù)合添加劑，其特征在于所 述的聚丙烯酰胺為陰性聚丙烯酰胺。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于防滲用途的水泥土復(fù)合添加劑，其可以大大增加水泥土的破壞應(yīng)變和材料的柔性，同時(shí)保證水泥土具有很低的滲透性。該復(fù)合添加劑以被拌合土質(zhì)量計(jì)的組成為摻加水泥質(zhì)量/被拌合土質(zhì)量為3-7%，摻加的聚丙烯酰胺質(zhì)量/被拌合土質(zhì)量為0.1%-0.3%。其中所述的水泥為普通硅酸鹽水泥。所述的聚丙烯酰胺為陰性聚丙烯酰胺。由于陰性聚丙烯酰胺具有很強(qiáng)的吸水、絮凝等特性，該復(fù)合添加劑宜在飽和土體中采用干法施工。
文檔編號C04B24/26GK102030495SQ20101053499
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者劉松玉, 徐海波, 杜延軍, 鄧永鋒 申請人:東南大學(xué)