CN104086144A

CN104086144A - 一种由建筑垃圾生产的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型流动性回填材料

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Publication number: CN104086144A
Application number: CN201410332590.8A
Authority: CN
Inventors: 张金喜; 冉晋; 马宝成; 袁晓斌
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2014-07-13
Filing date: 2014-07-13
Publication date: 2014-10-08

Abstract

本发明涉及一种土木工程材料，是一种由建筑垃圾生产的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型流动性回填材料，适用于路面出现塌陷等险情时的紧急抢修或快速回填，同时也适用于地下工程及狭小建筑基坑回填等工程。其特征在于包括：建筑垃圾细料，其含量为1200～1400kg/m³；水泥，其含量为70～240kg/m³；外加剂掺量为水泥质量的1％～3％；掺合料掺量为建筑垃圾细料的10％～20％；其余为水；所述水泥为快硬硫铝酸盐水泥，强度等级为42.5；所述掺合料为矿渣粉、粉煤灰、磷渣粉、硅灰或粘性土之一或者任意混合物。该材料具有自密实填充的良好流动性，又能满足快速凝结硬化的要求，而且硬化后的力学强度可调节。

Description

一种由建筑垃圾生产的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型流动性回填材料

技术领域

本发明涉及一种新型土木工程材料，是一种利用建筑垃圾生产的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型流动性回填材料，适用于路面出现塌陷等险情时的紧急抢修或要求快速回填施工等紧急工程，同时也适用于挡土墙墙背回填、桥涵台背回填、道路加宽路基回填、城市道路管沟回填、检查井周边回填、地下工程及狭小建筑基坑回填等工程。

背景技术

近年来，我国各大城市道路塌陷事故频繁发生，造成大量的经济、财产损失，引起社会的广泛关注。路面塌陷事故对城市的影响不仅限于路面塌陷所带来的交通不便，往往还伴随着各种通讯、排水、输气及电力等基础设施的损坏和中断，影响面很大。因此，在路面塌陷事故发生时如何快速处治,尤其是如何对路面塌陷位置进行快速回填处理，成为道路管理部门亟需解决的问题。但是，普通回填材料(如水泥稳定土、级配砂砾、二灰稳定集料、水泥稳定集料、级配碎石、混凝土等)在面对路面塌陷等险情或要求快速回填施工时，难以满足施工速度与施工质量的要求。

此外，在道路建设和养护维修时，即使不要求快速回填施工，在某些部位的回填(如挡土墙墙背回填、桥涵台背回填、道路加宽路基回填、城市道路管沟回填、检查井周边回填、地下工程及狭小建筑基坑回填等)过程中，上述普通回填材料由于受到回填空间狭小，或者管线等构筑物的限制，无法使用大型机械进行碾压施工，导致压实度很难达到设计要求，从而造成回填变形、沉陷等病害，且病害发生后无法进行有效的修复。例如，城市道路中各种通讯、排水、输气及电力管线等通常埋设在路基土的下层，由于管线保护和建筑界限的狭窄，不能使用大型压实机械进行压实，同时，普通回填材料也不能很好地与管线接触及充满管线的下侧，从而导致道路路面因压实度不足产生不均匀沉降而发生开裂，甚至塌陷等破坏。再如一些回填施工需要在建筑物下面进行，由于场地狭小、低矮，普通施工机械根本无法进入施工现场，因此回填材料无法得到充分压实，这将导致建筑物基础可能发生不均匀沉降，从而带来较大的安全隐患。

另一方面，随着我国城市建设的快速发展，不仅对天然资源的消耗日益增加，而且城市建筑垃圾的产生量也在不断增加。对天然资源(如砂石材料等)的过度开采，不仅带来耕地植被的严重破坏，而且作为一种不可再生资源，正面临日益枯竭的境地。与此同时，产生的大量建筑垃圾未经处理直接露天堆放或填埋，不仅占用土地，更因为私拉乱倒，造成垃圾围村、垃圾围城，由此带来的诸多危害是侵占土地，污染水体、大气和土壤，影响市容和环境卫生，遗留安全隐患等，对我国的经济建设造成严重影响。因此，对城市建筑垃圾进行再生利用不仅可以保护环境、减少城市污染，而且可以提供再生建筑材料，对于城市建设的可持续发展具有重要的社会、环保和经济效益。

