一种低碱高抗渗湿陷性黄土固化剂及其施工方法

本发明属于岩土工程材料，具体涉及一种低碱高抗渗湿陷性黄土固化剂及其施工方法。

背景技术：

1、我国西北地区广泛分布着湿陷性黄土，其特有的大孔隙、弱胶结结构会导致路基遇水极易发生严重的湿陷变形与渗透破坏。此类病害严重威胁公路或铁路路基的长期稳定性，是造成线路不均匀沉降的主要诱因。当前，公路或铁路工程中常采用水泥固化技术进行改良，然而，水泥生产具有高能耗、高碳排放的弊端，且纯水泥固化土在干燥环境下极易产生干缩裂缝，导致抗渗防线失效。

2、此外，近年来兴起的碱激发地聚物固化技术虽然低碳，但通常需要高浓度的碱激发剂，极易导致固化土体出现“泛碱”现象，且过量的碱金属离子易诱导生成不稳定的晶体结构，造成土体微观结构疏松，难以同时满足铁路路基对高抗渗与长效稳定性的严苛要求。因此，研发一种能有效抑制高碱结晶破坏、兼具低碳环保与超低渗透性能的湿陷性黄土固化剂，并建立与之配套的公路或铁路路基抗渗加固施工方法，是当前亟需解决的技术难题。

技术实现思路

1、针对现有湿陷性黄土路基填料渗透性高、遇水易湿陷，传统水泥固化技术碳排放高、易产生干缩裂缝，以及传统碱激发地聚物高碱易结晶劣化等技术问题，本发明的目的在于提供一种低碱高抗渗湿陷性黄土固化剂及其施工方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低碱高抗渗湿陷性黄土固化剂，所述低碱高抗渗湿陷性黄土固化剂为用于湿陷性黄土现场改良的胶凝材料组合物，由水泥、粉煤灰、偏高岭土和水玻璃激发剂组成，各组分掺量以湿陷性黄土干重为基准，质量百分比为：水泥6-10%、粉煤灰1.5-4%、偏高岭土1.5-4%以及水玻璃激发剂1-4%。

3、优选地，所述粉煤灰与偏高岭土的质量比为1:1。

4、优选地，所述水泥为级普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为c类粉煤灰；所述偏高岭土为325目煅烧偏高岭土；所述水玻璃激发剂的模数为1.2-1.8，由模数为3.3的硅酸钠水玻璃中添加固体氢氧化钠调配制得。

5、本发明还提供了一种所述的低碱高抗渗湿陷性黄土固化剂在固化黄土中的应用。

6、本发明还提供了一种所述的低碱高抗渗湿陷性黄土固化剂的施工方法，包括以下步骤：

7、s1、干料预混：将湿陷性黄土粉碎处理后，与称量好的水泥、粉煤灰和偏高岭土混合均匀，得到干粉混合料；

8、s2、激发液调配与活化：将水玻璃原液、氢氧化钠与水混合，配制成改性低碱水玻璃激发液，并静置冷却待用；

9、s3、湿拌：将s2制得的改性低碱水玻璃激发液均匀喷洒至s1得到的干粉混合料中，并补充水分进行湿拌，控制混合料达到最优含水率，制得路基填料；

10、s4、摊铺与碾压：将s3制得的路基填料分层摊铺，并碾压至设计压实度；

11、s5、养护：施工完成后进行自然养护，养护周期至少7天。

12、优选地，s2中所述水玻璃原液是指硅酸钠水玻璃，模数为3.3。

13、优选地，s3中所述路基填料的含水率控制在所述湿陷性黄土的最优含水率±2%范围内。

14、优选地，s4中所述路基填料的虚铺厚度为20-30cm，压实后的单层厚度为15-25cm。

15、优选地，s4中所述碾压遵循“先轻后重、先慢后快”的原则，根据现场设备及环境要求选用静压碾压、振动碾压或两者相结合的方式。

16、优选地，s5中所述养护具体为：碾压完毕后，立即覆盖土工布或薄膜并定期洒水保湿，养护期间严禁车辆通行。

17、与现有技术相比，本发明具有以下显著的技术效果：

18、1、构建低碱环境，抑制有害结晶的微观机理突破：本发明针对高碱环境下水玻璃激发与水泥水化反应的竞争机制，创造性地构建了低碱激发环境。此举有效避免了过量na+诱导生成的针棒状钠长石（naalsi3o8）结晶对成胶物质的无效消耗，从而促进无定形n-a-s-h与c-a-s-h凝胶的协同生成与稳定共存。

19、2、构建极具致密性的微观防渗屏障：在外部压实功的作用下，原位生成的复合凝胶产物能高效迁移、胶结并填充黄土颗粒间的连通大孔隙。这种填充模式不仅保留了黄土骨架的支撑作用，更能将导水大孔隙分割为封闭微孔，使固化土体的渗透系数降至1.0×10-5cm/s以下，实现优于纯水泥改良土的超低渗透性能。

20、3、优异的宏观工程水稳性与抗裂性：本发明的技术方案从根本上解决了传统高碱激发材料易“泛碱”溶蚀、纯水泥固化材料早期易产生干缩裂缝的工程难题，有效消除了黄土的湿陷性，防止公路或铁路线路路基不均匀沉降。所述分层布料采用人工或机械配合方式，沿着路基纵向铺设，虚铺厚度控制在20-30cm，压实后的单层厚度控制在15-25cm。

21、4、显著的低碳环保效益：本发明将粉煤灰、偏高岭土等工业固废引入公路或铁路路基大宗填筑工程中，不仅大幅降低了高能耗水泥的用量，实现了固废资源的规模化利用，还具有显著的经济与社会效益。

22、下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

1.一种低碱高抗渗湿陷性黄土固化剂，其特征在于，所述低碱高抗渗湿陷性黄土固化剂为用于湿陷性黄土现场改良的胶凝材料组合物，由水泥、粉煤灰、偏高岭土和水玻璃激发剂组成，各组分掺量以湿陷性黄土干重为基准，质量百分比为：水泥6-10%、粉煤灰1.5-4%、偏高岭土1.5-4%以及水玻璃激发剂1-4%。

2.根据权利要求1所述的低碱高抗渗湿陷性黄土固化剂，其特征在于，所述粉煤灰与偏高岭土的质量比为1:1。

3.根据权利要求1所述的低碱高抗渗湿陷性黄土固化剂，其特征在于，所述水泥为级普通硅酸盐水泥；

4.一种权利要求1~3任一项所述的低碱高抗渗湿陷性黄土固化剂在固化黄土中的应用。

5.一种权利要求1~3任一项所述的低碱高抗渗湿陷性黄土固化剂的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，s2中所述水玻璃原液是指硅酸钠水玻璃，模数为3.3。

7.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，s3中所述路基填料的含水率控制在所述湿陷性黄土的最优含水率±2%范围内。

8.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，s4中所述路基填料的虚铺厚度为20-30cm，压实后的单层厚度为15-25cm。

9.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，s4中所述碾压遵循“先轻后重、先慢后快”的原则，根据现场设备及环境要求选用静压碾压、振动碾压或两者相结合的方式。

10.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，s5中所述养护具体为：碾压完毕后，立即覆盖土工布或薄膜并定期洒水保湿，养护期间严禁车辆通行。