CN109940755A - 一种填筑材料的分选和配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种填筑材料的分选和配制方法，在工程所在地挖取原状土或者就近采集废弃土，分析其具体的土质和粒径分布，然后根据工程所需要的具体强度、塌落度，以及比重要求、抗冻融要求、抗渗要求、耐酸碱要求，在土中加入适当比例的固化剂和水进行充分搅拌，形成流态的、可固化的填筑材料，满足不同工程的设计要求和实际需求，在地基加固、沟槽回填、道路路基、基坑支护帷幕墙、矿山采空区回填、墙体砌筑等工程中均可应用。

Description

一种填筑材料的分选和配制方法

技术领域

本发明涉及一种填筑材料的分选和配制方法，具体涉及以土为基础材料进行分选配制而形成的施工用材料。

背景技术

19世纪中期水泥发明后，随着技术的发展，以水泥为胶结材料的混凝土技术逐步成熟并走到了施工一线成为使用最为广泛的施工材料，混凝土的标号屡创新高，和易性越来越好，施工的便捷性也大幅提高。

但是，混凝土的使用中也存在一些难以解决的问题。首先，由于各地砂、石料资源紧张、趋于枯竭，以及运输成本的不断增高，导致混凝土的价格一路上涨、居高不下，有时甚至有钱也买不到。混凝土的价格增长和货源稀缺，已经给工程的建设实施造成了严重影响与负担。其次，在工程建设中经常遇到改良土体、加固土体方面的处理需求，比如地基处理、路基加固等，也经常遇到针对矿山采空区、沟槽等特定部位的浇注回填方面的施工作业，这些工程需求往往对成品材料的要求不是很高，如果仍然采用混凝土为施工材料，显然是大材小用、得不偿失，并且显著增高了施工成本。

另外一方面，在港口、道路、矿山、城市建设等各类工程的地基基础处理中，被开挖、置换出的泥土、渣土每年的数量可高达十几亿、几十亿立方米，这些泥土、渣土绝大部分没有被有效的回收和利用，而是被视为废弃物堆置、抛弃，因此造成大量土地资源和泥土资源的浪费，而且易对周围环境造成二次污染。实际上，土体就是由岩石经风化或水流冲积形成，其本身完全可以做为一种建筑材料来使用。

因此，在基础、道路、农村地区等施工领域往往需要一些成本相对较低，强度也相对较低，但是还要具有一定施工便利性、能够抗冻融、抗干湿、耐酸碱等特性的工程材料。对于施工现场原状土的深入研究填补了这样的空白，以往原状土往往作为一种支撑层而被研究，其按照土性可以被分为砂土、粉土、粘土，按照粒径可以被分为巨粒、粗粒、砂、砾，按成因分为残积土、冲积土、坡积土。但是，由于将其看作支撑层，往往只是考察其单一种类的承载能力，而忽视了对其施工性能的研究。虽然现有技术中对土作为工程材料有过初步研究，例如水泥土、流态固化土等，但是只是停留在尝试阶段。本申请试图对各种土体原状结构进行深入系统研究，将原状土系统的开发为一种工程材料以填补混凝土材料留下的空白。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种填筑材料的分选和配制方法，在工程所在地挖取原状土或者就近采集废弃土，分析其具体的土质和粒径分布，然后根据工程所需要的具体强度、塌落度，以及比重要求、抗冻融要求、抗渗要求、耐酸碱要求，在土中加入适当比例的固化剂和水进行充分搅拌，形成流态的、可固化的填筑材料，满足不同工程的设计要求和实际需求。

优选的，根据土的粒径大小和坍落度要求，填筑材料中加入固化剂的比例所对应的固化强度，按照下表取值。

经大量实验研究，发现不同的土与相同比例的固化剂配比搅拌后所形成的填筑材料，其固化强度存在显著变化，相同的土与不同比例的固化剂配比搅拌后所形成的填筑材料，其固化强度也有显著区别；同时发现，填筑材料在搅拌成型时的坍落度，与其固化强度也存在直接关系，在相同配比掺量、相同土质的情况下，坍落度越大，固化强度越低。经大量实验认真研究后，创造得出上表所述结果，即在不同土的粒径大小和坍落度要求的情况下，填筑材料中加入固化剂的比例所对应的固化强度。

