本申請(qǐng)涉及土木工程加固，尤其涉及一種微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著城市化建設(shè)的加速，對(duì)深層土壤加固技術(shù)和地下空間開發(fā)的需求日益增加。而攪拌樁是軟基處理的一種有效形式，通過深層攪拌機(jī)械邊鉆進(jìn)邊往軟土中噴射固化劑(漿液或者干粉)，并就地將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，通過固化劑和軟土之間的物理化學(xué)作用，形成強(qiáng)度較高、整體性、水穩(wěn)性好的固化土。

2、現(xiàn)有的攪拌樁固化劑主要包括水泥漿液、石灰膏體等，雖然能在一定程度上改善土質(zhì)，但在實(shí)際應(yīng)用中常常會(huì)存在固結(jié)速率低、早期強(qiáng)度不足和后期收縮開裂等問題，導(dǎo)致施工周期延長(zhǎng)和維護(hù)成本上升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了提高固化劑固結(jié)速率，提高固化土體的固結(jié)強(qiáng)度，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑及其制備方法和應(yīng)用。

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑，采用如下技術(shù)方案：一種微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑，按重量份計(jì)，由包含以下原料制備而成：

3、水泥13-17份、改性復(fù)合粉體30-40份、異氰酸酯封端的聚氨酯7-9份、聚丙烯酸鈉2-4份；所述改性復(fù)合粉體的制備原料包括復(fù)合粉體、乙烯基硅烷和丙烯酸羥乙酯，所述復(fù)合粉體、乙烯基硅烷和丙烯酸羥乙酯的重量比為10：(1-3)：(4-6)。

4、通過采用上述技術(shù)方案，復(fù)合粉體在經(jīng)過改性之后均勻分散于水泥與固化土體中，水分子滲透到復(fù)合粉體與水泥顆粒內(nèi)部，飽和后以膠體的形式析出，這些膠凝性水化產(chǎn)物的膠結(jié)作用能夠使較小的土體顆粒成為較大的團(tuán)粒，在異氰酸酯封端的聚氨酯的作用下，較大的團(tuán)粒進(jìn)一步結(jié)合，形成固化土團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。其中，乙烯基硅烷加丙烯酸羥乙酯的組合對(duì)復(fù)合粉體的改性具有良好的成效，乙烯基硅烷和丙烯酸羥乙酯作為改性劑成功包覆在了復(fù)合粉體的表面，使改性復(fù)合粉體與異氰酸酯封端的聚氨酯之間形成均勻的分子空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)控制水泥凝結(jié)過程，縮短凝結(jié)時(shí)間，使其更快的完成固化。此外，聚丙烯酸鈉在攪拌的過程中與水泥分散于固化土體內(nèi)部，聚丙烯酸鈉生成的級(jí)鏈狀微單元在堿性環(huán)境下黏性進(jìn)一步加強(qiáng)，同時(shí)水泥反應(yīng)產(chǎn)物水化硅酸鈣膠體和聚丙烯酸鈉膠體共同填充孔隙內(nèi)部，顯著加強(qiáng)固化土體的整體性，降低土體收縮率，減少裂縫的形成，從而提高固化土體的強(qiáng)度。

5、優(yōu)選的，所述復(fù)合粉體包括微硅粉、礦渣微粉和煤矸石粉，所述微硅粉、礦渣微粉和煤矸石粉的重量比為1：(0.6-0.8)：(0.5-0.7)。

6、通過采用上述技術(shù)方案，微硅粉、礦渣微粉和煤矸石粉三種粉體的復(fù)配，可以根據(jù)不同環(huán)境和工程需求，調(diào)整固化劑的性能，使其適應(yīng)不同的地質(zhì)條件和工程要求。并且，微硅粉與礦渣微粉、煤矸石粉之間的結(jié)合可以達(dá)到固化劑最佳性能平衡。

