CN103265248B - 一种以工业废弃物为原料的土工填料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以工业废弃物为原料的土工填料，该土工填料包括以下重量百分比的原料制成：废弃钢渣颗粒35%～50%、废旧轮胎颗粒20%～40%、废弃泡沫塑料颗粒10%～20%、水泥0～10%和水0～10%。本发明还公开了该新型土工填料的制备方法及应用。本发明可灵活应用于多种软基处理和回填工程，解决了废弃物土地大量堆积的问题，起到环保效益；可形成密度小、质地轻和抗压强度高的工程填料；巧妙地提供了较强的抗变形能力和抗震吸震能力；能有效增加填料与土工结构间的摩擦性能；增加了颗粒间的粘结性，有效地降低工程费用，起到经济效益；施工噪音低，施工工期短，针对地方企业特点取材方便。

Description

一种以工业废弃物为原料的土工填料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于土建技术领域，特别涉及一种以工业废弃物为原料的土工填料及其制备方法和应用。

背景技术

钢渣是炼钢过程中产生的副产物，排出量占钢产量的10%-15%，目前，废弃钢渣的利用率仅为10%，90%钢渣不足以有效消化，大量堆积不仅占用土地，且严重污染环境，提高其应用价值是废弃钢渣开发应用的重要研究内容。随着我国汽车工业的迅速发展，我国废旧轮胎产量居世界第二位，产生废旧轮胎超过1.5亿条，并以每年两位数的速度增长，废弃轮胎越来越成为一种量大面广的工业固体废弃物，废旧轮胎不仅占据大面积的堆场或填埋场，不正确的处置(比如不合理焚烧)还可能对环境造成极大的危害，对这一废弃物的资源化再利用是亟待解决的重要问题之一。20世纪60年代发展起来的泡沫塑料日益广泛地代替木材用于建筑和家具工业中，泡沫塑料产量大幅度增加，能满足各种特殊用途的需要，同时废旧的泡沫塑料也大量地堆积与存在，与废弃轮胎一样危害环境，如何循环利用也是目前需要开发与研究的重要问题。

针对目前最为关心的生态环境问题，本发明提出废弃钢渣、废旧泡沫塑料与废旧橡胶三种高分子材料的循环再广泛利用的途径，在本发明之前，中国专利“一种以废钢渣为基料的复合建筑物基础”，专利号：ZL200610134548.0，公开了用废弃钢渣改良土层并与筏形基础或条形基础相结合的形式，采用废钢渣进行软土改良，此发明解决了现有软基处理成本高、周期长和效果差等缺点，但由于采用的钢渣较重，该法会对地基产生较大的压应力，地基土层会有较大的沉降；中国专利“废旧轮胎土路基的施工方法”，专利号：ZL200810201033.7，公开了公路建设中的废旧轮胎路基的施工方法，该方法是用不锈钢螺栓将轮胎块体连成整片并在填土上附加铺设土工格栅及土工布来完成的，具有保证道路结构层稳定的优点，该法需要较开阔的平整场地，不太能灵活应用于其它非开阔的工程，如管道工程和桥台背填充等；中国专利“利用废弃轮胎胶粉改良膨胀土的方法”，专利号：ZL20081026275.X，公开了一种利用废弃轮胎胶粒粉改良膨胀土后强度高、胀缩变形小、质轻等优点，但废弃轮胎需粉碎得足够细，需达到零点几毫米；中国专利“一种加筋混合轻量土及制备工艺”，专利号：ZL200710067905.0，公开了轻质、强度可调整的、各力学性能好施工噪音低的和施工工期短的加筋混合轻量土，有诸多的优点，但采用了的泡沫塑料颗粒较少，难解决废弃物大量堆积的问题，且采用了较多量的水泥，难达到经济效益。

发明内容

发明目的：为克服上述废钢渣质重、废弃泡沫塑料颗粒强度有限并未大量使用以及废旧轮胎需足够细磨或整块使用难施工等多方面的缺陷，本发明扬长避短，提供一种以工业废弃物为原料的新型土工填料及其制备方法和应用，工业废弃物可以大量使用于多种软基处理和回填工程，并且能够满足质轻和强度高等物理力学特性。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为一种以工业废弃物为原料的土工填料，由废弃钢渣颗粒、废旧轮胎颗粒、泡沫塑料颗粒、水泥和水混合而成，各成分所占重量比为废弃钢渣颗粒35%～50%、废旧轮胎颗粒20%～40%、废弃泡沫塑料颗粒10%～20%、水泥0～10%和水0～10%。

