一种耐盐腐蚀的气泡混合风积沙土及其制备方法

摘要

本发明公开了一种耐盐腐蚀的气泡混合风积沙土及其制备方法，所述气泡混合风积沙土组分包括：水泥，矿渣，活性氧化镁，水玻璃，氢氧化钠，风积沙，矿物掺合料，水和气泡。通过所述气泡混合风积沙土各组分之间相互作用及气泡隔水阻盐作用，保证气泡混合风积沙土在盐渍环境中凝结硬化、产生、发展并长期保持强度。该种气泡混合风积沙土用于沙漠盐渍土环境中，能够满足构筑物、构件对强度和耐久性的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于沙漠盐渍环境下建筑、道路和桥梁的地基、路基处理的气泡混合风积沙土及其制备方法，属于土木工程地基处理领域。

背景技术

我国是沙漠分布最广泛的国家之一，沙漠面积占国土面积约8.4％，且主要分布于我国西部的新疆、内蒙、青海、甘肃、宁夏、陕西等省区。由于西部沙漠地区特殊的地理环境，造就了该地区气候的独特性，夏季高温，冬季寒冷，年温差和日温差均较大，气候干燥少雨，降水量少，蒸发量大。这些气候特点决定了沙漠土壤中上升水流的优势，使其可溶性盐份随着毛细管水上升积聚于表层，而自然淋溶与脱盐过程十分微弱，导致土壤普遍积盐，形成大面积盐渍土，绝大部分的沙漠土壤均属于盐渍土。沙漠盐渍土含盐量较高、含盐种类多，这些地区的建筑、道路、桥梁、隧道等构筑物的地基、路基工程，必须考虑对盐渍环境的耐腐蚀性能。沙漠盐渍土所含盐分主要为含钾(K⁺)、钠(Na⁺)、镁(Mg²⁺)、钙(Ca²⁺)的氯盐(Cl^-)、硫酸盐(SO₄^2-)、碳酸盐(CO₃^2-)和碳酸氢盐(HCO₃^-)，它们对目前使用的基于硅酸盐系列水泥的混凝土和钢筋产生严重腐蚀作用，从而对混凝土和钢筋混凝土构件的耐久性构成严重威胁。混凝土和钢筋混凝土是地基、路基处理不可或缺的组成部分，但在沙漠盐渍环境下其应用受到极大限制。同时，混凝土集料需采用非盐渍材料，在沙漠盐渍地区这些材料运输距离远、购置成本大，而大量存在的风积沙资源却无法有效利用，因此迫切需寻求一种既能充分利用风积沙资源又能在盐渍环境中具有很强的耐腐蚀性能的地基、路基处理方法，以满足盐渍环境工程应用的要求。

发明内容

本发明为解决沙漠盐渍环境下地基、路基的耐久性问题，提出了一种利用风积沙资源作为原料、可用于盐渍环境的耐腐蚀的气泡混合风积沙土及其制备方法。本发明的耐盐腐蚀的气泡混合风积沙土，包含水泥、矿渣、活性氧化镁、水玻璃、氢氧化钠、风积沙、矿物掺合料和水，并含有重量占比1％-5％的气泡。

水泥、矿渣、活性氧化镁、水玻璃和氢氧化钠作为胶凝材料，在含Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-等几种或多种盐离子的盐渍环境下水化硬化，并且胶凝材料与盐渍环境中的部分盐分反应生成大量的水化物CASH、Friedel’s>+、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-、HCO₃^-等盐离子，含盐总质量百分含量为0.5％-10％，含水质量百分比5％-100％的盐渍土。

所述的耐盐腐蚀的气泡混合风积沙土，其各组分重量比为：水泥：3％-25％；矿渣：8％-25％；活性氧化镁：1％-5％；水玻璃：1％-10％；氢氧化钠：0.5％-3％；风积沙：5％-70％；矿物掺合料：0％-5％；水：15％-30％；气泡：1％-5％。具体配比可根据使用地区盐渍风积沙土中盐分种类及比例、浓度确定。

所述的水泥比表面积不小于300m²/kg；所述的矿渣比表面积不小于250m²/kg；所述的活性氧化镁比表面积不小于300m²/kg；所述水玻璃模数为2-3.5，浓度为20-50°Be’；所述氢氧化钠纯度不小于95％；所述的风积沙粒径不大于1mm，含盐量为0.5％-10％；所述的水为淡水；所述的气泡为使用发泡剂生成，所述发泡剂是表面活性类发泡剂、蛋白类发泡剂、树脂类发泡剂、碳酸盐类发泡剂。

