Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2024, 9(9), 950-958
Published Online September 2024 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/hjce https://doi.org/10.12677/hjce.2024.99099
高压旋喷止水帷幕复合固化剂性能分析
陈鲁川1，李宜欣2，王鹏程1，蒋红光2*，姚占勇2，王 旭2
1
山东高速集团有限公司，山东 济南 2
山东大学齐鲁交通学院，山东 济南
收稿日期：2024年9月1日；录用日期：2024年9月16日；发布日期：2024年9月23日
摘 要
工业生产排放的各类固体废弃物具有潜在活性，与水泥复配后可有效改善固化剂的多种性能。本文基于由固废材料研发的环保型高压旋喷止水帷幕固化剂，通过室内试验，评价了材料的施工性能、力学性能、抗渗性能等指标。研究发现固化剂的浆液比重、混合泥浆流动度与含水率具有明显的线性相关关系。复合固化剂的混合泥浆稳定性明显优于水泥，离析率比水泥泥浆低2%~5%。随着含水率的提高，混合泥浆的稳定性逐渐降低。复合固化剂固化土具有明显的早强特性、抗折特性与高初始含水率适用性。复合固化剂固化土的抗渗性能在45%初始含水率条件下与水泥土接近，而在含水率高达55%时优于水泥土。
关键词
止水帷幕，工业固废，复合固化剂，性能分析
Performance Analysis of Composite Curing Agent for High-Pressure Rotary Jet Waterproof Curtain
Luchuan Chen1, Yixin Li2, Pengcheng Wang1, Hongguang Jiang2*, Zhanyong Yao2, Xu Wang2
12
Shandong Hi-Speed Group, Jinan Shandong
School of Qilu Transportation, Shandong University, Jinan Shandong
st
th
rd
Received: Sep. 1, 2024; accepted: Sep. 16, 2024; published: Sep. 23, 2024
Abstract
Various types of solid waste discharged from industrial production have potential activity, and can effectively improve some properties of the curing agent after being compounded with cement.
*
通讯作者。
文章引用: 陈鲁川, 李宜欣, 王鹏程, 蒋红光, 姚占勇, 王旭. 高压旋喷止水帷幕复合固化剂性能分析[J]. 土木工程, 2024, 9(9): 950-958. DOI: 10.12677/hjce.2024.99099
陈鲁川 等
Based on the environmentally friendly high-pressure rotary jet waterproof curtain curing agent developed by solid waste materials, this paper evaluates the construction performance, mechanical performance, impermeability and other indicators of the material through laboratory tests. It found that the slurry specific gravity of the curing agent and the fluidity of the mixed mud both have an obvious linear correlation with the water content. The stability of the mixed slurry of the com-posite curing agent is obviously better than that of the cement. The segregation rate is 2% - 5% lower than that of the cement slurry. As the moisture content increases, the stability of the mixed mud gradually decreases. Composite curing agent solidified soil has obvious early-strength proper-ties, flexural properties and applicability of high initial moisture content. The impermeability of soil cured by composite curing agent is close to that of cement soil under the condition of 45% ini-tial water content. But it is better when the water content is up to 55%.
