一种阻冰混凝土材料、应用及基坑侧壁阻冰施工方法与流程

1.本发明涉及基坑阻冰技术领域，具体而言，涉及一种阻冰混凝土材料、应用及基坑侧壁阻冰施工方法。


背景技术：

2.由于雨雪天气、基坑渗漏等因素影响，北方冬期施工期间基坑侧壁长期处于反复冻融状态并在支撑架设附近形成密集冰挂，掉落后容易伤人，造成安全隐患。而轨道交通基坑常见为跨度较狭而深度较深，宽度多在15-25m、深度多在15-30m，支撑层数多且距离开挖面远，存在人工清除困难的情况。
3.现有技术中，在公路行业存在具有融雪阻冰功能的沥青路面材料，在路面出现冰雪情况后，利用车辆荷载及渗透原理达到融雪破冰、防止冰冻的效果。然而，在基坑侧壁上无法施加有效的压力，导致这样的阻冰或融雪材料无法应用在基坑侧壁上。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种阻冰混凝土材料、应用及基坑侧壁阻冰施工方法。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
6.本发明提供一种阻冰颗粒，由硅酸盐水泥、氯盐、铵盐、木质素和水混合得到；所述氯盐为氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化铁、氯化铝中的一种，所述铵盐为尿素、硝铵、三乙醇铵中的一种。
7.进一步，所述氯盐为氯化钙，所述铵盐为尿素，所述木质素为木质素磺酸钙；所述硅酸盐水泥、所述氯化钙、所述尿素和所述木质素磺酸钙的质量比为4～8:1～8:1～3:1～2。
8.进一步，水的质量为所述硅酸盐水泥总质量的60％～80％。
9.进一步，所述阻冰颗粒的粒径为1～4mm。
10.本发明提供一种阻冰混凝土材料，所述阻冰混凝土材料包括混凝土和如权利要求1～4任意一项所述的阻冰颗粒；其中，所述混凝土的成分中包括骨料；所述阻冰颗粒占所述阻冰混凝土材料总质量的百分比为1％～5％，并且所述阻冰颗粒占所述阻冰颗粒与所述骨料总质量的1.4％～7.4％。
11.进一步，所述阻冰混凝土材料为喷射材料或抹面材料。
12.进一步，所述阻冰混凝土材料为喷射材料，具体的成分和质量份数为，所述阻冰颗粒为4份，所述混凝土96份；所述混凝土中的骨料包括砂和碎石；所述混凝土的具体的成分和质量份数为，阻冰颗粒4份、水泥22份、砂34份、碎石30份、水9份、水玻璃1份。
13.进一步，所述阻冰混凝土材料的最低阻冰温度为-15℃。
14.本发明提供一种如上述的阻冰混凝土材料在基坑侧壁阻冰施工中的应用，所述基坑侧壁为地下连续墙壁或桩孔灌注桩侧壁。
15.本发明提供一种基坑侧壁阻冰施工方法，当所述基坑侧壁为地下连续墙壁时，在设置结构防水层后、设置地下连续墙壁支撑架前，将所述阻冰混凝土材料均匀的涂抹在所述地下连续墙壁的表面；当所述基坑侧壁为桩孔灌注桩侧壁时，采用所述混凝土材料对所述桩孔灌注桩侧壁进行挂网喷砼使所述阻冰混凝土材料均匀的喷射在所述桩孔灌注桩侧壁表面。
16.本发明的有益效果是为：
17.(1)本发明的阻冰颗粒，通过铵盐和氯盐的缓溶渗透原理阻止基坑侧壁冰挂形成，从而避免冰挂坠落引起安全事故；
18.(2)本发明的阻冰颗粒，制备简单，对结构腐蚀程度较小，对土壤污染小，具有经济、安全、环保的特点；
19.(3)本发明的阻冰混凝土材料，混凝土和阻冰颗粒能够混合均匀，从而能够有效涂抹或喷射于基坑侧壁上；
20.(4)本发明的阻冰混凝土材料可用于对基坑侧壁施工中，使基坑侧壁具有阻冰效果，填补了现有技术中针对基坑侧壁阻冰技术的空白
