【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于建筑工程，具体涉及高性能矿物基胶凝材料及在制备缓凝固化护壁泥浆中的应用。
技术介绍
1、灌注桩于1893年在美国芝加哥问世,主要是解决厚度很大的软土或中等强度的粘土层中地基沉降过大的问题。随着我国经济建设的蓬勃发展,钻孔机械和工艺的提高,灌注桩这种深基础型式,因其广泛的适应性、承载力大、性能较稳定、施工较为简单,在我国得到广泛应用和发展,应用于包括软土、黄土、膨胀土等特殊土在内的各类地基,积累了丰富的经验。
2、随着高层建筑的迅猛发展，钻孔灌注桩以其承载力高、适应性强、成本低等优点成为主要的基础形式之一。在钻孔灌注桩成桩工艺中,国内广泛采用泥浆护壁的工艺,这种工艺的目的是避免钻孔过程中桩周土体坍塌,在孔壁形成一层保护膜,起到防止渗水的作用,同时对钻头也起到润滑和冷却的作用。
3、泥浆护壁钻孔灌注桩，由于泥浆的吸附性和粘着力强,常常在孔壁残留泥浆套层,即常说的“泥皮”这一软弱夹层待成桩后仍然存在，厚度可达几厘米至几十厘米，同时不可避免的产生了一定高度的孔底沉渣。
4、钻孔灌注桩主要依靠桩侧摩阻力和桩端阻力来提供承载力，由于泥皮的存在，桩、土之间的摩擦变为桩和泥皮之间的摩擦，界面摩擦系数减小，加之泥皮的抗剪强度较低，导致桩侧摩阻力损失较多，承载力减小，沉降加大，严重时甚至威胁建筑物安全。桩侧表面的“泥皮”会大大降低桩侧摩阻力,过厚的孔底沉渣也会导致端阻力明显降低。
5、无论是在淤泥质土层,粘土土层,还是砂质粉土土层中,钻孔桩的桩侧泥皮土性状都明显不同于桩间土的性状,与桩间
6、泥皮的存在,对桩基受荷载时的桩土位移场和应力场都会产生影响,使桩端处的竖向和水平向位移及应力均有所增大,并且桩身出现提前滑动,也导致了桩基沉降的加大。对于相同的桩,随着泥皮厚度的增加和泥皮弹性模量的降低,其侧摩阻力和承载力也逐渐降低。含有沉渣的桩基随着沉渣厚度的增加其承载力也不断降低,桩沉降越来越大。
7、对于不同厚度的泥皮桩来说，泥皮越厚，泥皮周围的土对泥皮的约束作用越弱，桩和泥皮之间的滑移越容易，沉降也就越大。当泥皮厚度超过一定值，泥皮周围的土对桩和泥皮之间接触面的约束作用已经不起主导作用，此时桩土之间的相互作用主要取决于泥皮自身的强度。
8、研究表明，由于泥皮的存在，桩侧摩阻力降低了15％～35％，单桩极限承载力下降约20％。如泥皮过厚，可导致桩侧摩阻力降低达50％以上，有些工程中钻孔灌注桩因上述原因造成工程桩的失效率高达14％，造成工程的失败和大量资金的浪费。
9、在dbj 15–31—2016《广东省建筑地基基础设计规范》要求“花岗岩地层中的泥浆护壁钻(冲、旋挖)挖孔灌注桩侧摩阻力按软塑性粘性土(0.75＜il≤1)取值”，就是充分考虑了泥皮对桩侧摩阻力的削弱。因此，如何设计灌注桩泥浆，使泥浆护壁的泥皮具有更大的摩擦系数等优异性能，从而减少桩基沉降，成为灌注桩领域亟需解决的问题。
技术实现思路
1、为彻底消除泥皮这一“软弱夹层”对灌注桩侧摩阻力的削弱，减少桩底软弱沉渣对桩端承载力的影响，本专利技术提供高性能矿物基胶凝材料、基于高性能矿物基胶凝材料的缓凝固化护壁泥浆及制备方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、高性能矿物基胶凝材料，包括按重量份数计的以下组分：钙基激发剂1份，水泥1份，矿粉3份。
4、本专利技术中所述高性能矿物基胶凝材料为高性能矿物基胶凝材料。
5、优选的，所述钙基激发剂为碳酸钙碱激发剂，所述水泥为po42.5水泥，所述矿粉为s95级矿渣微粉。
6、上述高性能矿物基胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
7、(1)在5-22℃的环境温度下，将矿粉和水泥充分混合5-10分钟，得到混合物a；
8、(2)在5-22℃的环境温度下，将钙基激发剂与所述混合物a再次混合5-10分钟，得到高性能矿物基胶凝材料。
9、所述高性能矿物基胶凝材料需在干燥环境中保存，使用时将其和水、适宜的土壤或者膨润土混合均匀即可。