所述矿物掺合料是满足粒径要求的粉煤灰、硅灰、钢渣、赤泥尾矿粉、有色金属渣、煅烧煤矸石粉中的一种矿物掺合料或几种矿物掺合料混合而成，所述粉煤灰的比表面积不小于400m²/kg，硅灰的比表面积不小于15000m²/kg，磨细钢渣与有色金属渣的比表面积不小于350m²/kg，赤泥尾矿粉的比表面积不小于300m²/kg，煅烧煤矸石粉的比表面积不小于300m²/kg。

本发明的气泡混合风积沙土可以配合增强筋使用，也可以单独使用，以制备盐渍环境中使用的耐盐腐蚀构件和构筑物。根据构筑物种类和设计要求，其应用方法不尽相同，可以是素气泡混合风积沙土现浇构筑物或构件，也可以是加筋气泡混合风积沙土现浇构筑物或构件。加强筋的筋材可以使用：玄武岩纤维筋、玻璃纤维增强塑料筋、碳纤维增强塑料筋、芳纶纤维增强塑料筋、竹筋、竹丝索、苇筋。

本发明所述的一种耐盐腐蚀的气泡混合风积沙土，其制备方法为：对施工地区盐渍环境的盐分种类、浓度及比例进行测定，依据混凝土所处盐渍环境的含盐种类及含盐量确定气泡混合风积沙土的具体配比；按照确定的组分配比，将水泥、矿渣、活性氧化镁、水玻璃、氢氧化钠、风积沙、矿物掺合料放入搅拌机充分混合，再加入水搅拌均匀，得到混合物料；在发泡机中加入发泡剂并加水稀释，稀释后发泡剂随着发泡剂冲入的压缩空气，产生气泡群；将发泡剂产生的气泡群和搅拌机拌制的混合物料充分混合，得到气泡混合风积沙土；对气泡混合风积沙土进行施工及养护。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的耐盐腐蚀的气泡混合风积沙土能在盐渍环境中凝结硬化、发展并保持强度，具有良好的水稳性、耐盐蚀性和抗渗性，适用于普通混凝土无法使用的盐渍土环境。

(2)本发明提供的耐盐腐蚀的气泡混合风积沙土可充分利用盐渍沙漠地区大量存在的风积沙资源，可就地取材，制备成本低廉，适合大规模的工程应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明提供的一种耐盐腐蚀的气泡混合风积沙土作进一步说明。本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

实施例1

对本发明中提出的一种耐盐腐蚀的气泡混合风积沙土进行强度试验，采用5％水泥，20％矿渣，5％活性氧化镁，5％水玻璃，2％氢氧化钠，37％风积沙，25％水，1％气泡混合拌制成气泡混合风积沙土，其中水泥比表面积340m^2/kg；矿渣比表面积300m^2/kg；活性氧化镁比表面积300m²/kg；水玻璃模数为3，浓度为35°Be’；氢氧化钠纯度97％；风积沙粒径1mm，含盐量为1％；水为当地普通淡水；气泡为使用表面活性类发泡剂生成。拌制成的气泡混合风积沙土振实装入边长为150mm混凝土立方体试模中，硬化脱模后将上述气泡混合风积沙土于淡水、卤水和埋覆于盐渍土环境下养护，环境温度控制在20±2℃。混凝土强度测试按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)进行，抗压强度见表1所示：

表1 气泡混合风积沙土在淡水、卤水和盐渍土中强度对比

从表中数据可见，360d养护后，气泡混合风积沙土在卤水和盐渍土中的强度高于其在淡水中的强度，且在后龄期过程中，卤水和盐渍土中养护的气泡混合风积沙土强度增量高于淡水养护。试验结果说明本发明所述的一种耐盐腐蚀的气泡混合风积沙土能应用于盐渍环境中，并保持强度稳定和很好的耐盐蚀性，满足构筑物在盐渍环境中对强度和耐久性的要求。

实施例2

某沙漠公路路堤填筑采用气泡混合风积沙土，填筑厚度3m，处理长度200m。根据工程勘察报告得知该盐渍土地区风积沙含盐量为2.2％，主要离子的含量为：Ca²⁺：0.1％，Mg²⁺：0.2％，K⁺/Na⁺：0.5％，SO₄^2-：0.6％，Cl^-：0.8％。根据上述盐渍土含盐种类及含盐量分析结果，按下述原料的重量百分比制备气泡混合风积沙土：10％水泥，15％矿渣，3％活性氧化镁，8％水玻璃，3％氢氧化钠，35％风积沙，3％矿物掺合料，20％水，3％气泡。其中水泥比表面积350m^2/kg；矿渣比表面积300m^2/kg；活性氧化镁比表面积350m²/kg；水玻璃模数为2.5，浓度为20°Be’；氢氧化钠纯度97％；风积沙粒径0.6mm，含盐量为2.2％；矿物掺合料为硅灰和赤泥尾矿粉的混合掺合料，重量比各占50％，硅灰的比表面积15000m²/kg，赤泥尾矿粉的比表面积300m²/kg；水为当地普通淡水；气泡为使用蛋白类发泡剂生成。