目前，国内针对上述回填工程中出现的问题提出了一些新材料和新技术，如气泡轻质土、流态粉煤灰、陶粒粉煤灰混凝土等。气泡轻质土容重小、流动性高，可通过管道泵送，但其水泥用量高，且引入气泡使其施工过程较为复杂，导致材料造价也偏高。流态粉煤灰回填速度快，施工工艺简单，造价较低，但在地下水丰富的地方回填受水的影响较大，硬化后裂缝较多，早期强度偏低。陶粒粉煤灰混凝土密度小、强度高、压缩模量大，采用振捣成型且无需压实，可消除回填压实的“死角”，但其水泥用量较高，造价偏高。因此，上述材料大都难以在回填工程中大规模推广应用。

而针对建筑垃圾的再生利用则需要对建筑垃圾进行分类、处理，以生产出不同品质的建筑垃圾再生材料，并在适宜的工程中予以使用。目前主要研究和广泛使用的是质量较好的建筑垃圾再生粗集料(粒径大于4.75mm)，对于质量较差的建筑垃圾再生细料(粒径小于4.75mm)却很少使用，建筑垃圾再生利用率低，造成二次污染和资源浪费。而且，上述回填新材料也都无法利用低质量的建筑垃圾细料，更无法满足路面出现塌陷等险情时的紧急抢修或要求快速回填施工等紧急工程的要求。

发明内容

本发明针对以上问题，利用城市建设过程中产生的建筑垃圾进行再生利用，并选取其中质量较差、再生利用率较低的建筑垃圾细料(最大粒径小于4.75mm)生产一种基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型流动性回填材料。该材料由建筑垃圾细料、快硬硫铝酸盐水泥、掺合料、外加剂和水配制拌和而成。通过对建筑垃圾细料再生产品的规格、质量进行严格分类和管理，以及掺加快硬硫铝酸盐水泥和其他工程技术措施处理，使得该材料不仅具有自密实填充的良好流动性，同时又能满足快速凝结硬化的要求，而且硬化后的力学强度可根据工程需要进行调节，其2h强度调节范围一般为0.2MPa～2.0MPa，28d强度调节范围一般为1.0MPa～8.0MPa。

一种由建筑垃圾生产的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型流动性回填材料，其特征在于包括：

建筑垃圾细料，其含量为1200～1400kg/m³；水泥，其含量为70～240kg/m³；

外加剂掺量为水泥质量的1％～3％；掺合料掺量为建筑垃圾细料的10％～20％；

所述水泥为快硬硫铝酸盐水泥，强度等级为42.5；其余为水；

建筑垃圾细料应符合下列技术要求，以下百分含量如无特殊说明即为质量百分含量；

(1)大于4.75mm的颗粒含量小于10％；

(2)有机物含量小于1％；

(3)小于0.075mm的颗粒含量大于8％；

(4)建筑垃圾细料不含有重金属；

所述掺合料为矿渣粉、粉煤灰、磷渣粉、硅灰或粘性土之一或者任意混合物。

本发明是一种由建筑垃圾生产的新材料，扩宽建筑垃圾再生利用的新途径；2.解决某些部位回填施工中回填材料不易被有效压实的回填施工难题；3.更为重要的是解决道路路面出现塌陷等险情时的紧急抢修或要求快速回填施工等紧急工程的回填施工难题。

附图说明

图1流动度值测试示意图

以下结合具体实施方式对本发明进行进一步说明。

具体实施方式

本发明所提供的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料的各组分及其用量指导性范围如表1所示：

表1基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料各组分用量指导性范围表

注：(1)掺合料掺量为建筑垃圾细料质量的百分比；

(2)外加剂掺量为水泥质量的百分比。

其中，所述水泥为快硬硫铝酸盐水泥，强度等级为42.5，可根据施工水平、设计指标等合理选择水泥用量。

所述建筑垃圾为城市房屋建筑等基础设施建设和拆除过程中产生的建筑类垃圾材料，主要包括废旧或废弃的混凝土类、砂浆类、砖瓦类等材料、以及产生的粉尘和其他杂质材料。本发明所用建筑垃圾是其在分选、破碎、筛分过程中产生的最大粒径小于4.75mm的建筑垃圾细料，其分级标准如表2所示。

