CN111807782B - 流态固化再生混合料、制备方法及其在坑槽回填中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土木建筑材料的技术领域，尤其是涉及一种流态固化再生混合料、制备方法及其在坑槽回填中的应用，流态固化再生混合料由包括如下重量百分含量的原料制备而成：再生材料60‑70%，胶凝材料10‑20%，外加剂和水15‑25%；所述外加剂通过外掺的方式加入，其掺量为所述胶凝材料总重的0‑0.5%；所述再生材料包括再生细集料和冗余土，两者的重量配比为（3‑5）:（5‑7），其具有较好的流动性，填充深凹狭窄空间尤为适宜，并具有免振捣、便捷施工的特点，其28d强度适中，可二次开挖性较好；其采用建筑垃圾代替了土壤、河沙等天然材料，实现了废弃资源的循环利用，节约环保。

Description

流态固化再生混合料、制备方法及其在坑槽回填中的应用

技术领域

本发明涉及土木建筑材料的技术领域，尤其是涉及一种流态固化再生混合料、制备方法及其在坑槽回填中的应用。

背景技术

例如，传统工艺的二八灰土或三八灰土回填，具体存在如下缺陷：第一，二八灰土或三八灰土是以重量配比为2:8或3:8的白灰与土混合而成的固体粉料，在分层回填时，扬尘严重，环保性差；第二，回填过程中，利用小型夯实设备进行施工，逐层夯实，施工难度大、施工效率低；第三，当受回填条件、深度或空间等因素限制时，难以实现夯实设备的逐层压实，导致回填土密实度不足，局部狭窄空间极易形成空洞，影响回填质量。一些工期紧迫和敏感地带的工程，为了确保回填质量和回填效率，采用低标号混凝土(如C15)进行回填。但是，低标号混凝士回填造价较高，回填后的强度相对较大，给后期地下管线的维护与维修带来开挖难题。

建筑垃圾是指建设单位、施工单位新建、改建、扩建和拆除各类建筑物、构筑物、管网等以及居民装饰装修房屋过程中所产生的弃土、弃料及其它废弃物。目前建筑垃圾的数量占城市垃圾总量的30-40％。据有关资料显示，每1万平方米建筑的施工过程会产生500-600吨的建筑垃圾；拆除1万平方米旧建筑会产生7000-12000吨建筑垃圾。全国每年产生的建筑垃圾多达20亿吨，据估算，到2020年，中国建筑垃圾产生量将达到峰值，预计达到26亿吨。建筑垃圾的主要成分是无机材料，具有耐酸、耐碱、耐水性好，物理化学性质稳定的优点；建筑垃圾还具有颗粒大、透水性好、不冻涨、塑性小等优良的性能，经过处理后能够将其变废为宝，形成一种很好的建筑材料并再次应用于工程建设中。

专利申请公布号为CN 109020430A的发明专利申请公开了一种二灰稳定建筑垃圾再生混合料，包括以下原料：石灰、粉煤灰、水和建筑垃圾再生集料；所述建筑垃圾再生集料包含规格为19.0-31.5mm的再生粗集料、9.5-19.0mm的再生粗集料、4.75-9.5mm的再生粗集料和0-4.75mm的再生细集料。该现有技术采用石灰和粉煤灰作为胶结材料，采用砖混类建筑垃圾再生集料全部替代石灰石等天然碎石材料，所得二灰稳定建筑垃圾再生混合料的强度高、稳定性好、抗裂性好，成功实现了建筑垃圾的变废为宝。该现有技术通过不同较大级配的再生粗集料和再生细集料的配合，形成具有较大孔隙的类碎石材料，主要应用于高速公路基层材料中；但其流动性差，应用于坑槽回填中则同样存在施工难度大等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个发明目的是提供一种流态固化再生混合料，有较高的流动性，填充深凹狭窄空间尤为适宜，并具有免振捣、便捷施工的特点，其28d强度适中，可二次开挖性较好。