上表中的混合土是指所挖取或采集的土成份复杂，是多种颗粒大小不一混合一体的土。

上表中，设定坍落度控制在25cm以下，是因为坍落度大于25cm填筑材料容易产生离析现象。设定固化强度在0.5MPa至8MPa范围内，0.5MPa是填筑材料可以应用的最低强度要求，而固化强度大于8MPa时，填筑材料的固化剂掺量较高，相比混凝土其性价比优势相对不显著。

优选的，如工程对填筑材料的比重有要求，在填筑材料中加入钢渣以增加比重，或者在填筑材料中加入轻质泡沫材料以减小比重。

优选的，如工程对填筑材料的抗渗有要求，提高填筑材料中固化剂的掺入比例，或者选取粘性颗粒为主的土质，或者掺入憎水物质如无机铝盐。

优选的，如工程对填筑材料的耐酸碱性有要求，根据土的酸碱性，在固化剂或者土中，增加碱性物质如石灰石粉、白云石粉或者酸性物质如石膏粉、硫酸亚铁予以中和，提高填筑材料的抗腐蚀性。

优选的，所述的固化剂是能够与土颗粒渗透填充并增进或者控制固化反应的物质或混合物，从而提高土体的强度、致密度、稳定性。

优选的，所述的固化剂包括活性硅铝物质如水泥、激发剂、晶化诱导剂、分散剂、表面活性剂、吸附剂、微膨胀剂中的一种或数种材料。

优选的，填筑材料中还可以加入粉煤灰、砂、碎石、矿渣、钢渣、水淬渣、化学或植物或金属纤维中的一种或数种辅助材料，以进一步提高填筑材料的强度、致密度、稳定性。

与现有技术相比，本填筑材料的分选和配制方法的特点和有益效果是：

①根据不同地质、不同设计要求、不同适用场地等变化，然后结合就近获取的土的性质，再根据工程所需要的具体强度以及比重要求、抗冻融要求、抗渗要求、耐酸碱要求等，对填筑材料的各材料配比进行针对调整，并特别提出了填筑材料的塌落要求。特别是进行了大量、全面研究后给出细致、精确的配比表，根据当下工程的设计要求，就近取土，查阅配比表即可得出此工程适用的材料配比方案，从而为工程施工提供了准确翔实的技术参数与质量保障。

②能够大量消耗积聚在施工现场周围的废弃土壤、减少废土占用的土地，即节约了材料成本，还节约了运输成本，避免二次处理，其固化剂可采用为磨细炉渣、矿渣和粉煤灰等工业废料，即实现了工业废料的有效利用，又降低了砂、石、水泥等成型建材的使用量，与直接采用混凝土相比，降低成型建材的使用率达到30%至65%。属于高效节约、低碳环保型产品，同时实现了废弃资源的循环利用，对社会的可持续发展具有重大意义。

③降低成本、节约造价，除上述成型建材用量小以外，填筑材料的生产无需厂房，并且作业环境占地很小，可就近设置于土源近、需求场地近的区域，并且所用机械设备简易、成本低廉，拆、装、运过程均非常快捷方便。与直接采用混凝土相比，其综合成本价格可降低30%至80%。

④材料搅拌充分、均匀，固化效果好。材料的产生通过地面机械的传输和搅拌后形成，施工灵活、操作方便，同时可操控各种材料的输入比例、份量，从而对填筑材料的物理性状、搅拌时间、搅拌效果进行调整，因此所形成的填筑材料成品细致均匀，并具有流动性、可泵送。其固化剂可采用多种材料复合而成，能够充分地渗透填充于土颗粒间隙，各组料成分之间相互关联、相互促进，充分发挥复合凝胶效应和填充增强效应，并且能够视天然土的成份性质、填筑材料成品的强度的不同要求，对固化剂的材料成份、性质、掺量进行调整，还能够继续加入砂、矿渣、钢渣、纤维等辅助材料，因此所形成的填筑材料成品具有流动性好、硬化速度快、稳定性强等特点。

⑤适用范围极其广泛。在地基加固、沟槽回填、道路路基、基坑支护帷幕墙、矿山采空区回填、墙体砌筑等工程中均可应用，前景广阔。材料成品可通过管道、溜槽、泵车等多种方式输送，特别适用于场地小、作业空间狭窄的工程使用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的填筑材料的分选和配制方法予以进一步说明。

