廢棄物骨料水泥土攪拌樁的關鍵材料和施工方法與流程
1.本發明為一種廢棄物骨料水泥土攪拌樁的關鍵材料和施工方法，屬于交通運輸工程和土木工程中地基處理技術領域。
背景技術：
2.水泥土攪拌樁復合地基加固技術常用來加固軟黏土地基，通常采用水泥作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩性和設定強度的優質地基。
3.目前水泥攪拌樁通常將水泥與其他摻合料進行混合，后采用干法或者濕法進行固化，從而提高復合地基的強度。但目前水泥攪拌樁中存在水泥的用量較大，成本較高，且在軟弱地基的處理過程中存在強度較低等問題。在水泥土中摻入合適的添加劑，利用添加劑代替部分水泥，在保證地基強度的同時，減少水泥的用量，以達到節約成本的目的。因此，選擇合適的添加劑在水泥攪拌樁施工中是非常重要的。
4.其中，一些工業廢棄物如細粉煤灰、細水渣、建筑廢棄物粉砂渣等，常被用作水泥土添加劑，它們的摻入能夠起到節約水泥用量，提高強度的作用。但是，在粉煤灰和水渣的分級過程中還會產生粗粉煤灰、粗水渣、建筑廢棄物粉砂渣(》45μm)等，由于其含碳量高，顆粒粒徑大，活性低等原因而被棄置不用，而且隨著時間的推移，累積量越來越大，造成了環境污染。
5.雖然粗粉煤灰和粗水渣活性較低，很難直接與水泥產生反應來加固土體，但是由于粗粒的顆粒粒徑較大，當其摻量較高時，可以在攪拌樁中提供骨架作用，從而提高水泥土強度。因此，如果能將粗粉煤灰、粗水渣等工業廢棄物結合現有的攪拌樁添加劑，一起加到攪拌樁中，使得其滿足強度的同時又可以節約水泥用量，降低成本，且有利于環保，意義重大。
技術實現要素：
6.針對水泥攪拌樁中水泥用量較大，成本較高，且在地基處理過程中存在強度較低等問題，本發明提出了一種廢棄物骨料水泥土攪拌樁的關鍵材料和施工方法。
7.一種廢棄物骨料水泥土攪拌樁關鍵材料，該材料由兩部分構成：一部分是主控材料，分別為：水泥、偏高嶺土、生石灰、聚羧酸(用作減水劑)、水玻璃以及碳酸鈉；另一部分為輔助材料，為：工業廢棄物(例如粗粉煤灰、粗水渣、建筑廢棄物粉砂渣等)。
8.主控材料的水化作用來加固土體，加入輔助材料，為攪拌樁提供顆粒骨架，再次提高強度性能。
9.本發明提供一種廢棄物骨料水泥土攪拌樁的關鍵材料的使用方法，具體為用作軟土添加劑時，采用的主控材料摻量即所有的主控材料之和與濕土質量之比為10％～20％，其中，水泥摻量為主控材料的44.4％～61.5％，即水泥摻入比為5％～12％之間。
10.其中，主控材料之間的比例為：水泥:偏高嶺土質量比例為4:1最優配比。
11.生石灰為濕土質量的5％～12％；聚羧酸減水劑為水泥質量的0.4％～1.2％之間；聚羧酸能夠提高水泥土的流動性，減少水泥用量。水玻璃，為水泥質量的0.5％～1.5％之間；碳酸鈉，為水泥質量的1％～5％之間；所有輔助材料與濕土的質量之比為30％～50％，且輔助材料中的粒徑比例應符合表1中的規定，才能保證攪拌后的漿液具有足夠的流動性。
12.表1輔助材料中顆粒粒徑的比例
[0013][0014]
水泥、偏高嶺土、生石灰、聚羧酸、水玻璃以及碳酸鈉添加到土里后(均在合適的摻入范圍之內)，能通過激發水泥自身的水化作用來使土體的強度提高；此外繼續加入粗骨料后(均在合適的摻入范圍之內)，通過其骨架作用能再次使土體的強度提高。上述幾種材料的聯合使用，能夠使土體在滿足強度的要求。
[0015]
并且，粗粉煤灰、粗水渣等粗料的摻入可以代替部分水泥的用量，使水泥用量減少30％～50％，大大的降低攪拌樁的工程成本。同時，粗料的再利用還有利于環保。
[0016]
本發明相對于現有技術相比具有顯著優點：本發明利用水泥、偏高嶺土、生石灰、聚羧酸、水玻璃和碳酸鈉、粗粉煤灰、粗水渣等來加固軟土，使得經過固化后的土體既能滿足強度要求，同時還能節約成本，為工程帶來經濟效應；利用材料和軟土進行攪拌，能夠保證固化后的土體強度的同時，又減少了水泥的用量，大大降低了成本，具有巨大的工程實用價值。
附圖說明