本发明的第二个目的是提供一种上述流态固化再生混合料的制备方法，采用两级连续式搅拌工艺，使最终拌和得到的流态固化再生混合料具有良好的均匀性和流动性，使其更适合于坑槽的回填用料。

本发明的第三个目的是提供一种上述流态固化再生混合料在坑槽回填中的应用，变废为宝，实现了建筑垃圾废弃资源的循环利用。

本发明的上述第一个发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种流态固化再生混合料，其由包括如下重量百分含量的原料制备而成：再生材料60-70％，胶凝材料10-20％，外加剂和水15-25％；所述外加剂通过外掺的方式加入，其掺量为所述胶凝材料总重的0-0.5％；所述再生材料包括再生细集料和冗余土，两者的重量配比为(3-5):(5-7)。

通过采用上述技术方案，冗余土是通过筛分将难降解的有害杂质去除后的纯净土，属于建筑再生资源。本申请中成功利用建筑再生材料(再生细集料与冗余土)加入合适量的胶凝材料、外加剂和水，拌制形成坑槽回填用的流态固化混合料，具有较高的流动性，填充深凹狭窄空间尤为适宜。该流态固化混合料通过现场浇筑填充、养护，硬化后形成具有一定强度的固化砼质，能够完全充满结构物边部狭窄空间；在填筑工程中，可泵送浇筑或流槽浇筑，无需振捣成型，无需传统素土、石灰土回填的压实工序，实现了建筑垃圾的变废为宝。

作为优选：所述再生细集料为建筑垃圾经分选、除杂、破碎、筛分工艺再生加工成的0-4.75mm的砖瓦类再生细集料，其杂物含量≤0.5％，有机质含量≤5.0％，硫酸盐含量≤2.0％，氯化物含量≤0.06％。

作为优选：所述冗余土为建筑废弃物，经除杂、筛分得到的0-4.75mm的细颗粒物，含砂量不小于70％，砂当量不小于65％。

通过采用上述技术方案，选用砖瓦类再生细集料，其是经过1300℃以上高温烧结后的具有火山灰质的材料，配合冗余土一起作为骨料进行强度支撑。再生细集料与冗余土均选用小尺寸，能够更好的与胶凝材料及水拌和形成具有合适流动性的流态混合料，满足回填用料的要求。

作为优选：所述胶凝材料包括水泥、白灰和粉煤灰，所述水泥与白灰的重量配比为(3-4):1，所述粉煤灰的掺量为所述胶凝材料的一半。

通过采用上述技术方案，白灰为碱性材料，其与粉煤灰混合后能够在混合料体系中激发粉煤灰的活性，增强再生混合料后期的强度。粉煤灰能够改善再生混合料的和易性。水泥的量多于白灰，能够保证再生混合料早期的强度。通过水泥、白灰与粉煤灰的配合，使本发明的再生混合料兼具较好的流动性和强度。

作为优选：所述水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其初凝时间不小于3h；所述粉煤灰为II级风选粉煤灰，其三氧化硫含量不大于3％。

通过采用上述技术方案，选择初凝时间合适的水泥，保证拌和后的流态固化混合料在浇筑施工时保持合适的流动性，使其能够完全充满坑槽。

作为优选：所述外加剂包括三乙醇胺。

通过采用上述技术方案，三乙醇胺，即三(2-羟乙基)胺，具有弱碱性，能够提高胶凝材料的流动性和装填密度。本发明中，火山灰质的砖瓦类再生细集料、冗余土及胶凝材料在水中混合后，在三乙醇胺的作用下，相互交联凝结，起到一定的早强作用；并能够在回填完毕后，促进后期强度的提高。

作为优选：所述外加剂还包括褐藻胶，所述三乙醇胺与褐藻胶的重量配比为(1.5-3):1。

通过采用上述技术方案，褐藻胶是一种亲水性聚合物，具有良好的增稠性、成膜性和凝胶性能。本发明中，通过加入少量的褐藻胶，使其能够粘结胶凝材料及再生材料，实现胶凝材料及再生材料与水的充分混合，然后在三乙醇胺的作用下实现交联凝结。通过控制三乙醇胺与褐藻胶的配比，使弱碱性的三乙醇胺为主，褐藻胶为辅，进一步改善了本发明流态固化再生混合料的流动性及密实度，使其更适合于坑槽回填料。