21.(5)本发明的基坑侧壁阻冰施工方法，操作简单、成本低、效果显著、易于推广。
具体实施方式
22.以下结合对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
23.本发明的阻冰颗粒，由硅酸盐水泥、氯盐、铵盐、木质素和水混合得到；氯盐为氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化铁、氯化铝中的一种，铵盐为尿素、硝铵、三乙醇铵中的一种。
24.本发明的阻冰颗粒，其有效成分为一定比例的易溶于水的氯盐、铵盐等盐类，主要是通过盐类的缓溶渗透原理阻止基坑侧壁冰挂形成，从而避免冰挂坠落引起安全事故。同时该材料制备简单，对结构腐蚀程度较小，对土壤污染小，具有经济、安全、环保的特点。
25.本发明的阻冰颗粒，硅酸盐水泥可以形成的具有水溶性缓溶作用的骨架结构，木质素具有一定透水性和水溶性缓溶作用。为达到安全、环保的效果，氯盐中不包括氯化钠成分。同时，根据冬期施工室外温度范围，可以在一定范围内调整主要阻冰物质及其配比。木质素也有一定的阻冰作用，同时还能减少制作阻冰颗粒的用水量，对防腐也有一定效果。
26.优选的，为了实现良好的阻冰效果，铵盐的掺量不低于氯盐和铵盐总盐类的20％。
27.优选的，氯盐为氯化钙，铵盐为尿素，木质素为木质素磺酸钙(木钙)；其中，硅酸盐水泥、氯化钙、尿素和木质素磺酸钙的质量比为4～8:1～8:1～3:1～2。
28.优选的，水的质量为硅酸盐水泥、氯化钙、尿素和木质素磺酸钙总质量的60％～80％；采用该质量百分数的水，既能够实现各成分的均匀混合，又能保证形成稳定的颗粒。
29.优选的，阻冰颗粒的粒径为1～4mm；该粒径范围的阻冰颗粒，能够良好的与混凝土混合，形成阻冰混凝土材料；如果粒径过小，则容易导致阻冰效果降低，如果粒径过大，则无法与混凝土均匀混合，甚至无法形成可使用的混凝土材料，导致阻冰效果不均匀甚至无法使用。
30.本发明的阻冰混凝土材料，包括混凝土和如上述的阻冰颗粒；其中，混凝土的成分中包括骨料；阻冰颗粒占阻冰混凝土材料总质量的百分比为1％～5％，并且阻冰颗粒的质
量为所属骨料质量的1.4％～7.4％。
31.需要说明的是，混凝土的配方种类繁多，根据不同强度需求和具体的使用状态，混凝土的水灰比和砂率的差异很大。在实际使用中，本领域技术人员可以根据实际需求进行调配。但是，无论使用何种具体配方的混凝土制备本发明的阻冰混凝土材料时，需要将其中对应的级配骨料中的一部分替换为本发明的阻冰颗粒，替换后，阻冰颗粒的质量占阻冰混凝土材料总质量的1％～5％。对应的级配骨料是指，骨料的粒径与本发明的阻冰颗粒的粒径相近，例如，如果采用粒径为4mm的阻冰颗粒，则对应的减去混凝土中4mm左右的骨料。
32.在混凝土的原有骨料中扣除一部分并替换为本发明的阻冰颗粒，能够保证混合后能够形成可使用的阻冰混凝土材料。如果在完整的混凝土材料配方的基础上直接添加阻冰颗粒，容易影响混凝土骨架结构，可能对混凝土强度影响显著。
33.优选的，阻冰混凝土材料为喷射材料或抹面材料。
34.优选的，阻冰混凝土材料为喷射材料，具体的成分和质量份数为，阻冰颗粒为4份，混凝土96份；混凝土中的骨料包括砂和碎石；混凝土的具体的成分和质量份数为，阻冰颗粒4份、水泥22份、砂34份、碎石30份、水9份、水玻璃1份。
35.优选的，阻冰混凝土材料的最低阻冰温度为-15℃。
36.本发明的阻冰混凝土材料在基坑侧壁阻冰施工中的应用，基坑侧壁为地下连续墙壁或桩孔灌注桩侧壁。