实施例1：天津某生产基地主机厂场地处理项目，由冲压车间、焊装车间、涂装车间、总装车间等建筑物组成。各建构筑物基底下存在7～11m厚的淤泥质土层，淤泥质土具有强度低、可压缩性大、欠固结性、力学指标差等特点，为提高该层土的承载力和压缩模量，减少地基土的不均匀沉降和总沉降量，需要对淤泥地基进行固化处理，故采用填筑材料进行换填处理，要求处理后强度不小于1MPa。根据土质分析，其淤泥质土的粒径小于0.002，工程要求填筑材料强度不小于1MPa，填筑材料塌落度为10～15cm，故确定填筑材料的配比为：淤泥质土80%，固化剂20%。实际施工中，首先开挖淤泥到设计标高，并将开挖出的淤泥作为拌合原料；然后通过传输带、搅拌机、水泵等机械设备，将80%的淤泥和固化剂20%混合后加入水进行强制搅拌，每立方米混合料加水150公斤，形成塌落度为14cm的流态填筑材料，然后将填筑材料浇筑到已开挖地基区域中，浇筑后24小时基面即可站人。经检测，所有留置试块强度为1～1.2MPa。

实施例2：辽宁松原某基坑支护帷幕项目，由5栋高层建筑和裙房组成，基础埋深11米。基坑采用混凝土灌注桩和截水帷幕桩，帷幕桩桩径为800mm，桩长22m，设计要求帷幕桩身材料试块强度不小于2.5MPa，即极限强度不小于5MPa。施工场地自地表以下分为为杂填土、粉土和砂土层。现场基坑开挖土中大部分为砂土，采用该类土作为原材料，土粒径为0.1～0.25mm，塌落度要求控制为10～15cm，桩身强度要求不小于2.5MPa，根据以上参数确定桩身材料配比：土原料83%、固化剂17%，利用传输带、搅拌机、水泵等机械设备加入水进行强制搅拌，每立方米混合料加水185公斤，形成坍落度13cm的填筑材料，将填筑材料通过长螺旋中心压管将填筑材料贯入孔中，拔出长螺旋成桩。经检测，所有填筑材料留置试块强度为5.1～5.3MPa。

实施例3：宁东县某煤矿采空区回填处理项目，由于长期采煤地下存在深度10～15米的范围近3000平米的采空区，因安全隐患，须对采空区进行回填处理，考虑到场地后期的使用要求，采用填筑材料向地下浇筑将整个采空区填满，要求回填区处理后强度达到2MPa。由于现场无土，就近外运其它废弃土为填筑材料的原料，所运土为粉土，粒径0.005～0.05mm，由于采空区面积大，为保证其流动性，设定坍落度20～25mm，设定回填区强度达到2MPa；由此确定回填材料配比为土原料82%，固化剂18%。实际施工中，将上述比例的外运土原料和固化剂利用传输带、搅拌机、水泵等设备加入水后进行强制搅拌，每立方米混合料加水280公斤，最终形成塌落度为24cm的流态填筑材料，在采空区分别设置4个浇灌孔，通过泵将流态填筑材料灌入采空区内部。施工完毕后经对试块进行强度试验，强度为2.0～2.2MPa。

实施例4：北京某综合管廊回填工程，该综合管廊长度超过10km，两侧肥槽为凹凸异型，宽度0.8～1.2m，深10～15m。地表至管廊底的土层依次为填土、粉质黏土、粉土、细砂，部分含有大的砾石。由于肥槽回填的设计要求高、且肥槽较深有限的作业空间安全隐患大，若采用人工夯填或机械夯实还面临环境污染问题，故采用该填筑材料进行肥槽的回填处理，设计要求回填后强度不小于0.8MPa。直接利用管廊现场开挖的土为原材料，其既有粉土、黏土还有部分砾石，为混合土，根据设计要求材料强度不小于0.8MPa，施工坍落度20～22cm，由此确定填筑材料的配比为：土原料85%、固化剂15%。实施施工中，由于填筑材料的量比较大，现场场地有限，故设立由计量筛分、浆液制备、材料拌合等多系统组成的综合拌合站，集中生产该填筑材料，将土原料运至拌合站后按上述配比加入固化剂混合，然后每立方米混合料加入250公斤水进行强制搅拌，形成塌落度为22cm的流态填筑材料，然后再通过混凝土罐车将搅拌好的填筑材料运至肥槽回填区进行浇灌，每层浇筑不超过1.5米，经12小时硬化后可进行第二层的浇筑，经连续浇灌直至设计标高。经检测，所有留置试块强度为0.8～0.9MPa，满足设计要求。