本发明的上述第二个目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种上述任一项所述的流态固化再生混合料的制备方法，其包括如下操作步骤：

将胶凝材料、再生材料和一半的水，混合拌和，得到一级拌和料；

将外加剂和余量的水与一级拌和料混合，进行二级拌和，得到流态固化再生混合料。

通过采用上述技术方案，先将胶凝材料、再生材料和一半的水拌和均匀，此时得到的一级拌和料为潮湿的近固态料，其几乎不具有流动性，该步骤的重点之一在于将胶凝材料和再生材料充分的混合搅拌均匀；然后将外加剂和余量的水加入拌和均匀，此步骤一方面是改善混合料的流动性，另一方面则是对混合料进行进一步的深度拌和，从而得到搅拌充分、均匀且能够泵送的流态固化再生混合料。

本发明的上述第三个目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种上述任一项所述的流态固化再生混合料在坑槽回填中的应用，将所述流态固化再生混合料现场浇筑于建筑结构基坑周围肥槽、孔洞、市政地下管线坑槽、桥涵台背、城市地下脱空或矿山采空区内，实现坑槽回填。

通过采用上述技术方案，本发明的流态固化再生混合料，流动性适中，能够进行泵送施工，适用于各种建筑坑槽、孔洞等的回填，回填中几乎无扬尘，更加环保；对于局部狭窄空间也能够实现有效填充，回填质量好。

作为优选：所述浇筑操作具体为：采用分层循环浇注，浇筑高差不大于1m；由基槽起点至终点多点浇筑，浇筑点间隔不大于10m，一次性浇筑高度不大于50cm；一层浇筑完成后，继续循环浇筑至将坑槽回填完毕。

通过采用上述技术方案，本发明中的流态固化再生混合料，由于其流动性能适中，在坑槽回填时采用浇筑的方式进行，无需采用夯实设备逐层夯实，其不受深度和空间等因素的限制，降低了施工难度；浇筑回填完成后的强度适中，可开挖性能好。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

(1)本发明的流态固化再生混合料，其坍落度在180±30mm内，具有合适的拌和性和流动性，能够满足泵送施工，施工方便，特别适用于场地小、作业空间狭窄的工程中；

(2)本发明的流态固化再生混合料，7d抗压强度可达1.00MPa以上，最高可达1.50MPa；28d抗压强度可达2.68MPa以上，最高可达3.90MPa；在回填施工时具有一定流动性的基础上，硬化后兼具一定的强度；

(3)与传统回填料二八灰土相比，本发明的流态固化再生混合料抗压强度大大提高，但却具有适中的流动性，填充深凹狭窄空间尤为适宜；其水稳性强度最高可达1.36MPa，与传统的二八灰土相比，水稳性能大大提高，在有地下水的情况下，也能保证较好的强度；

(4)本发明的流态固化再生混合料由于自身的材料及其配比的配合，结合本发明的制备工艺，使得本发明的流态固化再生混合料回填时具有适中的流动性，能够在坑槽的各处进行充分填充，填充均匀、密实性好；

(5)本发明的流态固化再生混合料能够在地下空间填充、建筑基坑肥槽回填、道路桥涵台背回填、市政地下管线回填、矿山采空区回填等工程中均可应用，前景广阔。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明中的如下原料均为市售产品，具体为：水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其初凝时间不小于3h，选自唐山鸿顺建材有限公司；粉煤灰为II级风选粉煤灰，其三氧化硫含量不大于3％，选自唐山市命中缘实业有限公司；三乙醇胺选自河北慧盟生物科技有限公司，有效物质含量为99％；褐藻胶选自郑州超凡化工有限公司，有效物质含量为99％。

