膨脹土地基改良劑及改良施工方法
【專利摘要】本發(fā)明的發(fā)明提供一種膨脹土改良劑，它是由廢橡膠粉末和磷石膏粉末與水?dāng)嚢栊纬傻哪z漿，廢橡膠粉末和磷石膏粉末質(zhì)量比為20：80～30：70，廢橡膠粉末和磷石膏粉末兩者共計(jì)占膠漿總質(zhì)量6～7%。本發(fā)明的有益效果在于：本改良劑與常用石灰改良劑相比，聯(lián)合物理、化學(xué)方法，改良效果更優(yōu)，可使膨脹土水穩(wěn)性大增，地基脹縮變形顯著減小，保持持久穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】膨脹土地基改良劑及改良施工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及建筑【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種膨脹土地基改良劑及改良施工方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 膨脹土是一種區(qū)域性特殊黏土，具有吸水膨脹、失水收縮和反復(fù)脹縮變形、浸水承 載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性，性質(zhì)極不穩(wěn)定，常使建筑物產(chǎn)生不均勻的堅(jiān)向或水平的脹 縮變形，造成位移、開裂、傾斜甚至破壞。膨脹土地基處理方法有換土、土性改良、預(yù)浸水，以 及防止地基土含水量變化等工程措施。換土法需要大面積開挖，土石方調(diào)配成本較高，而石 灰改良法等大多局限于道路路基或淺層地基中膨脹土改良處理。
[0003] 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，生產(chǎn)、生活中產(chǎn)生了大量固體廢棄物。例如，廢 舊輪胎是輪胎磨損、更換棄置的產(chǎn)物，目前隨著汽車總量不斷攀升而迅速增長(zhǎng)；而磷石膏是 磷銨生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢料，我國(guó)是世界第三的磷石膏排出大國(guó)（年排量800?1200 萬(wàn)噸)。這些廢棄物不僅占用大量空間，而且污染環(huán)境、破壞生態(tài)，制約社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。隨 著天然資源的日漸短缺和固體廢棄物的激增，許多國(guó)家將固體廢棄物作為"再生資源"加以 綜合開發(fā)、利用。例如，再生利用廢棄輪胎生產(chǎn)橡膠粉，聯(lián)合磷石膏廢料改良膨脹土地基，則 可實(shí)現(xiàn)廢物處治和工程應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，同時(shí)滿足環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的發(fā)明目的之一在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足處，提供一種膨脹土改良 劑。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為： 膨脹土地基改良劑，其特征在于它是由廢橡膠粉末和磷石膏粉末與水?dāng)嚢栊纬傻哪z 漿，廢橡膠粉末和磷石膏粉末質(zhì)量比為20 :80?30 :70,廢橡膠粉末和磷石膏粉末兩者共計(jì) 占膠漿總質(zhì)量6?7%。
[0006] 進(jìn)一步地，膠漿稠度范圍18?24s，泌水率1. 8?2%。
[0007] 進(jìn)一步地，所述廢橡膠粉末粒徑0. 83±0. 03mm，磷石膏粉末粒徑0. 15±0. 05mm。
[0008] 進(jìn)一步地，所述磷石膏粉末中二水硫酸鈣含量70?90% ;廢橡膠粉末中纖維含量 3±0. 5% ;水為PH值大于或等于6的可飲用水。
[0009] 本發(fā)明的另一發(fā)明目的在于提供一種膨脹土地基改良施工方法，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的 的技術(shù)方案是：膨脹土地基改良施工方法，包括以下步驟：（1)配置改良劑，將廢橡膠粉末 和磷石膏粉末與水混合攪拌形成膠漿，廢橡膠粉末和磷石膏粉末質(zhì)量比為20 :80?30 :70， 廢橡膠粉末和磷石膏粉末兩者共計(jì)占膠漿總質(zhì)量6?7% ; (2)鉆孔，鉆取呈網(wǎng)狀排布的若干 注漿孔，孔徑均值小120?250mm ; (3)注漿，將改良劑膠漿注入注漿孔中。