[0017]
圖1為粗粉煤灰圖。
[0018]
圖2為偏高嶺土效能圖。
[0019]
圖3為30％左右砂含量后壓縮曲線改變圖。
[0020]
圖4為各組分摻量影響圖。
具體實施方式
[0021]
下面結合附圖對本發明做進一步說明
[0022]
本發明的關鍵材料為兩部分材料構成：一部分是主控材料，分別為：水泥、偏高嶺土、生石灰、聚羧酸(用作減水劑)、水玻璃以及碳酸鈉；另一部分為輔助材料，為：工業廢棄物(例如粗粉煤灰、粗水渣等)。利用主控材料的水化作用來加固土體；然后加入粗粉煤灰，粗水渣等粗骨料作為輔助材料，為軟土提供顆粒骨架，再次提高強度。利用該復合樁加固土體時，采用的主控材料摻入比(主控材料質量與濕土質量之比)在10％～20％之間，其中，水泥摻量為主控材料的44.4％～61.5％，即水泥的摻入比為5％～12％。其他主控材料之間的配比如下：水泥:偏高嶺土比例為4:1(圖2)；生石灰為濕土質量的5％～12％；聚羧酸減水劑為水泥質量的0.4％～1.2％之間；水玻璃，為水泥質量的0.5％～1.5％；碳酸鈉，為水泥質量的1％～5％；所有輔助材料與濕土的質量之比為30％～50％。
[0023]
偏高嶺土、生石灰、水玻璃、碳酸鈉能夠激發水泥自身的水化反應，與聚羧酸(用作減水劑)聯合使用，能使土體強度提高；
[0024]
粗粉煤灰、粗水渣、建筑廢棄物粉砂渣等工業廢棄物，當其摻量在30％以上時可以為吹填淤泥提供顆粒骨架，使其強度再次提高(圖3)。粗料的摻量應小于50％，否則會影響混合漿液的流動性。
[0025]
室內試驗選用某地海相吹填土，其基本物理指標如下表2所示。水泥土攪拌樁的水泥摻入量(水泥質量與濕土質量)為8％；偏高嶺土的摻量(干質量與濕土質量之比)比例為2％；生石灰的摻量(干質量與濕土質量之比)為0％、4％、8％、12％、16％；聚羧酸減水劑的摻入比分別為(干質量與水泥質量之比)0％、0.5％、1％、1.5％；水玻璃的摻入比分別為(干質量與水泥質量之比)0％、1％、2％；碳酸鈉的摻入比為(干質量與水泥質量之比)0％、3％、6％；輔助材料(試驗選用粗粉煤灰，見圖1)的摻入比(粗料與濕土質量之比)為0％、10％、20％、30％、40％，粗粉煤灰的粒徑級配見表2和表3。海相吹填土的初始含水率為65％(水的質量與干土質量之比)。
[0026]
以pvc管為制樣工具，采用室內振動法制備該復合樁樁身試樣，然后置于標準養護室(溫度控制在20
±2°
范圍而濕度變化范圍為95
±
2％)內養護一天后拆模，標準養護至齡期，測其7d、14d及28d的無側限抗壓強度值。
[0027]
表2某地海相吹填土基本物理指標
[0028][0029]
表3粗粉煤灰的粒徑級配
[0030][0031]
由無側限抗壓強度試驗結果可知，當其他材料摻量不變時，生石灰從0％增加到8％時強度增加，但是增加到16％時，強度較8％時降低；
[0032]
當聚羧酸從0％增加到1.5％，其他材料摻量不變時，水泥土的強度先是增加然后又降低；
[0033]
保持其他材料摻量不變，當水玻璃從0％增加到1％時強度變大，增加到2％時，強度增長不明顯；
[0034]
保持其他摻量不變時，碳酸鈉從0％增加到3％時，水泥土抗壓強度顯著增大；
[0035]
當粗粉煤灰摻量為10％時，其抗壓強度與無添加粗料時的強度無明顯區別，當摻量提高到30％以上時，抗壓強度變大，說明當粉煤灰摻量大于30％時開始充當骨架作用，使水泥土強度提高。
[0036]
采用上述最優配比(水泥：偏高嶺土：生石灰為4:1:4，水泥：聚羧酸：水玻璃：碳酸鈉為100:1.5:1:31.5，灰渣：濕土為3:10)時，綜合固化劑(水泥，偏高嶺土，生石灰為，聚羧酸，水玻璃，碳酸鈉)摻量為10％和灰渣30％，28天強度達到2.4mpa，比傳統15％水泥直接固化土強度(1.2mpa)，高近一倍。上述結果表明粗料的摻量在30％時以上，并配合其他的水泥土添加劑(在合適的配比情況下)時，可以明顯提高水泥土的強度，使固化后的土體滿足強