7、優(yōu)選的，所述改性復(fù)合粉體的制備方法為：

8、(1)將微硅粉、礦渣微粉和煤矸石粉混合均勻后球磨處理2-3h，制得復(fù)合粉體，再將復(fù)合粉體加入到naoh溶液中，快速攪拌充分分散1-2h，抽濾、干燥，制得預(yù)處理粉體；

9、(2)將乙烯基硅烷加入到分散劑中，得到分散液；將預(yù)處理粉體加入到分散劑中，得到懸浮液；在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將分散液與懸浮液混合均勻后加入丙烯酸羥乙酯與促進(jìn)劑，60-70℃機(jī)械攪拌條件下反應(yīng)2-4h，用無(wú)水乙醇洗滌2-3次，抽濾并干燥后制得改性復(fù)合粉體。

10、通過采用上述技術(shù)方案，采用naoh溶液對(duì)復(fù)合粉體進(jìn)行預(yù)處理，使得復(fù)合粉體表面羥基數(shù)量增多，便于后續(xù)反應(yīng)的進(jìn)行，再通過乙烯基硅烷對(duì)預(yù)處理粉體進(jìn)行硅烷化改性，提高了復(fù)合粉體的分散性能，最后在丙烯酸羥乙酯與乙烯基硅烷的相互作用下，復(fù)合粉體與水泥、固化土體顆粒之間形成三維聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高固化土體的強(qiáng)度，縮短固化時(shí)間，使得固化后土體的力學(xué)性能顯著提升。

11、優(yōu)選的，所述步驟(2)中的分散劑采用n-甲基吡咯烷酮。

12、優(yōu)選的，所述步驟(2)中的促進(jìn)劑采用四丁基氯化銨、四丁基溴化銨、芐基三乙基氯化銨中的一種或多種。

13、通過采用上述技術(shù)方案，季銨鹽促進(jìn)劑可以提供堿性環(huán)境，促進(jìn)乙烯基硅烷與丙烯酸羥乙酯的反應(yīng)的進(jìn)行。

14、優(yōu)選的，所述乙烯基硅烷采用乙烯基三異丙氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三異丙烯氧基硅烷中的一種或多種。

15、通過采用上述技術(shù)方案，乙烯基硅烷中的烷氧基水解后生成活潑的硅羥基，硅羥基與復(fù)合粉體表面的羥基進(jìn)行縮合反應(yīng)形成化學(xué)鍵，而乙烯基可以與丙烯酸羥乙酯中的不飽和鍵進(jìn)行加成反應(yīng)從而接枝聚合，在復(fù)合粉體表面形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

16、優(yōu)選的，所述微硅粉的比表面積為1000-1500m2/kg，所述礦渣微粉的比表面積為450-650m2/kg，所述煤矸石粉的比表面積為350～550m2/kg。

17、通過采用上述技術(shù)方案，采用上述不同比表面積的三種粉體有助于提高固化劑的穩(wěn)定性和均勻性，減少施工過程中的分層和沉淀現(xiàn)象。

18、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑的制備方法采用如下的技術(shù)方案：

19、一種微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑的制備方法，包括以下步驟：

20、按所述組分配比稱取原料，將水泥、改性復(fù)合粉體、異氰酸酯封端的聚氨酯與聚丙烯酸鈉攪拌混合均勻，制得復(fù)合固化劑，密封保存。

21、通過采用上述技術(shù)方案，上述制備的固化劑無(wú)論采用濕法或者干法與土體混合后，可以有效改善土體的固化強(qiáng)度，縮短土體的固化時(shí)間。

22、第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑在土體固化中的應(yīng)用采用如下的技術(shù)方案：

23、一種微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑在土體固化中的應(yīng)用，以待固化土壤的重量為基準(zhǔn)，所述復(fù)合固化劑摻量為固化土體的15％-25％。