[0010] 進(jìn)一步地，步驟（1)中還包括步驟（1-1):在攪拌完成后靜置凝結(jié)，凝結(jié)時(shí)間為 10 ?30min〇
[0011] 進(jìn)一步地，注漿孔深度為15?20m，相鄰注漿孔間距< 2m，開孔直徑110mm? 250mm，終孔直徑90?250mm，成孔偏斜率3 1. 5%。
[0012] 進(jìn)一步地，注漿壓力25MPa?3〇MPa，流量65?l2〇L/min。
[0013] 進(jìn)一步地，步驟（3)注漿順序?yàn)椋合葘⒆钔鈱右蝗ψ{孔依次或成組或同時(shí)注滿， 然后按照逐步向中心注漿孔靠攏的順序注漿。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟（3 )通過(guò)高壓泥漿泵完成，出漿口直徑5 ± 1mm，高壓泥漿泵出漿口 伸入注漿孔底部注漿并旋轉(zhuǎn)停留1?3min后邊上升邊噴射注漿，注漿完成后通過(guò)水泥砂漿 或細(xì)砂石將注漿口填塞密實(shí)。
[0015] 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：（1)技術(shù)先進(jìn)，相較于傳統(tǒng)換土法，無(wú)需進(jìn)行大面 積開挖。與常用石灰改良法相比，該工藝聯(lián)合物理、化學(xué)方法，改良效果更優(yōu)，可使膨脹土水 穩(wěn)性大增，地基脹縮變形顯著減小，保持持久穩(wěn)定；（2)有利環(huán)保，無(wú)需大量借土、換土，可 使大面積植被免遭毀壞，從而保護(hù)生態(tài)環(huán)境。實(shí)現(xiàn)廢物循環(huán)利用，避免廢棄物大面積堆積而 造成的環(huán)境污染問(wèn)題，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)和環(huán)保效益；（3)效益顯著，無(wú)需借土、換土，力口 快了施工進(jìn)度，節(jié)約了運(yùn)輸成本。同時(shí)，采用廢棄物代替石灰等材料，降低了原材料購(gòu)置成 本，并減少了廢棄物土地占用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 以下具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述： 膨脹土地基改良劑，其特征在于它是由廢橡膠粉末和磷石膏粉末與水?dāng)嚢栊纬傻哪z 漿，廢橡膠粉末和磷石膏粉末質(zhì)量比為20 :80?30 :70,廢橡膠粉末和磷石膏粉末兩者共計(jì) 占膠漿總質(zhì)量6?7%。
[0017] 本發(fā)明的改良劑同時(shí)對(duì)膨脹土地基同時(shí)具有物理改良和化學(xué)改良作用，物理改 良：常溫條件下橡膠粉理化性質(zhì)穩(wěn)定，而且具有高彈性、高韌性和抗沖擊性等特點(diǎn)。通過(guò)鉆 孔壓漿處理，廢橡膠粉和膨脹土基團(tuán)均勻混合。摻雜其中的廢橡膠粉具有阻滯、抑制或緩解 膨脹土脹縮變形作用，同時(shí)還可增強(qiáng)膨脹土的抗剪強(qiáng)度。
[0018] 廢舊輪胎橡膠粉中還含有約3%的纖維，纖維具有約束膨脹土基團(tuán)變形作用?；鶊F(tuán) 吸水膨脹或失水收縮時(shí)，纖維與基團(tuán)界面產(chǎn)生摩阻力，消耗部分膨脹或收縮內(nèi)力，有效減小 土體的膨脹勢(shì)，從而縮減膨脹土的脹縮變形。
[0019] 從微觀上講，廢橡膠粉比表面積越大，與基團(tuán)接觸面積越大，接觸面上摩阻力越 大。此外，纖維具有較大的表面粗糙度，增大了膠粉與基團(tuán)的界面摩擦效應(yīng)，從而能夠有效 抑制膨脹土地基的脹縮變形。
[0020] 化學(xué)改良：磷石膏的主要化學(xué)成分：二水硫酸鈣（CaS04 ? 2H20)，含量一般可達(dá) 70?90%左右。在改良過(guò)程中，磷石膏與膨脹土發(fā)生以下作用： (1)陽(yáng)離子交換作用 磷石膏中的Ca2+與土顆粒表面的陽(yáng)離子(如：Na+，K+，H+)發(fā)生交換作用，使土顆粒表面 雙電層中的擴(kuò)散層變薄，土的膨脹勢(shì)減弱，顆粒相互吸引成團(tuán)粒。膨脹土的分散性、坍塌性 和親水性降低，塑性指數(shù)下降。膨脹土易穩(wěn)定成型，形成早期強(qiáng)度，工程性質(zhì)發(fā)生改變。
