CN110510958A - 一种基于建筑垃圾的地铁填充砂浆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于建筑垃圾的地铁填充砂浆，该砂浆原材料组成及配合比为：水泥5％‑15％；建筑垃圾再生砂65％‑80％；建筑垃圾再生微粉10％‑30％；膨胀剂0.3％‑1％；润滑触变剂0.02％‑0.08％；引气剂0％‑0.05％；减水剂0.2％‑0.5％；保水增稠剂0.005％‑0.02％；凝结时间调节剂0％‑0.5％。其中膨胀剂、润滑触变剂、引气剂、减水剂、保水增稠剂和凝结时间调节剂为外掺。各原料预先按比例混合均匀，袋装或散装至工地再加适量的水搅拌均匀后进行注浆使用。本发明利用建筑垃圾再生砂与再生微粉完全替代天然砂使用，通过调控配方使得所制备的地铁填充砂浆不仅能够满足地铁隧道注浆要求，而且实现建筑垃圾利用最大化，具有较好的经济和社会效益。

Description

一种基于建筑垃圾的地铁填充砂浆

技术领域

本发明属于环保和建筑材料交叉技术领域，特别涉及一种建筑垃圾再生砂及再生微粉用于制备地铁隧道注浆用材料—地铁填充砂浆，并使建筑垃圾在地铁填充砂浆中获得资源化利用的方法。

背景技术

随着经济的发展,我国的城市地铁建设规模越来越大。在地铁隧道开挖过程中,盾构法施工具有安全、自动化程度高、对地面建(构)筑物和地下管线影响小等优点，已成为地铁隧道施工的常用工法。

从地铁盾构隧道的实际施工可知，盾构机刀盘的直径一般都大于管片衬砌外径，当管片脱离盾尾后，围岩与管片之间就会存在一定空隙，此时，岩体没有任何支护结构，易出现移位现象，导致地面沉降，严重威胁施工安全。在实际施工过程中采用壁后注浆技术来消除上述隐患。

注浆就是向管片与围岩之间的空隙注入浆液，以减少盾尾的间隙，使周围岩体有一定的支撑力，防止地表出现沉降现象，提升隧道结构的稳定性和防水效果。为了保证注浆效果，要求浆液具备以下特性：流动性好,以满足泵送和充满空隙的要求；稳定性好,不易泌水离析；凝结时间合适，避免凝结过快影响注浆操作和凝结过慢影响浆液结石速度；具备一定的强度和抗渗性能。通常性能要求如下：浆液稠度为90mm～120mm；泌水率≤5.0％；凝结时间可调，无要求时为3～9h；28d抗压强度≥3.0MPa；结石率≥97.0％，即固结收缩率≤3.0％。

目前，地铁隧道注浆所用的填充材料多是由胶凝材料(水泥、石灰和石膏等)、天然砂、粉煤灰、膨润土和水等组成。例如：专利CN 101851082 A公开了一种隧道盾构施工壁后注浆单液型可硬化浆液，其组成材料为粉煤灰、脱硫石膏、矿渣、膨润土、细砂、添加剂和水等。

在注浆所用的填充材料中，通常以砂的用量最大，一般在60％以上。同时，粉煤灰等矿物掺合料也是用量较大的组分。随着砂资源的逐渐紧缺，很多企业面临着用砂难的困扰。另外，随着粉煤灰在建材行业中的广泛应用，粉煤灰资源在我国大部分地区也越来越紧缺。因此，砂和粉煤灰等资源及其成本是制约注浆材料生产和应用的重要因素。

另一方面，随着工业化、城市化进程的加速，建筑垃圾日益增多。建筑垃圾随意堆放，不仅占用土地，而易产生安全隐患，降低空气质量和土壤质量，对水资源造成严重污染。我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的1/3以上，面临严峻的处置压力。

建筑垃圾制备再生砂是其资源化利用的有效途径之一。再生砂是指由建筑垃圾(废弃混凝土、砖瓦等)经除杂、破碎、筛分等工艺处置后,粒径不大于4.75mm的颗粒。在制砂过程中，还会产生粒径小于0.075mm的粉料，称之为再生微粉。很多研究和试验证明，建筑垃圾微粉也有一定的水化活性，有的甚至与Ⅱ级粉煤灰相当。