37.本发明的基坑侧壁阻冰施工方法，当基坑侧壁为地下连续墙壁时，在设置结构防水层后、设置地下连续墙壁支撑架前，将阻冰混凝土材料均匀的涂抹在地下连续墙壁的表面；当基坑侧壁为桩孔灌注桩侧壁时，采用混凝土材料对桩孔灌注桩侧壁进行挂网喷砼，使阻冰混凝土材料均匀的喷射在桩孔灌注桩侧壁表面。
38.需要说明的是，用于阻冰抹面材料时，一般不需要加水玻璃，而喷砼材料中加水玻璃比较多，也可以采用加其他速凝剂代替水玻璃。
39.采用本发明的施工方法，能够使基坑侧壁具有良好的阻冰效果，有效避免冰挂坠落引起安全事故。
40.以下通过具体的实施例对本发明进行举例说明。
41.实施例1
42.本实施例的阻冰颗粒成分配比为硅酸盐水泥：氯化钙：尿素：木钙＝4：1:3:1,水与上述成分的比例，即水胶比在0.6～0.8之间。将上述成分混合制成直径在4mm以内的固体颗粒。在混凝土配比中取代混凝土总质量中4％质量对应的级配骨料，得到阻冰混凝土材料，本实施例的阻冰混凝土材料具体为喷射混凝土材料，使用时，直接混合喷砼。
43.本实施例的阻冰混凝土材料成分和各成分的质量份数为：阻冰颗粒4份、水泥22份、砂34份、碎石30份、水9份、水玻璃1份。
44.实施例2
45.本实施例的阻冰颗粒成分配比为硅酸盐水泥：氯化钙：尿素：木钙＝8：5:3:2。其余与实施例1相同。
46.实施例3
47.本实施例的阻冰颗粒成分配比为硅酸盐水泥：氯化钙：尿素：木钙＝8：8:1:2。其余与实施例1相同。
48.对比例1
49.本对比例为布含有阻冰颗粒的混凝土，其成分与实施例1相同，实施例1中阻冰颗粒的部分采用相同级配的骨料替换。
50.将实施例1～3和对比例1的材料制成试块，并将各试块分别置入-5℃、-10℃和-15℃环境中12h后，在各试块表面进行喷洒试验，并每隔一段时间测试冻结情况，测试情况见表1。
51.通过表1的测试结果可以看出，实施例1～3的试块未发生凝冰情况或凝结效果差，而对比例1的试块表面结冰并且冻结牢固，说明在实施例在0℃以下一定温度环境中具有明显阻冰效果。
52.表1 滴洒冻结情况
53.序号试件0.5h1h1.5h2h1实施例1(-5℃)11112实施例1(-10℃)12333实施例1(-15℃)44444实施例2(-5℃)11115实施例2(-10℃)11116实施例2(-15℃)12237实施例3(-5℃)11118实施例3(-10℃)11119实施例3(-15℃)123313对比例1(-5℃)444414对比例1(-10℃)444415对比例1(-15℃)4444
54.说明：1-未冻结；2-轻微冻结；3软冰；4-坚冰。
55.对比例2
56.本对比例按照实施例1相同的方式配制阻冰颗粒，区别在于将其中的氯化钙完全替换为等量的尿素，也就是说，本对比例的阻冰颗粒中的盐类成分仅含有尿素。
57.对本对比例的阻冰混凝土材料进行测试发现，仅采用尿素的阻冰混凝土材料仅在-5℃以上具有一定的阻冰效果，但阻冰效果较差，无法达到使用要求。
58.对比例3
59.本对比例按照实施例1相同的方式配制阻冰颗粒，区别在于将其中的尿素完全替换为等量的氯化钙，也就是说，本对比例的阻冰颗粒中的盐类成分仅含有氯化钙。
60.氯化钙的含量过高，会增大对赶紧混凝土结构的腐蚀性，在实际使用中，会造成钢筋锈蚀，影响结构安全。
61.对比例4
62.本对比例按照实施例1相同的方式配制阻冰颗粒，区别在于将其中的尿素和氯化钙完全替换为氯化钠，也就是说，本对比例的阻冰颗粒中的盐类成分仅含有氯化钠。
63.在现有技术中，路面融雪剂中较多的使用氯化钠。理论上，氯化钠可以在更低温度起到阻冰效果。然而，氯化钠的腐蚀性相对于氯化钙更强，不仅会造成钢筋锈蚀，还会对混