实施例5：成都某综合管廊肥槽回填工程，位于天府新区，基坑深10m，肥槽回填深度为5m，回填基槽宽度为1～1.4m，长度3.5km，由于回填工作面狭小，质量要求高，采用机械夯实回填工艺不易达到质量要求，因此采用该填筑材料进行肥槽回填，设计要求回填后的强度不小于1MPa。由于现场开挖的土既有泥灰岩，也有粉土和砂土，因此属于混合土，施工需要坍落度为18cm～20cm，填筑材料强度达到0.8MPa，最终确定填筑材料的配比为：土原料88%，固化剂12%，固化剂采用特定的水泥和粉煤灰的混合物。由于工程量较大、工期要求短，为提高产量设立由计量筛分、浆液制备、材料拌合等多系统组成的综合拌合站，集中生产填筑材料，将土原料和固化剂按上述配比加水进行强制拌合，水的用量为每立方米混合原料加250公斤，最终生产出坍落度19cm的流态填筑材料，通过混凝土泵车运输到回填区域进行泵送，回填后10小时即可达到所需强度的80%。最终检测所有留置试块强度都大于0.8MPa。

实施例6：河北易县某新农村建设墙体砌筑项目，为将高效、可靠、低成本的新技术引入新农村建设，采用该填筑材料替代砖石进行墙体砌筑施工，设计墙体高1.8m，宽60cm，要求墙体填筑材料强度为8MPa。为保证达到设计要求，采用5-10cm的坍落度，就近采集砂土作为原材料，并确定填筑材料配比：砂土59%，固化剂41%。实际施工中，填筑材料采用现场拌合，通过传输带、搅拌机、水泵等机械设备，将59%的砂土和41%的固化剂混合后加入水进行强制搅拌，每方混合原料中加水180公斤，形成坍落度为10cm的填筑材料；墙体施工时，按墙体的外尺寸进行支模，然后将填筑材料注入其内，并采用振捣棒进行振捣，每面墙体留置试块不少于3组。施工完毕后7天达到设计强度的80%，拆模后即可进行下一道工序。

Claims (9)

1.一种工程填筑材料的分选和配制方法，其特征在于，在工程所在地挖取原状土或者就近采集废弃土，分析其具体的土质和粒径分布，然后根据工程所需要的具体强度、塌落度，以及比重要求、抗渗要求、耐酸碱要求，在土中加入适当比例的固化剂和水进行充分搅拌，形成流态的、可固化的填筑材料，满足不同工程的设计要求和实际需求。

2.根据权利要求1所述的工程填筑材料的分选和配制方法，其特征在于，根据土的粒径大小和坍落度要求，填筑材料中加入固化剂的比例所对应的固化强度，按照下表取值。

3.根据权利要求2所述的工程填筑材料的分选和配制方法，其特征在于，表中的混合土是指所挖取或采集的土成份复杂，是多种颗粒大小不一混合一体的土。

4.根据权利要求1所述的工程填筑材料的分选和配制方法，其特征在于，如工程对填筑材料的比重有要求，在填筑材料中加入钢渣以增加比重，或者在填筑材料中加入轻质泡沫材料以减小比重。

5.根据权利要求1所述的工程填筑材料的分选和配制方法，其特征在于，如工程对填筑材料的抗渗有要求，提高填筑材料中固化剂掺入比，或者选取粘性颗粒为主的土质，或者掺入憎水物质如无机铝盐。

6.根据权利要求1所述的工程填筑材料的分选和配制方法，其特征在于，如工程对填筑材料的耐酸碱性有要求，根据土的酸碱性，在固化剂或者土中，增加碱性物质如石灰石粉、白云石粉或者酸性物质如石膏粉、硫酸亚铁予以中和，提高填筑材料的抗腐蚀性。

7.按照权利要求1所述的工程填筑材料的分选和配制方法，其特征在于，所述的固化剂是能够与土颗粒渗透填充并增进或者控制固化反应的物质或混合物，从而提高土体的强度、致密度、稳定性。

8.按照权利要求1或7所述的工程填筑材料的分选和配制方法，其特征在于，所述的固化剂包括活性硅铝物质如水泥、激发剂、晶化诱导剂、分散剂、表面活性剂、吸附剂、微膨胀剂中的一种或数种材料。

9.按照权利要求1所述的工程填筑材料的分选和配制方法，其特征在于，填筑材料中还可以加入粉煤灰、砂、碎石、矿渣、钢渣、水淬渣、化学或植物或金属纤维中的一种或数种辅助材料，以进一步提高填筑材料的强度、致密度、稳定性。