10、基于高性能矿物基胶凝材料的缓凝固化护壁泥浆，包括以下组分：高性能矿物基胶凝材料、膨润土和水，也可有高性能矿物基胶凝材料和废弃泥浆组成；其中高性能矿物基胶凝材料占所述缓凝固化护壁泥浆的质量比为1:10～13；所述缓凝固化护壁泥浆28天固化后的无侧限抗压强度不低于0.2兆帕。
11、所述基于高性能矿物基胶凝材料的缓凝固化护壁泥浆的缓凝固化原理如下：
12、高性能矿物基胶凝材料属于无机水硬性胶凝材料，与泥浆混合后宏观表现为吸热反应，即材料与泥浆充分混合后，从外界吸收热量，增加分子活性，激发泥浆中土颗粒的活性参与反应，由于前期反应需要先吸收热量，且泥浆中自由水较多，水分子固化需要一定时间，所以初凝时间较慢，48个小时不初凝。
13、泥浆后期固化强度升高的原因为材料与泥浆充分混合后，材料颗粒表面的矿物与土中的水分发生强烈的水解和水化反应，同时从溶液中分解出氢氧化钙并形成其他水化物。当材料的各种水化物生成后，有的继续硬化形成石骨架，有的则与土相互作用，其作用形式可归纳为：①离子交换及团粒化作用：在矿物水化后的胶体中ca(oh)2和ca2+、oh-共存。而构成粘土的矿物是以sio2为骨架而形成的板状或针状结晶，通常其表面会带有na+和k+等离子，水化物中析出的ca2+会与土中的na+和k+进行当量吸附交换，其结果使大量的土粒形成较大的土团；由于材料水化生成物ca(oh)2具有强烈的吸附活性，而使这些较大的土团粒进一步结合起来，形成了固化土的链条状结构，封闭土团间孔隙，形成稳定的联结。②随着材料水化反应的深入，溶液中析出大量的ca2+，当ca2+的数量超出上述离子交换的需要量后，则在碱性的环境中与组成粘土矿物的部分sio2和al2o3发生化学反应，生成不溶于水的稳定的结晶矿物cao-al2o3-h2o系列铝酸石灰水化物和cao-sio2-h2o系列硅酸石灰水化物等。③材料水化物中的游离ca(oh)2不断吸收水和空气中的co2作用生成caco3，提高固化土的强度，固化体就是材料的骨架作用与ca(oh)2的物理化学作用共同作用的结果，固化体粘土微粒和微团粒形成稳定的团粒结构；同时材料的水化反应产物c-s-h凝胶和aft，多为晶须状和柱状，并不断延伸填充到颗粒的空隙中，形成结构骨架，从而提高固化土试样的强度，达到加固作用。此外，通过对裂纹的桥联、钉扎或偏转作用，在一定程度上阻止裂纹的扩展，进一步增加固化土的强度。
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【技术保护点】
1.高性能矿物基胶凝材料，其特征在于，包括按重量份数计的以下组分：钙基激发剂1份，水泥1份，矿粉3份。
2.根据权利要求1所述的高性能矿物基胶凝材料，其特征在于，所述钙基激发剂为碳酸钙碱激发剂，所述水泥为PO42.5水泥，所述矿粉为S95级矿渣微粉。
3.根据权利要求1或2所述的高性能矿物基胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求1或2所述的高性能矿物基胶凝材料的缓凝固化护壁泥浆，其特征在于，包括以下组分：高性能矿物基胶凝材料、膨润土和水；其中高性能矿物基胶凝材料占所述缓凝固化护壁泥浆的质量比为1:10～13；所述缓凝固化护壁泥浆28天固化后的无侧限抗压强度不低于0.2兆帕。
5.根据权利要求4所述的缓凝固化护壁泥浆的制备方法，采用膨润土或废弃泥浆制备护壁泥浆，其特征在于，采用膨润土制作护壁泥浆，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.高性能矿物基胶凝材料，其特征在于，包括按重量份数计的以下组分：钙基激发剂1份，水泥1份，矿粉3份。
2.根据权利要求1所述的高性能矿物基胶凝材料，其特征在于，所述钙基激发剂为碳酸钙碱激发剂，所述水泥为po42.5水泥，所述矿粉为s95级矿渣微粉。
3.根据权利要求1或2所述的高性能矿物基胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求1或...
【专利技术属性】
技术研发人员：范立登，李风军，李建平，李依浓，陈爱丽，
申请(专利权)人：上海悠远建筑工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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