本发明中的再生细集料为砖瓦类建筑垃圾，其通过如下步骤加工得到：从大块固体建筑垃圾中分选出砖瓦类建筑垃圾，除去不需要的杂物和垃圾，然后对选出的砖瓦类建筑垃圾进行破碎和筛分，得到不同规格粒径的集料，其中0-4.75mm的砖瓦类再生细集料作为本发明的再生细集料；本发明的再生细集料的杂物含量≤0.5％，有机质含量≤5.0％，硫酸盐含量≤2.0％，氯化物含量≤0.06％。

本发明中的冗余土的加工过程为：利用分拣除杂设备对建筑废弃物进行分拣除杂，对筛分后的冗余土进行风力除轻物质，然后过筛，得到0-4.75mm的细颗粒物；本发明的冗余土中含砂量不小于70％，砂当量不小于65％。

实施例1

一种流态固化再生混合料，其通过如下具体操作步骤制备得到：

按照表1的各原料掺量，将胶凝材料：水泥及粉煤灰，根据配合比掺量经螺旋计量称加入一级拌缸；再生材料通过配料仓配料，经传输带输送至一级拌缸；拌和用水根据配比掺量平均分两路加入，一路为一级拌缸加水系统，二路为二级拌缸加水系统，由流量计控制两路的掺入量相同，均为总加水量的一半；待胶凝材料、再生材料及一路的水均加入一级拌缸后，进行一级拌和，得到一级拌和料；

一级拌和料经传输带传送至二级拌缸内；二路加水系统通过设定的比例由流量计计量模块控制，将另一半水加入二级拌缸内；外加剂通过其添加系统喷洒至二级拌缸内；使一级拌和料、余量的水及外加剂进行二级拌和，经过二级连续式拌和后即形成具有流动性且硬化后具备一定强度的流态固化再生混合料。

实施例2-6

实施例2-6的流态固化再生混合料，其制备方法与实施例1完全相同，区别在于各原料种类及掺量有所不同，其中，外加剂是通过外掺的方式加入，不计入流态固化再生混合料的原料总和之中，具体详见表1所示；各实施例中冗余土的含砂量详见表1。

表1实施例1-6的流态固化再生混合料的原料掺量(kg)

实施例7-16

实施例7-16的流态固化再生混合料，其制备方法与实施例1完全相同，区别在于各原料种类及掺量有所不同，详见表2所示；各实施例中冗余土的含砂量均为72％。

表2实施例7-16的流态固化再生混合料的原料掺量(kg)

对比例1

专利申请公布号为CN 109020430A的发明专利申请中实施例1的二灰稳定建筑垃圾再生混合料。

对比例2

对比例2与实施例10的流态固化再生混合料的制备方法相同，区别在于：再生材料中再生细集料掺量为40.4kg，冗余土(含砂量73％)掺量为24.2kg，其余均与实施例10相同。

对比例3

对比例3与实施例10的流态固化再生混合料的制备方法相同，区别在于：胶凝材料中，水泥掺量为1.6kg，白灰掺量为5.4kg，其余均与实施例10相同。

对比例4

对比例4与实施例10的流态固化再生混合料的制备方法相同，区别在于：再生细集料为混凝土块、渣土、砂浆类的建筑垃圾，依次经分选、除杂、破碎、筛分工艺再生加工成的0-4.75mm的再生细集料，其余均与实施例10相同。

对比例5

对比例5与实施例10的流态固化再生混合料的各原料种类及掺量均相同，区别在于制备方法不同，具体为：将再生细集料、冗余土、水泥、粉煤灰、水加入一级拌缸内，拌和均匀，得到对比例5的流态固化再生混合料。

对比例6

对比例6与实施例14的流态固化再生混合料的制备方法相同，区别在于：将外加剂中的0.028kg三乙醇胺和0.014kg褐藻胶替换为0.014kg三乙醇胺和0.028kg褐藻胶，其余均与实施例14相同。