表2建筑垃圾细料分级标准

注：①再生粉料含量是指粒径小于0.075mm的建筑垃圾细粉含量；

②再生胶砂需水量比是指在相同的试验条件和方法下，使用建筑垃圾细料制备的砂浆与标准砂制备的砂浆达到相同的流动度所需用水量的比值。

此外，建筑垃圾细料还应符合下列技术要求：

(1)大于4.75mm的颗粒含量小于10％；

(2)有机物含量小于1％；

(3)小于0.075mm的颗粒含量大于8％；

(4)建筑垃圾细料不能含有对地下水、土壤产生污染的重金属等有害成分。

所述掺合料为矿渣粉、粉煤灰、磷渣粉、硅灰、粘性土等，须经基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料性能试验合格后方可使用，其技术要求应符合《公路工程水泥混凝土外加剂与掺合料应用技术指南》的要求。

所述外加剂为减水剂、引气剂、发泡剂等，外加剂应具有法定检测机构出具的该产品质量的检验报告，并应符合我国相关标准的规定，并经基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料性能试验合格后方可使用。

本发明所述材料均为干燥时的质量。

所述水为可饮用的自来水。

本发明所提供的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料流动度值的具体测量仪器设备、测量方法和评价标准参见附图1和表3。

本发明所提供的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料可通过下述方法制得：

1、测定建筑垃圾细料的含水率：参考《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)“细集料含水率试验(T0332-2005)”测量所用建筑垃圾细料的含水率，精确至0.1％，以两次试验结果的算术平均值作为测定值。

2、确定原材料和试验室配合比：

确定好原材料后，按下列步骤进行基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料的试验室配合比设计：

(1)确定回填材料的设计强度和流动性控制指标；

(2)计算回填材料的试配强度f_m,0(MPa)；

(3)确定回填材料的水泥用量Q_C(kg/m³)；

(4)根据建筑垃圾粉料(粒径小于0.075mm颗粒)的含量确定回填材料的掺合料用量Q_D(kg/m³)；

(5)确定回填材料的建筑垃圾细料用量Q_CW(kg/m³)；

(6)计算回填材料的用水量Q_W(kg/m³)；

(7)计算回填材料的外加剂用量Q_j(kg/m³)；

(8)进行回填材料的试拌，检验其流动性、强度、耐久性等指标；

(9)选择流动性、强度和耐久性满足设计要求的配合比为回填材料的最终试验室配合比。

3、根据试验室配合比换算施工配合比：

(1)计算实际建筑垃圾细料用量：Q_CW1＝Q_CW×(1+a)；

(2)计算实际掺合料用量：Q_D1＝Q_D×(1+b)；

(3)计算实际用水量：Q_W1＝Q_W-(Q_CW1-Q_CW)-(Q_D1-Q_D)；

其中：Q_CW1——实际建筑垃圾细料用量，kg/m³；

Q_CW——配合比中建筑垃圾细料用量，kg/m³；

Q_D1——实际掺合料用量，kg/m³；

Q_D——配合比中掺合料用量，kg/m³；

a——实测建筑垃圾细料的含水率，％；

b——实测掺合料的含水率，％；

Q_W1——实际用水量，kg/m³；

Q_W——配合比中水的用量，kg/m³。

(4)计算水泥和外加剂的用量。

4、将称量好的建筑垃圾细料、水泥、掺合料和外加剂等倒入搅拌锅中干拌30s左右。

5、加水，再次拌和3分钟左右，即得基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料。

本发明所提供的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料的施工方法如下：

1、基坑清理：彻底清除基坑中的虚碴、浮土等杂物，基坑内保证无积水，并夯实整平，对周边已经压实的路基，将其边缘部位切削整齐。

2、原材料抽检与堆放：原材料进场后及时抽检，并合理堆放，特别是水泥一定要做防潮处理。

3、施工机械：对于快速抢修工程宜采用现场直接拌和，建议采用2台滚筒式搅拌机+2台人工小推车+2副溜槽，或其他类似设备。

4、混合料搅拌：根据原材料(建筑垃圾细料、掺合料)的含水率检测结果，严格控制各种原材料用量，外加水量以混合料达到设计流动度为准，不宜过大或过小；称量各种原材料时，各种衡器必须保持准确；混合料使用滚筒式搅拌机进行搅拌，时间不少于3min，拌制前应将结块的建筑垃圾细料、掺合料等打碎后再掺入拌和。拌制好的混合料流动度应符合设计流动度值，不离析、不泌水。