24、通過采用上述技術(shù)方案，復(fù)合固化劑的最佳摻量為固化土體的15％-25％，能夠達(dá)到良好的固結(jié)速率與固化效果。

25、綜上所述，本申請(qǐng)包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

26、本申請(qǐng)中，復(fù)合粉體在經(jīng)過改性之后均勻分散于水泥與固化土體中，水分子滲透到復(fù)合粉體與水泥顆粒內(nèi)部，飽和后以膠體的形式析出，這些膠凝性水化產(chǎn)物的膠結(jié)作用能夠使較小的土體顆粒成為較大的團(tuán)粒，在異氰酸酯封端的聚氨酯的作用下，較大的團(tuán)粒進(jìn)一步結(jié)合，形成固化土團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。其中，乙烯基硅烷加丙烯酸羥乙酯的組合對(duì)復(fù)合粉體的改性具有良好的成效，乙烯基硅烷和丙烯酸羥乙酯作為改性劑成功包覆在了復(fù)合粉體的表面，使改性復(fù)合粉體與異氰酸酯封端的聚氨酯之間形成均勻的分子空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)控制水泥凝結(jié)過程，縮短凝結(jié)時(shí)間，使其更快的完成固化。此外，聚丙烯酸鈉在攪拌的過程中與水泥分散于固化土體內(nèi)部，聚丙烯酸鈉生成的級(jí)鏈狀微單元在堿性環(huán)境下黏性進(jìn)一步加強(qiáng)，同時(shí)水泥反應(yīng)產(chǎn)物水化硅酸鈣膠體和聚丙烯酸鈉膠體共同填充孔隙內(nèi)部，顯著加強(qiáng)固化土體的整體性，提高固化土體的強(qiáng)度。

技術(shù)特征：

1.一種微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑，其特征在于，按重量份計(jì)，由包含以下原料制備而成：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑，其特征在于，所述復(fù)合粉體包括微硅粉、礦渣微粉和煤矸石粉，所述微硅粉、礦渣微粉和煤矸石粉的重量比為1：（0.6-0.8）：（0.5-0.7）。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑，其特征在于，所述改性復(fù)合粉體的制備方法為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑，其特征在于，?所述步驟（2）中的分散劑采用n-甲基吡咯烷酮。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑，其特征在于，?所述步驟（2）中的促進(jìn)劑采用四丁基氯化銨、四丁基溴化銨、芐基三乙基氯化銨中的一種或多種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑，其特征在于，?所述乙烯基硅烷采用乙烯基三異丙氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三異丙烯氧基硅烷中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑，其特征在于，所述微硅粉的比表面積為1000-1500m2/kg，所述礦渣微粉的比表面積為450-650m2/kg，所述煤矸石粉的比表面積為350~550m2/kg。

8.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑在土體固化中的應(yīng)用。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，以待固化土體的重量為基準(zhǔn)，所述復(fù)合固化劑摻量為固化土體的15%-25%。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及土木工程加固技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑及其制備方法和應(yīng)用。其中，微硅粉改性的攪拌樁復(fù)合固化劑包括水泥、改性復(fù)合粉體、異氰酸酯封端的聚氨酯、聚丙烯酸鈉；其中，改性復(fù)合粉體的制備原料包括復(fù)合粉體、乙烯基硅烷和丙烯酸羥乙酯，復(fù)合粉體、乙烯基硅烷和丙烯酸羥乙酯的重量比為10：（1?3）：（4?6）。乙烯基硅烷加丙烯酸羥乙酯的組合對(duì)復(fù)合粉體的改性具有良好的成效，乙烯基硅烷和丙烯酸羥乙酯作為改性劑成功包覆在了復(fù)合粉體的表面，使改性復(fù)合粉體與異氰酸酯封端的聚氨酯之間形成均勻的分子空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)控制水泥凝結(jié)過程，縮短凝結(jié)時(shí)間，使其更快的完成固化。

技術(shù)研發(fā)人員：葉茂海,王偉山
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福州創(chuàng)先工程材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15