性能检测

采用如下检测标准或试验方法对实施例1-16和对比例1-6的再生混合料进行性能检测，检测结果详见表3所示。

抗压强度：《JGJ/T70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准》；

坍落度：《JTG E30-2005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》；

水稳性强度检测：采用70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体试件，在20℃，相对湿度96％的养护条件下，保湿养护六天；再浸水24小时，取出，擦去试件表面的水分，放入压力试验机检测其强度。

表3实施例1-16和对比例1-6的再生混合料的性能检测结果

由表3的检测结果可知，本发明的流态固化再生混合料，其坍落度在180±30mm内，具有合适的拌和性和流动性，能够保证回填施工的正常进行；7d抗压强度可达1.00MPa以上，最高可达1.50MPa；28d抗压强度可达2.68MPa以上，最高可达3.90MPa。本发明的流态固化再生混合料与传统回填料二八灰土相比，抗压强度大大提高，但却具有适中的流动性，填充深凹狭窄空间尤为适宜；并且其水稳性强度最高可达1.36MPa，与传统的二八灰土相比，水稳性能大大提高，在有地下水的情况下，也能保证较好的强度。

由实施例1-9与实施例10-16的检测结果进行对比表明，本发明中外加剂的加入，对流态固化再生混合料的抗压强度和水稳性强度均有较大的提升。由实施例10-15与实施例16的检测结果进行对比表明，仅采用三乙醇胺作为外加剂的混合料其各项性能优于不添加外加剂的混合料，但低于三乙醇胺与褐藻胶配合作为外加剂得到的混合料。通过对比例2的检测结果表明，再生材料中的再生细集料与冗余土的配比需要根据本发明的体系进行设定，否则会导致最终得到的混合料的强度下降。通过对比例3的检测结果表明，胶凝材料中水泥和粉煤灰的掺量之比对最终混合料的强度存在影响。通过对比例4的检测结果表明，本发明的再生细集料的种类对最终混合料的性能存在影响，若将本发明的砖瓦类再生细集料替换为混凝土块、渣土、砂浆类的再生细集料，应用于本发明体系中后得到的混合料，其各项性能均难以达到本发明的标准。通过对比例5的检测结果表明，本发明中的二级拌和工艺对混合料的性能存在影响，若调整为一次拌和工艺后，最终混合料的强度会下降。通过对比例6的检测结果表明，本发明中三乙醇胺与褐藻胶的配比对混合料的综合性能存在影响，若三乙醇胺的掺量低于褐藻胶，则会导致混合料的水稳性强度显著下降。

应用例1

将实施例1的流态固化再生混合料，现场浇筑于建筑结构基坑周围肥槽中，浇筑操作具体为：采用分层循环浇注的方式，浇筑高差为1m；由基槽起点至终点进行多点浇筑，浇筑点间隔为10m，一次性浇筑高度为50cm；一层浇筑完成后，继续循环浇筑，直至将坑槽回填完毕，实现坑槽回填。

应用例2

将实施例14的流态固化再生混合料，现场浇筑于建筑结构基坑周围肥槽中，浇筑操作具体为：采用分层循环浇注的方式，浇筑高差为1m；由基槽起点至终点进行多点浇筑，浇筑点间隔为10m，一次性浇筑高度为50cm；一层浇筑完成后，继续循环浇筑，直至将坑槽回填完毕，实现坑槽回填。

应用例3

将实施例14的流态固化再生混合料，现场浇筑于建筑结构基坑周围肥槽中，浇筑操作具体为：采用分层循环浇注的方式，浇筑高差为0.8m；由基槽起点至终点进行多点浇筑，浇筑点间隔为9m，一次性浇筑高度为45cm；一层浇筑完成后，继续循环浇筑，直至将坑槽回填完毕，实现坑槽回填。