5、混合料运输：将拌制好的混合料用人工小推车或其他运输工具运至指定地点，并顺溜槽直接倒入基坑中指定位置，浇筑要求不间断。

6、混合料浇筑：浇筑混合料前对支架、模板进行检查，模板内的杂物、积水清理干净；模板如有缝隙应填塞密实，模板内侧刷脱模剂；混合料倾卸高度不宜大于2m，高差较大时要设置导流槽；混合料应按一定厚度、顺序和方向分层浇筑，施工层厚不宜大于2米，当回填部位高度大于2米时，采用分层施工方法；分层施工时，底层混合料应到达硬化时间要求后才可以开始上层的施工；当基坑中混合料有明显离析时，用铁耙等工具搅拌均匀；浇筑完毕后对基坑中的混合料用刮板进行整平，浇筑高度达到设计高度时停止施工；对于地上填筑(路堤)的情况，应在沟槽两端设置挡板，或用装满土石料的麻袋堆砌成挡墙，防止流动性材料的外溢，应保证挡板或挡墙满足支撑结构强度要求。当气温低于5℃时应停止浇筑。

7、混合料养护：混合料浇筑完成后，应在表层结硬后撒布水进行养生，或洒水后覆盖塑料膜养生，亦可覆土养生，养生时间视施工要求和硬化时间而定，一般宜保证2h以上，养生期间禁止车辆、行人通过。

8、封层：作为路基回填材料使用时，养生完毕后可在混合料上直接进行其他路基土回填、道路垫层回填等工程施工；作为道路垫层使用时，应在硬化后的混合料上进行封层处理后开始道路基层施工，封层可采用洒布乳化沥青、水泥浆等方式；作为基坑回填材料使用时，应在硬化后的混合料上进行封层处理，封层结构一般为8％的石灰土，压实标准符合原地基处理标准，封层施工完毕后应与原地面平齐；台背、涵背回填封层宜用石灰土和灰土碎石回填，压实度不小于96％。封层厚度宜为30cm～60cm。

与现有回填材料相比较，本发明具有以下有益效果：

1、经济环保：建筑垃圾细料本身为一种含有部分红砖、砂浆、混凝土，以及微粉和有机杂质等的混合材料，质量较差，再生利用率较低。本发明所提供的材料可大量使用上述建筑垃圾细料，为建筑垃圾的综合再生利用开辟了新的途径，经济又环保。

2、凝结硬化快：本发明所提供材料能够快速产生凝结硬化，通常30min左右即可达到凝结状态，2h左右即可达到硬化状态。

3、良好的施工性：本发明所提供材料具有良好的流动性，浇筑时不需要振捣和碾压作业，可以实现自密实，达到较高的密实度，可进行窄小空间或其他不便于振动及压实操作的区域施工。

4、强度可调节：本发明所提供材料的强度可根据工程需要进行调节，通常情况下2h强度调节范围为0.2MPa～2.0MPa，28d强度调节范围为1.0MPa～8.0MPa。

5、适用范围广：所用原材料(如建筑垃圾细料、掺合料等)价格较为低廉，施工工艺简单，既适用于紧急抢修或快速回填施工等紧急工程，也适用于普通回填工程。

附图1试验方法：

1、仪器设备

(1)试模：用金属材料制成，由截锥圆模和模套组成。截锥圆模内壁须光滑，尺寸为：高度60mm±0.5mm、上口内径70mm±0.5mm、下口内径100mm±0.5mm、下口外径120mm、模壁厚度大于5mm。模套与截锥圆模配合使用。

(2)玻璃板：尺寸不小于500mm×500mm。

(3)卡尺：量程不小于300mm，分度值不大于0.5mm。

(4)秒表：分度值为1s。

2、试验步骤

(1)试验前，将玻璃板放置在水平试验台上，并用湿布分别擦拭截锥圆模内壁、套模和玻璃板。

(2)将截锥圆模和套模组成的试模水平静置于玻璃板中心，然后将试样迅速倒满并略高于截锥圆模，轻敲截锥圆模和套模外侧，使试样表面平整。

(3)迅速移除套模，使试样表面与截锥圆模上口平齐，擦除溢出的试样，徐徐提起截锥圆模、试样在无扰动条件下自由流动直至停止。用卡尺测量试样底面最大扩散直径及与其垂直方向的直径，计算两者的平均值作为流动度值，测试结果精确到1mm。