度要求，又能減少了水泥的用量，極大程度降低了造價成本。
[0037]
現場施工方式：廢棄物骨料水泥土攪拌樁在現場工程中的應用，主要是利用現有攪拌樁施工機械，嫁接了常規水泥土攪拌樁的施工工藝。具體的現場施工方法分為以下幾個步驟：
[0038]
(1)根據起始設計要求,確定合適的水泥摻入量,然后向水泥中添加偏高嶺土、生石灰、聚羧酸、水玻璃、碳酸鈉、粗粉煤灰，適量水，將它們充分混合攪拌,使其達到均勻狀態；
[0039]
(2)平整場地，攪拌樁樁機移動指定樁位并對中；
[0040]
(3)啟動攪拌樁施工機械，攪拌土體，控制下沉速度，使得攪拌頭下沉至底部設計標高；
[0041]
(4)從底部設計標高處開始上提，同時噴射攪拌漿液(含骨料)。施工過程中控制上提和噴漿速度，以確保攪拌樁的均勻性
[0042]
(5)攪拌樁機持續上升至地表或設計標高施工完成后，將攪拌樁基撤出施工場地。
[0043]
在現場試驗過程中，當粗料的摻入量大于50％時，會導致液體的流動性偏差，無法正常輸送進攪拌設備，影響施工；只有在粗料摻量小于50％，且其顆粒粒徑之間滿足一定的比例時，才能保證機械正常施工。
技術特征：
1.一種廢棄物骨料水泥土攪拌樁的關鍵材料，其特性在于，該關鍵材料包括：主控材料，具體為水泥、偏高嶺土、生石灰、聚羧酸、水玻璃、碳酸鈉；輔助材料，為工業廢棄物。2.根據權利要求1所述的廢棄物骨料水泥土攪拌樁的關鍵材料，其特性在于，工業廢棄物為粗粉煤灰、粗水渣、建筑廢棄物的粉砂粒料。3.一種基于權利要求1-2任一項所述的廢棄物骨料水泥土攪拌樁的關鍵材料的使用方法，其特性在于，具體為用作軟土添加劑時，采用的主控材料摻量即所有的主控材料之和與濕土質量之比為10％～20％，其中，水泥摻量為主控材料的44.4％～61.5％，即水泥摻入比為5％～12％之間。4.根據權利要求1所述的使用方法，其特性在于，水泥與偏高嶺土的質量比例為4:1。5.根據權利要求1所述的使用方法，其特性在于，主控材料中生石灰為濕土質量的5％～12％；主控材料中聚羧酸減水劑為水泥質量的0.4％～1.2％之間；主控材料中水玻璃，為水泥質量的0.5％～1.5％之間；碳酸鈉，為水泥質量的1％～5％之間。6.根據權利要求1所述的使用方法，其特征在于：輔助材料的摻量在30％以上。7.根據權利要求1所述的使用方法，其特征在于：輔助材料的摻量不超過50％。8.根據權利要求或所述的使用方法，其特征在于：輔助材料的顆粒粒徑之間的比例應符合表1規定：表1輔助材料中顆粒粒徑的比例9.一種廢棄物骨料水泥土攪拌樁的關鍵材料的施工方法，其特性在于，利用主控材料的水化作用來加固土體；其次再加入粗粉煤灰、粗水渣粗骨料，為土體提供顆粒骨架，再次提高強度；將上述材料聯合用作軟土的添加劑，以保證固化后的土體能滿足強度的要求。10.根據權利要求9所述的廢棄物骨料水泥土攪拌樁的關鍵材料的施工方法，其特性在于，具體步驟為：(1)根據起始要求,確定水泥摻入量,然后向水泥中添加偏高嶺土、生石灰、聚羧酸、水玻璃、碳酸鈉、粗粉煤灰，水，充分混合攪拌,使其達到均勻狀態；(2)平整場地，攪拌樁樁機移動指定樁位并對中；(3)啟動攪拌樁施工機械，攪拌土體，控制下沉速度，使得攪拌頭下沉至底部設計標高；(4)從底部設計標高處開始上提，同時噴射攪拌漿液(含骨料)；施工過程中控制上提和噴漿速度，以確保攪拌樁的均勻性(5)攪拌樁機持續上升至地表或設計標高施工完成后，將攪拌樁基撤出施工場地。
技術總結
本發明為一種廢棄物骨料水泥土攪拌樁的關鍵材料和施工方法，該關鍵材料利用主控材料包括水泥、偏高嶺土、生石灰、聚羧酸、水玻璃和碳酸鈉的水化作用以及輔助材料包括粗粉煤灰、粗水渣等工業廢棄物的骨架作用，確保輔助材料之間的粒徑需要滿足比例，才能使得現場施工過程中水泥復合漿液具有足夠的流動性。本發明利用上述材料和軟土進行攪拌，能夠保證固化后的土體強度的同時，又減少了水泥的用量，大大降低了成本，具有巨大的工程實用價值。具有巨大的工程實用價值。具有巨大的工程實用價值。