Keywords
Waterproof Curtain, Industrial Solid Wastes, Composite Hardeners, Performance Analysis
Copyright ? 2024 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Open Access 1. 引言
高压旋喷止水帷幕因施工快速、适用性强被广泛应用于土石坝、深基坑等防渗工程。但是，当前高压旋喷止水帷幕工程存在成本过高、工程质量可靠性差以及资源浪费严重等缺点。同时，多种工业固体废弃物具有潜在活性，采用固废材料研发经济、可靠的复合固化材料成为当前解决上述工程问题的有效途径。
高压旋喷止水帷幕固结体为水泥土，不同施工工艺的含水率差异很大。国内外学者对不同固废材料、浆液含水率条件的掺配效果进行了探索和研究。固废材料在水泥土中的应用方面，蒙强等[1]采用粉煤灰作为水泥掺合料加固饱和软黏土，结果表明其加固效果良好，但粉煤灰与水泥掺量的比例不宜超过1:1。董玉萍等[2]研究发现，高钙粉煤灰对水泥土的早期强度影响较小，通过添加化学激发剂可有效激发高钙粉煤灰的活性，使其早期强度提高。崔靖俞等[3]通过渗透试验，发现粉煤灰可提高水泥土的长期抗渗性能。梁仕华等[4]认为粉煤灰可提高水泥土的结构致密性，提高水泥土的无侧限抗压强度、内摩擦角与粘聚力。脱硫石膏主要成分为硫酸盐，对于水泥具有早强与缓凝的双重作用，在水泥土中主要被作为激发剂应用。黄新等[5] [6]采用SEM电镜扫描分析了水泥与废石膏加固软土的微观结构，结果表明水泥水化作用产生的水化硅酸钙附着于土颗粒孔隙壁上，对土体孔隙的填充效果有限，而加入废石膏后，石膏与水泥反应生成的钙矾石可显著降低土的孔隙率。霍曼琳等[7]进行了石膏外加剂改良高压旋喷桩的现场试验研究，2%掺量的脱硫石膏对于提高桩体强度与成桩质量效果显著。Papageorgiou A等[8]采用脱硫石膏激发水泥，认为脱硫石膏的掺量不宜高于10%，否则会引起水泥性能的衰减。Tzouvalas G等[9]认为脱硫石膏具有良好的缓凝作用，但会影响材料的抗压强度。米栋云[10]研究了赤泥的掺入对水泥土力学特性与渗透特性的影响，结果表明在水泥土中掺加部分赤泥可提高水泥土的无侧限抗压强度，渗透系数也明显降低。陈金辉[11]结合XRD试验、SEM试验与压汞试验分析了镍渣水泥土的固化机理，指出镍渣可以改善水泥土的孔隙特性。柯开展[12]认为水泥土的无侧限抗压强度随镍渣掺量的增加而降低，特别是早期强度下降明显，28d后水泥土强度下降幅度才逐渐减小。
多种固废材料与水泥复配固化剂方面，庞文台等[13]认为单掺粉煤灰对水泥土的抗渗性能影响很小，加入石灰可以激发粉煤灰的火山灰作用，抗渗性能提高50%以上。王贤昆等[14]采用脱硫石膏与粉煤灰
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陈鲁川 等
对水泥土进行复合改性，结果表明脱硫石膏与粉煤灰对水泥土3 d强度基本无影响，28 d前脱硫石膏对水泥土强度的影响高于粉煤灰，28 d后粉煤灰影响更显著。Telesca等[15]采用脱硫石膏、氢氧化钙与粉煤灰配置了新型胶凝材料，分析了其水化过程中的物相组成。Poon等[16]采用脱硫石膏激发粉煤灰的活性，用于危险固废的固化处理，取得了良好的效果。
可见，相关研究主要集中在力学性能上，对固废材料复合固化剂的施工性能与抗渗性能研究较少。本文基于由固废材料研发的环保型高压旋喷止水帷幕固化剂，通过室内试验，评价了材料的施工性能、力学性能、抗渗性能等指标。对有效降低高压旋喷止水帷幕工程成本、确保工程质量、实现固废材料的环保再生利用具有显著的社会和经济效益。
2. 试验材料与方案
2.1. 试验材料
试验用土样取自济南机床一厂基坑工程并过2 mm方孔筛密封保存备用。其基本物理性质如表1所示，颗粒分析试验结果如图1所示。可见，试验土样中粉粒与黏粒含量占97%，其中粉粒占85.9%，黏粒占11.1%，结合液塑限试验结果判定该土为粉质黏土。天然含水率在15%~29%，分布范围较宽，可能会导致高压旋喷止水帷幕工程中固结体的性能差异。
Table 1. Physical properties of testing soil 表1. 试验土样物理特性
土粒相对比重
2.73
天然含水率(%)
15%~29
饱和含水率(%)
39.51
塑限(%) 19.98
液限(%) 31.19
塑性指数 11.21
渗透系数(cm/s) 2.47 × 10?5
Figure 1. Particle size distribution of silty clay 图1. 粉质黏土颗粒粒径分布
研发的复合固化剂由水泥、烧结法赤泥、粉煤灰、GM激发剂组成。其中，试验用水泥为山东省水泥厂生产的P.O-42.5普通硅酸盐水泥。烧结法赤泥取自中国铝业山东分公司，由于堆存的烧结法赤泥为块状，在实验室中经破碎过1 mm方孔筛后使用。烧结法赤泥主要化学元素组成为Ca、C、Si、Fe、S、Na等，其中含钙量高达39%，主要矿物组成为水化硅酸钙、碳酸钙、钙钛矿、铁铝酸钙等。烧结法赤泥干容重较小，具有较大的比表面积，吸水性强，塑限为53%，液限可达70%以上，且具有强碱性。在复合固化剂中烧结法赤泥颗粒的高吸水性可改善高含水率下的泥浆稳定性。试验中所用粉煤灰取自中国铝
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高压旋喷止水帷幕复合固化剂性能分析