应用于不同工程类型的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料流动度值应满足表3的要求。

表3基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料流动度评价标准

流动性	流动度/mm	适用范围
			低流动性	100＜，≤150	较大空间的管沟、路基等回填工程
一般流动性	150＜，≤200	一般的回填工程
			高流动性	200＜	狭窄操作空间或存在死角等回填工程

实施例1

某城市道路管沟回填施工，因管线保护和建筑界限狭窄，不能使用大型压实机械进行压实，同时由于交通条件限制，需要尽快开放交通。采用本发明提供的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料，具体实施方式如下：

施工材料：所用水泥为快硬硫铝酸盐水泥，强度等级42.5；建筑垃圾细料为某一再生厂生产，技术等级为Ⅰ-1级，含水率为3％；粉煤灰为F类Ⅰ级，含水率为2％，减水剂为三聚氰胺减水剂，其质量均符合国家技术标准；水为可饮用自来水。

施工过程：

1、清理管沟：清除管沟中的虚碴、垃圾等杂物，管沟内无积水。

2、原材料抽检与堆放：对建筑垃圾细料、水泥、粉煤灰、减水剂原材料进行抽检，质量符合国家相关规范标准的规定。

3、施工机械：采用2台滚筒式搅拌机+2台人工小推车+2副溜槽。

4、混合料搅拌：选定的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料的配合比为水泥120kg/m³，粉煤灰183.6kg/m³，减水剂2.4kg/m³，建筑垃圾细料1236kg/m³，水350.4kg/m³。采用滚筒式搅拌机进行搅拌，每次搅拌量约为0.2m³，搅拌时间不少于3min。

5、混合料运输与浇筑：将拌制好的混合料顺溜槽直接倒入管沟中指定位置，全部浇筑完毕后对管沟中的混合料进行整平。

6、混合料养护：浇筑完成后，在表层凝结时(约30min)喷洒水养生，养生期间禁止车辆、行人通过。养生完毕后(约2h)进行封层等工序的施工。

施工效果：施工过程中，本发明所提供材料的流动度值达到了204mm，不离析、不泌水，2h强度达到0.5MPa，28天强度达到2.1MPa，既满足对该材料快凝快硬的要求，又符合对管沟回填的强度要求。

实施例2

某城市道路出现路面塌陷，需紧急进行回填处理，采用本发明提供的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料，具体实施方式如下：

施工材料：所用水泥为快硬硫铝酸盐水泥，强度等级42.5；建筑垃圾细料为某一再生厂生产，技术等级为Ⅱ-2级，含水率为4％；粉煤灰为F类Ⅲ级，含水率为5％，减水剂为聚羧酸盐系高效减水剂，其质量均符合国家技术标准；水为可饮用自来水。

施工过程：

1、清理基坑：清除基坑中的虚碴、浮土等杂物，并夯实整平，其边缘部位切削整齐。

2、施工机械：采用2台滚筒式搅拌机+2台人工小推车+2副溜槽。

3、混合料搅拌：选定的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型建筑垃圾流动性回填材料的配合比为水泥210kg/m³，粉煤灰294kg/m³，减水剂2.1kg/m³，建筑垃圾细料1456kg/m³，水383.6kg/m³。采用滚筒式搅拌机进行搅拌，每次搅拌量约为0.2m³，搅拌时间不少于3min。

4、混合料运输与浇筑：将拌制好的混合料顺溜槽直接倒入基坑中指定位置，由于回填部位高度大于2米，采用分层施工方法，当底层混合料到达硬化时间后开始上层的施工，全部浇筑完毕后对基坑中的混合料进行整平。

5、混合料养护：浇筑完成后，在表层结硬时(约30min)喷洒水养生，养生期间禁止车辆、行人通过。养生完毕后(约2h)进行封层等工序的施工。

施工效果：施工过程中，本发明所提供材料的流动度值达到了182mm，不离析、不泌水，2h强度达到1.3MPa，28天强度达到5.2MPa，既满足了快速回填处理的要求，又符合对路面基层的强度要求。

Claims

1.一种由建筑垃圾生产的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型流动性回填材料，其特征在于包括：

所述水泥为快硬硫铝酸盐水泥，强度等级为42.5；

(1)大于4.75mm的颗粒含量小于10％；

(2)有机物含量小于1％；

(3)小于0.075mm的颗粒含量大于8％；

(4)建筑垃圾细料不含有重金属；