优选地，所述的废弃钢渣颗粒中游离氧化钙和游离氧化镁总含量小于5%，所述废弃钢渣颗粒的粒径为3～8mm，所述废弃钢渣颗粒的烧失量小于8%。

优选地，所述泡沫塑料颗粒为聚苯乙烯泡沫塑料颗粒，所述聚苯乙烯泡沫塑料颗粒粒径为5mm以下。

优选地，所述废旧轮胎颗粒为废旧轮胎粉碎而成的颗粒，所述颗粒比重为1.25，颗粒粒径为3～8mm，颗粒形状为有棱角不规则形状。

优选地，所述水泥为普通硅酸盐水泥，所述水泥标号为32.5或42.5。

本发明所述的新型土工填料的制备方法，包括以下步骤：

1）按照上述的重量比称取废弃钢渣、废旧轮胎、废弃泡沫塑料颗粒、水泥和水；

2）将废弃钢渣研碎，磨成粒径为3～8mm的废弃钢渣颗粒；

3）将废弃泡沫塑料破碎，形成粒径为5mm以下的废弃泡沫塑料细颗粒；

4）将废旧轮胎破碎，形成粒径为3～8mm的废旧轮胎细颗粒；

5）将水泥加入水搅拌3-10分钟形成混合液；

6）将步骤2）中的废弃钢渣颗粒加入步骤5）中的混合液中，在混合处理器里搅拌3-10分钟形成混合物；

7）将步骤3）的废弃泡沫塑料细颗粒和步骤4）中的废旧轮胎细颗粒加入到步骤6）中的混合物里，在混合处理器里搅拌3-10分钟后得到填料。根据工程需要，施工现场可将步骤7）形成的填料实施填筑时达到48小时以上凝固期。

本发明所述的新型土工填料在土建工程回填中的应用。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：（1）可灵活应用于多种软基处理与回填工程，解决了废弃物土地大量堆积的问题，起到环保效益；（2）可根据实际工程情况调整各废弃物的重量配比，可形成密度小、质地轻和抗压强度高的工程填料；（3）废弃泡沫塑料和废旧轮胎具有很好的抗变形与抗震特性，因而为工程填料巧妙地提供了较强的抗变形能力和抗震吸震能力；（4）干钢渣能有效增加填料与土工结构间的摩擦性能，泡沫塑料和轮胎颗粒间架构的孔隙又为湿钢渣的膨胀提供了空间；（5）湿钢渣具有一定的水泥的胶结能力，增加了颗粒间的粘结性，有效地降低了工程费用，起到了经济效益；（6）施工噪音低，施工工期短，可针对地方企业特点取材方便。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进一步说明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

附图说明

图1为土工格栅加筋挡墙回填示意图；

图2为重力式挡土墙回填示意图；

图3为公路路堤构筑示意图；

图4为基础垫层回填示意图；

图5为管道沟回填示意图；

图6为高速公路桥头路堤回填示意图；

图7为山坡面筑路料示意图。

图1中：1为加筋墙面；2为加筋区里回填土，采用新型土工填料；3为土工格栅；4为基础，5为地基

图2中：1为重力式墙体；2为墙后回填土，采用新型土工填料

图3中：1为公路地基；2为公路路堤，采用新型土工填料；3为土工格栅

图4中：1为建筑基础；2为浅层改良土，采用新型土工填料

图5中：1为管道；2为沟道回填土，采用新型土工填料

图6中：1为桥面；2为桥头路堤回填土，采用新型土工填料；3为桩基础；4为地基

图7中：1为边坡滑动体；2为坡顶填土，采用新型土工填料。

实施例1：

如图1，工业废弃物为原料的新型土工填料用于土工格栅加筋挡墙回填料。取干钢渣、泡沫塑料和轮胎颗粒共1000kg，其中，

干钢渣        50%

泡沫塑料      20%

轮胎          30%

这里，钢渣颗粒粒径为5～8mm，泡沫塑料颗粒粒径为3～5mm，轮胎颗粒粒径为5～8mm。先把钢渣颗粒放入混合处理器，然后向混合处理器里加入泡沫塑料颗粒进行混合搅拌，最后再向混合处理器里加入轮胎颗粒充分搅拌，形成土工格栅加筋挡墙的新型填料。