再生砂与再生微粉在水泥砂浆中虽然有研究和实践，但是，由于其压碎值低、粒形差、需水量高等缺陷，很难在砂浆中完全替代天然砂使用，要么只能部分替代天然砂，要么需要与高分子胶凝材料、优质的辅助性胶凝材料以及激发剂等复合使用，以克服再生砂干混砂浆强度低、流动性差和收缩大的质量问题。例如，专利CN201810577100.9公开了一种建筑垃圾再生细骨料替代天然砂制备干粉砂浆配方及方法，虽然该方法在普通砂浆中建筑垃圾再生砂掺量高达70％～85％，但是，组成材料中需要复合高分子胶凝材料—可分散乳胶粉，而且采用粉煤灰作为辅助性胶凝材料，对建筑垃圾再生砂伴随而来的再生微粉并没有加以利用。

目前建筑垃圾再生砂和再生微粉在地铁隧道填充材料中的应用实践还处于空白状态。本发明提出了一种利用建筑垃圾再生砂和再生微粉制备地铁隧道注浆用填充砂浆的方法，所用的砂全部为建筑垃圾再生砂，并以再生垃圾再生微粉全部替代粉煤灰等矿物掺合料，同时，通过掺加润滑触变剂、膨胀剂、减水剂、引气剂、保水增稠剂和凝结时间调节剂，保证填充砂浆满足地铁隧道的注浆要求，获得一种全新的地铁填充砂浆，使建筑垃圾得到充分的资源化利用。

与现有的技术相比，本发明具有以下创新点：①利用再生砂和再生微粉制备具有特殊性能要求的地铁填充砂浆，而不是普通干混砂浆；②没有使用天然砂和粉煤灰，也没有高分子胶凝材料；③采用钙矾石类膨胀剂，产生高水填充水化产物，以提高砂浆的结石率；④掺用润滑触变剂、引气剂和减水剂等，以满足地铁填充砂浆可泵性和润滑性等要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于建筑垃圾的地铁填充砂浆，在制备地铁隧道注浆用填充砂浆过程中实现对建筑垃圾资源化再利用的方法，制备出的填充砂浆在满足注浆施工需求的同时，保证其凝结硬化后的强度，防水和耐久性也能满足工程要求。该方法不仅实现了建筑垃圾的资源化利用，缓解了建筑垃圾的处置压力，同时也有助于建材行业走出用砂难的困境。此外，本方法还通过添加膨胀剂、润滑触变剂、引气剂、减水剂、保水增稠剂和凝结时间调节剂等，来保证填充砂浆具备良好的注浆性能。本发明中建筑垃圾的利用率高，具有经济性和环保性的特点。

为实现以上目标，本发明采用如下技术解决方案：

采用建筑垃圾再生砂和再生微粉制备地铁隧道填充砂浆，其原材料组成及配比如下：水泥5％-15％；建筑垃圾再生砂65％-80％；再生微粉10％-30％；膨胀剂0.3％-1％；润滑触变剂0.02％-0.08％；引气剂0％-0.05％；减水剂0.2％-0.5％；保水增稠剂0.005％-0.02％；凝结时间调节剂0％-0.5％。将水泥、建筑垃圾再生砂和再生微粉按照质量百分比之和为100％进行配料。膨胀剂、润滑触变剂、引气剂、减水剂、保水增稠剂和凝结时间调节剂为外掺，其比例为占水泥、建筑垃圾再生砂、再生微粉三者质量和之比。将各种原材料预先充分混合，袋装或散装运送到工地，加入适量的水(加水量应满足最终砂浆稠度在90mm-120mm之间)搅拌均匀后进行注浆使用。

本发明所述的建筑垃圾再生砂是由建筑垃圾经除杂、破碎、筛分等工艺处置后,所得的粒径不大于4.75mm的颗粒，性能满足GB/T 25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》的要求。再生微粉是指制备建筑垃圾再生砂过程中产生的粒径小于0.075mm的粉料。水泥符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》的要求。膨胀剂、润滑触变剂、引气剂、减水剂、保水增稠剂和凝结时间调节剂均为市售。其中膨胀剂为钙矾石类膨胀剂，以使砂浆在水化硬化过程中产生高水填充产物—钙矾石，从而提高砂浆的结石率。