凝土本身造成腐蚀。当应用于基坑侧壁时，会对紧贴基坑侧壁的结构造成破坏，甚至会对周围土壤造成污染，影响环境。
64.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
65.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种阻冰颗粒，其特征在于，由硅酸盐水泥、氯盐、铵盐、木质素和水混合得到；所述氯盐为氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化铁、氯化铝中的一种，所述铵盐为尿素、硝铵、三乙醇铵中的一种。2.根据权利要求1所述一种阻冰颗粒，其特征在于，所述氯盐为氯化钙，所述铵盐为尿素，所述木质素为木质素磺酸钙；所述硅酸盐水泥、所述氯化钙、所述尿素和所述木质素磺酸钙的质量比为4～8:1～8:1～3:1～2。3.根据权利要求2所述一种阻冰颗粒，其特征在于，水的质量为所述硅酸盐水泥总质量的60％～80％。4.根据权利要求3所述一种阻冰颗粒，其特征在于，所述阻冰颗粒的粒径为1～4mm。5.一种阻冰混凝土材料，其特征在于，所述阻冰混凝土材料包括混凝土和如权利要求1～4任意一项所述的阻冰颗粒；其中，所述混凝土的成分中包括骨料；所述阻冰颗粒占所述阻冰混凝土材料总质量的百分比为1％～5％，并且所述阻冰颗粒的质量为所述骨料的质量的1.4％～7.4％。6.根据权利要求5所述一种阻冰混凝土材料，其特征在于，所述阻冰混凝土材料为喷射材料或抹面材料。7.根据权利要求6所述一种阻冰混凝土材料，其特征在于，所述阻冰混凝土材料为喷射材料，具体的成分和质量份数为，所述阻冰颗粒为4份，所述混凝土96份；所述混凝土中的骨料包括砂和碎石；所述混凝土的具体的成分和质量份数为，阻冰颗粒4份、水泥22份、砂34份、碎石30份、水9份、水玻璃1份。8.根据权利要求5～7任意一项所述一种阻冰混凝土材料，其特征在于，所述阻冰混凝土材料的最低阻冰温度为-15℃。9.一种如权利要求5～8任意一项所述的阻冰混凝土材料在基坑侧壁阻冰施工中的应用，其特征在于，所述基坑侧壁为地下连续墙壁或桩孔灌注桩侧壁。10.一种基坑侧壁阻冰施工方法，其特征在于，当所述基坑侧壁为地下连续墙壁时，在设置结构防水层后、设置地下连续墙壁支撑架前，将权利要求5所述的阻冰混凝土材料均匀的涂抹在所述地下连续墙壁的表面；当所述基坑侧壁为桩孔灌注桩侧壁时，采用权利要求5所述的混凝土材料对所述桩孔灌注桩侧壁进行挂网喷砼使所述阻冰混凝土材料均匀的喷射在所述桩孔灌注桩侧壁表面。

技术总结
本发明涉及基坑阻冰技术领域，具体而言，涉及一种阻冰混凝土材料、应用及基坑侧壁阻冰施工方法。阻冰混凝土材料包括混凝土和阻冰颗粒，阻冰颗粒由硅酸盐水泥、氯盐、铵盐、木质素和水混合得到；氯盐为氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化铁、氯化铝中的一种，铵盐为尿素、硝铵、三乙醇铵中的一种。本发明通过铵盐和氯盐的缓溶渗透原理阻止基坑侧壁冰挂形成，从而避免冰挂坠落引起安全事故；混凝土和阻冰颗粒能够混合均匀，从而能够有效涂抹或喷射于基坑侧壁上，并且制备简单，对结构腐蚀程度较小，对土壤污染小，具有经济、安全、环保的特点。环保的特点。


技术研发人员：曹伍富 孙长军 张豫湘 赵智涛 李振东 邹瑾 叶新丰 杨学惠 杨开武 兰钰昌
受保护的技术使用者：北京市轨道交通建设管理有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/8/5