[0021] (2)膠凝作用 離子交換作用后，膨脹土中硅膠、鋁膠與磷石膏進(jìn)一步反應(yīng)，形成含水硅酸鈣、鋁酸鈣 等水化產(chǎn)物。在水環(huán)境下發(fā)生硬化，凝膠在土顆粒外圍形成粘結(jié)力較強(qiáng)的網(wǎng)狀保護(hù)膜，促使 改良膨脹土強(qiáng)度增長(zhǎng)并保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。同時(shí)，保護(hù)膜還可隔離水分使膨脹土獲得水穩(wěn)定性。
[0022] (3)碳酸化作用 磷石膏滲入膨脹土中后，部分還會(huì)與空氣中C02發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣（CaC03)晶 體。而碳酸鈣具有較高的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性，而且是一種非膨脹礦物，對(duì)減小膨脹土土的脹縮 性起主要作用。此外，碳酸鈣的膠結(jié)作用使膨脹土形成石灰類穩(wěn)定土，具有長(zhǎng)期穩(wěn)定的后期 強(qiáng)度。
[0023] 進(jìn)一步地，膠漿稠度范圍18?24s，泌水率1. 8?2%。
[0024] 進(jìn)一步地，所述廢橡膠粉末粒徑0. 83±0. 03mm，磷石膏粉末粒徑0. 15±0. 05mm。
[0025] 進(jìn)一步地，所述磷石膏粉末中二水硫酸鈣含量70?90% ;廢橡膠粉末中纖維含量 3±0. 5% ;水為PH值大于或等于6的可飲用水。
[0026] 本發(fā)明的另一發(fā)明目的在于提供一種膨脹土地基改良施工方法，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的 的技術(shù)方案是：膨脹土地基改良施工方法，包括以下步驟：（1)配置改良劑，將廢橡膠粉末 和磷石膏粉末與水混合攪拌形成膠漿，廢橡膠粉末和磷石膏粉末質(zhì)量比為20 :80?30 :70， 廢橡膠粉末和磷石膏粉末兩者共計(jì)占膠漿總質(zhì)量6?7% ; (2)鉆孔，鉆取呈網(wǎng)狀排布的若干 注漿孔，孔徑均值小120?250mm ; (3)注漿，將改良劑膠漿注入注漿孔中。
[0027] 混合漿液要能夠完全均勻地充滿膨脹土孔隙，因此灌注所用的混合漿液必須達(dá)到 以下要求：①分散性：廢橡膠粉與磷石膏顆粒均勻分散于水中形成乳漿。②懸浮性：廢橡膠 粉與磷石膏顆粒呈懸浮狀態(tài)而且不因重力而下沉。③穩(wěn)定性：廢橡膠粉與磷石膏顆粒處于 相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)而不發(fā)生分層離析現(xiàn)象。
[0028] 參照推薦配合比以及工程實(shí)際情況或要求，確定廢橡膠粉和磷石膏等原材料的施 工配合比。具體配制過(guò)程描述為：按照施工配合比要求，準(zhǔn)確計(jì)算出廢橡膠粉、磷石膏和水 的用量；采用電子計(jì)量法準(zhǔn)確控制配合比，以每臺(tái)每次〇. 3m3為單位，按比例(質(zhì)量比）稱量 原材料(廢橡膠粉、磷石膏）；把廢橡膠粉和磷石膏加入水中，攪拌5min左右，使磷石膏完全 溶于水中，橡膠粉充分?jǐn)U散于水中，形成混合均勻的膠漿。
[0029] 采用現(xiàn)場(chǎng)攪拌方法，可以調(diào)控材料凝結(jié)時(shí)間。混合物攪拌應(yīng)均勻平穩(wěn)，防止空氣進(jìn) 入產(chǎn)生氣泡，從而影響漿液使用性能。膠漿稠度要求控制在18?24s (泥漿稠度儀測(cè)定)， 以滿足壓力灌漿要求。拌和后泌水率控制在2%左右，泌水應(yīng)于24h內(nèi)重新全部被膠漿吸收。 為進(jìn)一步提高改良劑性能，步驟（1)中還包括步驟（1-1):在攪拌完成后靜置凝結(jié)，凝結(jié)時(shí)間 為10?30min，以便充分滲入膨脹土。要求漿液在凝固過(guò)程中不收縮，及固化膨脹土后不收 縮，早期強(qiáng)度（24h)可達(dá)到1. 2MPa以上。
[0030] 為有效降低膨脹土脹縮系數(shù)，保證工程質(zhì)量，注漿孔深度為15?20m，相鄰注漿孔 間距< 2m，開孔直徑110mm?250_，終孔直徑90?250_，成孔偏斜率蘭1. 5%。
[0031] 為兼顧注漿效率及工作效率，注漿壓力25MPa?30MPa，流量65?120L/min。
[0032] 步驟（3)注漿順序?yàn)椋合葘⒆钔鈱右蝗ψ{孔依次或成組或同時(shí)注滿，然后按照 逐步向中心注漿孔靠攏的順序注漿。使需要加固范圍內(nèi)的土體形成一道帷幕，以防止后續(xù) 注漿孔的漿液向外圍擴(kuò)散。