通常，钢渣的密度是普通石料的1.2-1.4倍，但泡沫塑料的密度只有普通土密度的0.01倍，轮胎粒子的密度是普通砂砾土密度的0.5-0.8倍，因此，与传统的粘土或砂砾土填料相比，该土工填料质轻，减小了作用在加筋墙壁上的土压力，同时干钢渣和橡胶轮胎增加了填料与土工格栅间的摩擦性能，增加了土工格栅加筋挡墙的稳定。

实施例2：

如图2，工业废弃物为原料的新型土工填料用于重力式挡土墙回填。取干钢渣、泡沫塑料和轮胎颗粒共1000kg，其中，

干钢渣        40%

泡沫塑料      20%

轮胎          40%

这里，钢渣的粒径为3～8mm，泡沫塑料粒径为5mm以下，轮胎粒径为3～8mm。先把钢渣颗粒放入混合处理器，然后向混合处理器里加入泡沫塑料颗粒进行混合搅拌，最后再向混合处理器里加入轮胎颗粒充分搅拌，形成重力式挡墙后的新型填料。

与普通的回填土相比，此土工填料质轻，减小了作用在重力式墙壁上的土压力，同时干钢渣增加了填料与墙壁间的摩擦特性，增加了重力式挡土墙的稳定性。

实施例3：

如图3，工业废弃物为原料的新型土工填料用于公路路堤的填筑。取钢渣、泡沫塑料、轮胎颗粒、水泥和水共1000kg，其中，

钢渣          45%

泡沫塑料      10%

轮胎          35%

水泥           5%

水             5%

这里，钢渣的粒径为3～5mm，泡沫塑料粒径为1～3mm，轮胎粒径为3～5mm。先将水泥加入水中搅拌形成混合液，然后将钢渣颗粒放入混合处理器搅拌，接着再向混合处理器里加入泡沫塑料颗粒进行混合搅拌，最后再向混合处理器里加入轮胎颗粒充分搅拌，形成公路路堤填料，标准条件下养护，28天后的密度为1.2g/cm³左右，抗压强度达到6.5MPa之上。

与传统路堤填料相比，该土工填料质轻，抗压强度高，另外，此工程填料作为公路路堤构筑料时配上土工格栅或土工布的铺设，可以进一步增加路堤的稳定性和抗压性，如图3所示。

实施例4：

如图4，工业废弃物为原料的新型土工填料用于基础垫层回填。取干钢渣、泡沫塑料和轮胎颗粒共1000kg，其中，

干钢渣        50%

泡沫塑料      20%

轮胎          30%

这里，钢渣的粒径为3～8mm，泡沫塑料粒径为5mm以下，轮胎粒径为3～8mm。先把钢渣颗粒放入混合处理器，然后向混合处理器里加入泡沫塑料颗粒进行混合搅拌，最后再向混合处理器里加入轮胎颗粒充分搅拌，形成基础垫层的换填料。

与其它土性换填料相比，该土工填料质轻而且抗压强度高，降低了作用在地基上的压应力，缩小了地基的沉降，从而减小了上部基础和结构的沉降，同时对基础具有一定的隔震吸震能力。

实施例5：

如图5，工业废弃物为原料的新型土工填料用于管道沟回填料。取干钢渣、泡沫塑料和轮胎颗粒共1000kg，其中，

干钢渣        40%

泡沫塑料      20%

轮胎          40%

这里，钢渣的粒径为3～8mm，泡沫塑料粒径为5mm以下，轮胎粒径为3～8mm。先把钢渣颗粒放入混合处理器，然后向混合处理器里加入泡沫塑料颗粒进行混合搅拌，最后再向混合处理器里加入轮胎颗粒充分搅拌，形成管道沟的新型回填料。