将水泥、矿渣、活性氧化镁、水玻璃、氢氧化钠、风积沙、矿物掺合料按照配比放入搅拌机后充分混合，再向其中加入水，搅拌均匀得到混合物料；使用苇筋作为混合物料的筋材，将筋材与混合物料拌制均匀；在发泡机中加入发泡剂并加水稀释，稀释后发泡剂随着发泡剂冲入的压缩空气，产生气泡群；将发泡剂产生的气泡群和搅拌机拌制的加筋材混合物料充分混合，得到加筋气泡混合风积沙土；将加筋气泡混合轻质土按每层0.5m分层台阶式填筑路堤，养护龄期30天，养护温度为20±2℃，养护环境的空气湿度为98％。

实施例3

某沙漠盐渍土地区道路改建，路基采用气泡混合风积沙土进行处理，路基处理深度0.5m，处理长度500m，地下水埋深5m。根据工程勘察报告得知该盐渍土地区风积沙含盐量为1.3％，主要离子的含量为：Ca²⁺：0.1％，Mg²⁺：0.03％，K⁺/Na⁺：0.5％，SO₄^2-：0.07％，Cl^-：0.6％。根据上述盐渍土含盐种类及含盐量分析结果，按下述原料的重量百分比制备气泡混合风积沙土：10％水泥，10％矿渣，1％活性氧化镁，5％水玻璃，1％氢氧化钠，50％风积沙，20％水，3％气泡。其中水泥比表面积350m^2/kg；矿渣比表面积300m^2/kg；活性氧化镁比表面积300m²/kg；水玻璃模数为2.5，浓度为35°Be’；氢氧化钠纯度99％；风积沙粒径0.5mm，含盐量为1.3％；水为当地普通淡水；气泡为使用表面活性类发泡剂生成。

将水泥、矿渣、活性氧化镁、水玻璃、氢氧化钠、风积沙按照配比放入搅拌机后充分混合，再向其中加入水，搅拌均匀得到混合物料；在发泡机中加入发泡剂并加水稀释，稀释后发泡剂随着发泡剂冲入的压缩空气，产生气泡群；将发泡剂产生的气泡群和搅拌机拌制的混合物料充分混合，得到气泡混合风积沙土；将气泡混合轻质土按每层0.25m分两层浇筑于路基，养护龄期为28天，养护温度为20℃，养护环境的空气湿度为98％。

实施例4

某沙漠盐渍土地区桥台台背回填采用气泡混合风积沙土，台背回填深度1.5m，处理长度50m。根据工程勘察报告得知该盐渍土地区风积沙含盐量为4.9％，主要离子的含量为：Ca²⁺：0.8％，Mg²⁺：0.6％，K⁺/Na⁺：1.1％，SO₄^2-：2.1％，Cl^-：0.3％。根据上述盐渍土含盐种类及含盐量分析结果，按下述原料的重量百分比制备气泡混合风积沙土：3％水泥，22％矿渣，3％活性氧化镁，10％水玻璃，3％氢氧化钠，25％风积沙，2％矿物掺合料，30％水，2％气泡。其中水泥比表面积300m^2/kg；矿渣比表面积280m^2/kg；活性氧化镁比表面积300m²/kg；水玻璃模数为3，浓度为40°Be’；氢氧化钠纯度99％；风积沙粒径0.5mm，含盐量为4.9％；矿物掺合料为粉煤灰、钢渣的混合掺合料，重量比各占50％，比表面积均为350m²/kg；水为当地普通淡水；气泡为使用树脂类发泡剂生成。

将水泥、矿渣、活性氧化镁、水玻璃、氢氧化钠、风积沙、矿物掺合料按照配比放入搅拌机后充分混合，再向其中加入水，搅拌均匀得到混合物料；在发泡机中加入发泡剂并加水稀释，稀释后发泡剂随着发泡剂冲入的压缩空气，产生气泡群；将发泡剂产生的气泡群和搅拌机拌制的混合物料充分混合，得到气泡混合风积沙土；将气泡混合轻质土按每层0.5m分层直接浇筑于台背，养护龄期为28天，养护温度为22℃，养护环境的空气湿度为98％。