[0033] 為提交施工效率，步驟（3 )通過(guò)高壓泥漿泵完成，出漿口直徑5 ± 1mm，高壓泥漿泵 出漿口伸入注漿孔底部注漿并旋轉(zhuǎn)停留1?3min后邊上升邊噴射注漿，注漿完成后通過(guò)水 泥砂漿或細(xì)砂石將注漿口填塞密實(shí)。
[0034] 以下通過(guò)各項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證上述改良劑及改良施工方法中各參數(shù)設(shè)置對(duì)工程質(zhì)量的 影響： 1) 黏粒分析試驗(yàn) 對(duì)拌和后的改良膨脹土進(jìn)行顆粒分析測(cè)試，結(jié)果如表5. 2. 4-1。由表可知：摻入廢棄混 合物后，膨脹土的粘粒含量明顯減少，反之黏粒(粉）砂化形成的顆粒含量則增加；當(dāng)摻入約 6%的廢棄混合物時(shí)，粘粒含量減幅最大。由此表明，慘入廢棄物(尤其憐石骨)后，膨脹土性 質(zhì)發(fā)生砂性化演變。
[0035] 表1黏粒含量對(duì)比 2) 液、塑限試驗(yàn)

【權(quán)利要求】
1. 膨脹土地基改良劑，其特征在于它是由廢橡膠粉末和磷石膏粉末與水?dāng)嚢栊纬傻哪z 漿，廢橡膠粉末和磷石膏粉末質(zhì)量比為20 :80?30 :70,廢橡膠粉末和磷石膏粉末兩者共計(jì) 占膠漿總質(zhì)量6?7%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹土地基改良劑，其特征在于：膠漿稠度范圍18?24s，泌 水率1. 8?2%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹土地基改良劑，其特征在于：所述廢橡膠粉末粒徑 0. 83±0. 03mm,憐石膏粉末粒徑 0. 15±0. 05_。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹土地基改良劑，其特征在于：所述磷石膏粉末中二水硫 酸鈣含量70?90% ;廢橡膠粉末中纖維含量3±0. 5% ;水為PH值大于或等于6的可飲用 水。
5. 膨脹土地基改良施工方法，其特征在于包括以下步驟：（1)配置改良劑，將廢橡膠粉 末和磷石膏粉末與水混合攪拌形成膠漿，廢橡膠粉末和磷石膏粉末質(zhì)量比為20 :80?30 : 70,廢橡膠粉末和磷石膏粉末兩者共計(jì)占膠漿總質(zhì)量6?7% ; (2)鉆孔，鉆取呈網(wǎng)狀排布的 若干注漿孔，孔徑均值小120?250mm; (3)注漿，將改良劑膠漿注入注漿孔中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的膨脹土地基改良施工方法，其特征在于步驟（1)中還包括步 驟（1-1):在攪拌完成后靜置凝結(jié)，凝結(jié)時(shí)間為10?30min。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的膨脹土地基改良施工方法，其特征在于：注漿孔深度為15? 20m，相鄰注漿孔間距< 2m，開孔直徑110mm?250mm，終孔直徑90?250mm，成孔偏斜率 芻 1. 5%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的膨脹土地基改良施工方法，其特征在于：注漿壓力25MPa? 30MPa，流量 65 ?120L/min。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的膨脹土地基改良施工方法，其特征在于步驟（3)注漿順序?yàn)椋?先將最外層一圈注漿孔依次或成組或同時(shí)注滿，然后按照逐步向中心注漿孔靠攏的順序注 漿。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的膨脹土地基改良施工方法，其特征在于步驟（3)通過(guò)高壓 泥漿泵完成，出漿口直徑5±lmm，高壓泥漿泵出漿口伸入注漿孔底部注漿并旋轉(zhuǎn)停留1? 3min后邊上升邊噴射注漿，注漿完成后通過(guò)水泥砂漿或細(xì)砂石將注漿口填塞密實(shí)。
【文檔編號(hào)】E02D3/12GK104514217SQ201310449185
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】谷耀東, 高赟, 李立, 萬(wàn)澤鵬 申請(qǐng)人:東大建設(shè)集團(tuán)有限公司