本发明以建筑垃圾再生砂作为骨料，以水泥为胶凝材料，再生微粉为辅助胶凝材料，无需复合天然砂，无需加入可分散乳胶粉等高分子胶凝材料，也无需掺加粉煤灰等矿物掺合料，只需添加少量膨胀剂、润滑触变剂、引气剂、减水剂、保水增稠剂，即可赋予其地铁填充所需的砂浆性能。通过添加膨胀剂减少砂浆的固结收缩率，提高结石率，通过添加润滑触变剂、引气剂、减水剂等来改善砂浆拌合物的可操作性，从而弥补再生砂和再生微粉带来的质量缺陷，使建筑垃圾的利用率达到最大化。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做出进一步的详细描述。

表1中1-6号样品为本发明的6个实施例的组成原料及质量百分比，其中水泥P.O42.5，符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》的要求；建筑垃圾再生砂符合GB/T 25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》的要求，其细度模数为1.4；再生微粉的活性指数为68％。膨胀剂、润滑触变剂、引气剂、减水剂、保水增稠剂和凝结时间调节剂均为市场上购买。

按照表1所述的原材料及配比进行计量和混合，混合均匀后散装或包装运送至工地，在工地加入适量的水搅拌均匀，保证其稠度介于90mm～120mm，然后进行注浆施工。

表2为6个实施例填充砂浆的性能。地铁填充砂浆的稠度、保水率、凝结时间和抗压强度的测试参照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》。泌水率通过测试装在量筒内砂浆拌合物(浆液)上层析出的水量占总浆体量的百分比获得。固结体积收缩率通过测定浆体固结前后的体积差与固结前浆体的体积之比获得。

由表1可见，各实施例中建筑垃圾再生砂的掺量66％-77％，建筑垃圾再生微粉的掺量为10-22％，两者之和达到85％以上，且本发明实例中无需复合天然砂、无需添加可分散乳胶粉等高分子材料，无需添加粉煤灰等矿物掺合料，可极大的降低成本，使建筑垃圾利用率最大化。

由表2可见，各实施例填充砂浆的稠度均在90mm-120mm之间，泌水率均小于5.0％，凝结时间的跨度从110min到900min，砂浆和易性好，抗压强度均在3.0MPa以上，固结收缩率均小于3.0％，能满足地铁填充施工和性能要求。

总之，各组实施例的地铁填充砂浆的各项性能满足注浆使用要求，而且建筑垃圾(再生砂与再生微粉之和)利用率高，具有较好的经济社会效益。

表3中1号样没有掺膨胀剂，2号样没有引气剂和保水增稠剂，3号样减水剂掺量偏低。所用的原材料、实施过程和检测方法均与前面的实施例相同。表4为相应的性能检测结果。

由表4可见，1号样其结石收缩率超过3.0％；2号样其泌水率超过了5.0％；而3号样砂浆的强度达不到3.0MPa，均难以满足地铁填充砂浆的施工和性能要求。

需要说明的是凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。例如：按本发明提出的原材料及配比，在工厂或工地直接加适量的水搅拌均匀后进行注浆使用的情况，也应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于建筑垃圾的地铁填充砂浆，其特征在于，按质量百分比计，由如下原材料组成：水泥5％-15％；建筑垃圾再生砂65％-80％；建筑垃圾再生微粉10％-30％；三者之和为100％，再加入膨胀剂0.3％-1％；润滑触变剂0.02％-0.08％；引气剂0％-0.05％；减水剂0.2％-0.5％；保水增稠剂0.005％-0.02％；凝结时间调节剂0％-0.5％。

2.根据权利要求1所述的基于建筑垃圾的地铁填充砂浆，其特征在于，所述的建筑垃圾再生砂是指由建筑垃圾经除杂、破碎、筛分等工艺处置后,粒径不大于4.75mm的颗粒，性能满足GB/T 25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》的要求。

3.根据权利要求1所述的基于建筑垃圾的地铁填充砂浆，其特征在于，所述的建筑垃圾再生微粉是在建筑垃圾再生砂制备过程中，产生的粒径小于0.075mm的粉料。

4.根据权利要求1所述的基于建筑垃圾的地铁填充砂浆，其特征在于，所述的膨胀剂为钙矾石类膨胀剂。