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流态固化土介绍
流态固化土介绍

一、概述

          

最开始固化土是用作土壤改良利用,掺入固化剂再压实回填,但效果不理想,为了更好的控制质量,增大利用,业内开始转向做成流态浇筑,所以名字叫做流态固化土。

流态固化土是一种质量可控的低强度岩土工程材料,绝大部分原料为弃土弃渣淤泥泥浆等固体废弃物。目前主要应用于建筑、市政、矿山等的行业回填充填,建筑市政行业最早于2016年用于北京行政副中心管廊肥槽回填(13万方),而矿山行业很早就利用流态固化土进行充填。

由于其抗压强度能轻松达到1MPa以上,也具有足够的耐久性,满足路基使用要求,近年来,在路桥项目中应用越来越广。

对于名字,国内并没有统一,也有叫做液态固化土、泥态固化土、预拌固化土、聚合土等等,但流态固化土是叫法最广的,已经趋向统一。

          

传统混凝土水泥(为主)固化粗粒土(砂砾、碎石),而流态固化土用特殊胶凝材料(组合)固化细粒土(粉土、粘土、淤泥质土泥浆)。

          

也可以掺入气泡,与泡沫轻质土类似,叫做轻质流态固化土。    

二、强度原理

固化剂是一种水硬性胶凝材料,与土颗粒、水一起拌合后,通过固化剂的水化反应,拌合物可以达到一定的强度。固化剂可以是水泥,也可以是水泥与其他材料的泪合物。固化剂是以CaO、活性Al2O3 和SiO2 为主要成分,其选用应符合技术环保、造价经济的原则,同时还应根据土颗粒级配、土性、含水量和施工要求等因素综合确定,固化过程原理如下:

(1) 水化反应产生的C-S-H和N-C-A-H 凝胶,附着在颗粒表面,并形成了Ca(OH)2

(2) Ca2+与土粒表面吸附离子发生阳离子交换反应,使土粒改性和团粒化;

(3) Ca2+、OH- 渗透进人土颗粒内部,与黏土矿物发生物理化学反应,继续生成上述胶凝物质。

上述作用使土颗粒表面和颗粒间接触点形成了不可逆的凝结硬化,并以新生水化物为界面形成了类同相接触,改善了土体的稳定性,增强了土体内部结构联结和抗变形摩擦力,从而提高了土体的强度和耐久性。

流态固化土内部结构示意如下:    

          

三、最大的特点:经济环保内循环

一般工程上或多或少都有需要废弃的物质,比如弃土、弃渣、淤泥、泥浆等等,常规处理方式是找地方丢弃,费钱不说,还得额外占用土地,弃土场处理不好还会引发地质灾害,比如深圳2015年的填土垮塌就造成近百人的死亡,造成严重的社会影响。

    

采用流态固化土技术,可以利用这些废弃物就地制备流态固化土,工程内部消化利用,从而减少外部借土,以及砂石、水泥等材料。

更进一步,如果周边有工业固废,可以利用制备胶凝材料,进一步减少或者不用水泥,降低成本的同时更加环保。

          

三、特性二:固化自立

          

流态固化土成品与混凝土类似,具有与普通混凝土初凝、终凝等特性,硬化后具有良好的自立性,其垂直临空面他的侧压力为0,可垂直填筑,对其他构筑物没有侧向压力。    

          

四、特性三:高流动、自密实

          

由于流态固化土不含混凝土的粗集料,其流动度(流值180mm左右)要比普通的混凝土高,施工中具有自流平的特性,在实际的施工中可采用软管泵送,最大的水平输送距离可达到900米。    

流态固化土适合在狭小空间内进行填筑,可以填充自密实,无需振捣碾压,施工便捷高效。

    

          

五、特点四:耐久

          

由于岩土固化剂都是有针对性的,最初的目标就考虑了强度和水稳定性(耐久性),水化反应完成后,内部没有自由水了,所以其耐久性、水稳定性都能确保工程安全,有些规范对吸水性、水稳性也提出了要求。

而且实际工程上体积都是远远大于试块体积,加上流态固化土基本不透水,而边缘有面板或者防渗膜包裹,所以其水稳定性有保障。

六、强度可调

通过调节流态固化土中的固化剂、泡沫的掺量,可控制流态固化土的密度在5-24kN/m3之间,强度可在0.4~50MPa之间进行调节(工程上主要应用在0.5~1.2MPa之间)。


          

具体到工程应用上,流态固化土强度要求与泡沫轻质土一致。
CJJ/T177-2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》中的要求如下:

              



JTG D30-2015《公路路基设计规范》中要求如下:

 

          

七、其它

轻质(轻质流态固化土)

          

流态固化土中充入泡沫后,特性与泡沫轻质土类似,内部含有大量封密闭性的气孔,较一般土建材料要轻得多,它的容重范围可在5-20kN/m3之间调节。

              

工程中常见材料密度,水的重度约10 kN/ m3,压实填土约20 kN/ m3,混凝土约25 kN/ m3

          

以常用的8kN/ m3为例,每填筑1米的泡沫流态固化土,可减载约10kPa,5米厚度的轻质流态固化土荷载相当于2米厚度常规填土的荷载。

          

充入泡沫对浆料要求较高,一般在缺土严重的地方可充入泡沫加大填充量,一般地方不建议充入泡沫。

轻质应用核心在于减轻荷载,降低工后沉降和不均匀沉降。并且在工程中,利用轻质流态固化土的材料轻,荷载小,对工程的其他结构层扰动小,从而达到结构减荷的目的。

          

          

环保    

一般工程上或多或少都有需要废弃的物质,比如弃土、弃渣、淤泥、泥浆等等,常规处理方式是找地方丢弃,费钱不说,还得额外占用土地,弃土场处理不好还会引发地质灾害,比如深圳2015年的填土垮塌就造成近百人的死亡,造成严重的社会影响。

采用流态固化土技术,可以利用这些废弃物就地制备流态固化土,工程内部消化利用,从而减少外部借土,以及砂石、水泥等材料。

更进一步,如果周边有工业固废,可以利用制备胶凝材料,进一步减少或者不用水泥,降低成本的同时更加环保。

          

          

低弹性模量

          

地下工程在施工完成后仍会产生蠕变变形,会因为变形压力过大而对结构体发生破坏。

          

由于轻质流态固化土具有低弹抗震的特性,使其在发生较大的变形之后,不会发生整体破坏。因此轻质流态固化土作为隧洞的填充材料,可承担吸收变形压力,改善结构体受力的大小。

          

流态固化土弹性模量与抗压强度呈线性关系,也跟土类、固化剂材料有关,黏土制成的流态固化土,当抗压强度为1MPa弹性模量约为150MPa。

              

透水

          

流态固化土渗透系数约10-7cm/s,与黏土渗透系数相当,可认为不透水。

          

七、施工及设备

施工流程:

          

施工设备:

    


八、相关规范

城建 CJ/T 486-2015 《土壤固化外加剂》          
城建 CJ/T 526-2018 《软土固化剂》          
城建 CJJ/T 286-2018 《土壤固化剂应用技术标准》          
北京团标 T/BGEA 001-2019 《预拌流态固化土填筑工程技术标准》     
标准化委员会 T/CECS 689-2020 《固废基胶凝材料应用技术规程》     
标准化委员会 T/CECS 737-2020《道路固化土应用技术规程》        
标准委员会 T/CECS 1037-2022《预拌流态固化土填筑技术标准》      
四川地标 DBJ 51/T 188-2022《预拌流态固化土工程应用技术标准》    
天津地标 DB12/T 1179—2023《泥态固化土道路填筑技术规程》    




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