与传统管沟填料相比，该土工填料质轻且抗压强度高，降低了作用在管道和地基上的压应力，同时填料抗变形能力强，增强了埋入管道的稳定性。

实施例6：

如图6，工业废弃物为原料的新型土工填料用于高速公路桥头路堤回填。取钢渣、

泡沫塑料、轮胎颗粒、水泥和水共1000kg，其中，

钢渣          35%

泡沫塑料      20%

轮胎          25%

水泥          10%

水            10%

这里，钢渣的粒径为3～8mm，泡沫塑料粒径为5mm以下，轮胎粒径为3～8mm。先将水泥加入水中搅拌形成混合液，然后将钢渣颗粒放入混合处理器搅拌，接着再向混合处理器里加入泡沫塑料颗粒进行混合搅拌，最后再向混合处理器里加入轮胎颗粒充分搅拌，形成桥头路堤填料，标准条件下养护，28天后的密度为1.0g/cm³左右，抗压强度达到7MPa之上。

与桥头路堤传统土填料相比，此土工填料质轻，抗压强度高，降低了桥头路堤沉降，解决了桥头跳车问题。

实施例7：

如图7，工业废弃物为原料的新型土工填料用于山坡面筑路料。取钢渣、泡沫塑料、轮胎颗粒、水泥和水共1000kg，其中，

钢渣          45%

泡沫塑料      15%

轮胎          20%

水泥          10%

水            10%

这里，钢渣的粒径为3～5mm，泡沫塑料粒径为1～3mm，轮胎粒径为3～5mm。先将水泥加入水中搅拌形成混合液，然后将钢渣颗粒放入混合处理器搅拌，接着再向混合处理器里加入泡沫塑料颗粒进行混合搅拌，最后再向混合处理器里加入轮胎颗粒充分搅拌，形成山坡面筑路料，标准条件下养护，28天后的密度为1.2g/cm³左右，抗压强度达到6.5MPa之上。

与普通的坡面土填料相比，该混合料质轻强度高，降低了滑坡的危害性，增加了边坡的稳定性。

上述仅为本发明优选的实施例，并不限制于本发明。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施例来举例说明。而由此方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种以工业废弃物为原料的土工填料，其特征在于：由废弃钢渣颗粒、废旧轮胎颗粒、废弃泡沫塑料颗粒、水泥和水混合而成，各成分所占重量比为废弃钢渣颗粒35%~50%、废旧轮胎颗粒20%~40%、废弃泡沫塑料颗粒10%~20%、水泥0~10%和水0~10%，所述的废弃钢渣颗粒中游离氧化钙和游离氧化镁总含量小于5%，所述废弃钢渣颗粒的粒径为3~8mm，所述废弃钢渣颗粒的烧失量小于8%。

2.根据权利要求1所述的土工填料，其特征在于，所述废弃泡沫塑料颗粒为聚苯乙烯泡沫塑料颗粒，所述聚苯乙烯泡沫塑料颗粒粒径为5mm以下。

3.根据权利要求1所述的土工填料，其特征在于，所述废旧轮胎颗粒为废旧轮胎粉碎而成的颗粒，所述颗粒比重为1.25，颗粒粒径为3~8mm，颗粒形状为有棱角不规则形状。

4.根据权利要求1所述的土工填料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，所述水泥标号为32.5或42.5。

5.权利要求1-4任一项所述的土工填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）按照上述的重量比称取废弃钢渣、废旧轮胎、废弃泡沫塑料颗粒、水泥和水；

2）将废弃钢渣研碎，磨成粒径为3~8mm的废弃钢渣颗粒；

3）将废弃泡沫塑料破碎，形成粒径为5mm以下的废弃泡沫塑料细颗粒；

4）将废旧轮胎破碎，形成粒径为3~8mm的废旧轮胎细颗粒；

5）将水泥加入水搅拌3-10分钟形成混合液；

6）将步骤2）中的废弃钢渣颗粒加入步骤5）中的混合液中，在混合处理器里搅拌3-10分钟形成混合物；

7）将步骤3）的废弃泡沫塑料细颗粒和步骤4）中的废旧轮胎细颗粒加入到步骤6）中的混合物里，在混合处理器里搅拌3-10分钟后得到填料。

6.权利要求1-4任一项所述的土工填料在土建工程回填中的应用。