应用例4

将实施例16的流态固化再生混合料，现场浇筑于建筑结构基坑周围肥槽中，浇筑操作具体为：采用分层循环浇注的方式，浇筑高差为1m；由基槽起点至终点进行多点浇筑，浇筑点间隔为10m，一次性浇筑高度为50cm；一层浇筑完成后，继续循环浇筑，直至将坑槽回填完毕，实现坑槽回填。

此外，本发明的流态固化再生混合料还可应用于孔洞、市政地下管线坑槽、桥涵台背、城市地下脱空或矿山采空区等的回填中，采用本发明的浇筑工艺现场浇筑回填，能够将狭小的坑槽填满。本发明的流态固化再生混合料具有类似硬化土的对振动吸收的性能，能在一定程度上吸收振动力，固化后能够起到一定的减震作用。

将上述应用例1-4回填好后的材料，在白天24±3℃、晚间14±33℃的户外温度下，自然固化3天，形成凝结硬化后的回填体。按每100m³钻取一个试件，不足100m³按100m³计，用混凝土钻芯取样机分别钻取应用例1中3个试件，分别标号为试件1、试件2和试件3，观察各试件的外观，称重并计算3个试件的密度。采取与对应用例1同样的操作手段，钻取并测定应用例2-4的各试件外观和密度，结果见表4所示。

表4应用例1-4的各试件的性能检测结果

由表4的检测结果表明，将本发明的流态固化再生混合料应用于建筑坑槽的回填后，其可在自然条件下较快的凝结固化，具有较好的自我固结效果。由于本发明的流态固化再生混合料自身的材料及其配比的配合，结合本发明的制备工艺，使得本发明的流态固化再生混合料回填时具有适中的流动性，能够在坑槽的各处进行充分且均匀的填充，填充密实性好，局部无凹坑或凸起。通过应用例1-4各试件的密度表明，本发明的流态固化再生混合料填充性好，属于自密实型，在无振捣的情况下，能够达到各处密度均一。

上述具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种流态固化再生混合料，其特征在于，其由包括如下重量百分含量的原料制备而成：再生材料60-70%，胶凝材料10-20%，外加剂和水15-25%；所述外加剂通过外掺的方式加入，其掺量为，0＜外加剂重量/所述胶凝材料总重≤0.5%；所述再生材料包括再生细集料和冗余土，两者的重量配比为（3-5）:（5-7）；所述胶凝材料包括水泥、白灰和粉煤灰，所述水泥与白灰的重量配比为（3-4）:1，所述粉煤灰的掺量为所述胶凝材料的一半；所述外加剂包括三乙醇胺；所述外加剂还包括褐藻胶，所述三乙醇胺与褐藻胶的重量配比为（1.5-3）:1；

所述再生细集料为建筑垃圾经分选、除杂、破碎、筛分工艺再生加工成的0-4.75mm的砖瓦类再生细集料，其杂物含量≤0.5%，有机质含量≤5.0%，硫酸盐含量≤2.0%，氯化物含量≤0.06%；

所述冗余土为建筑废弃物，经除杂、筛分得到的0-4.75mm的细颗粒物，含砂量不小于70%，砂当量不小于65%；

所述流态固化再生混合料的制备方法，其特征在于，其包括如下操作步骤：

将胶凝材料、再生材料和一半的水，混合拌和，得到一级拌和料；

将外加剂和余量的水与一级拌和料混合，进行二级拌和，得到流态固化再生混合料。

2.根据权利要求1所述的流态固化再生混合料，其特征在于：所述水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其初凝时间不小于3h；所述粉煤灰为II级风选粉煤灰，其三氧化硫含量不大于3%。

3.一种权利要求1-2任一项所述的流态固化再生混合料在坑槽回填中的应用，其特征在于：将所述流态固化再生混合料现场浇筑于建筑结构基坑周围肥槽、孔洞、市政地下管线坑槽、桥涵台背、城市地下脱空或矿山采空区内，实现坑槽回填。

4.根据权利要求3所述的流态固化再生混合料在坑槽回填中的应用，其特征在于，所述浇筑操作具体为：采用分层循环浇注，浇筑高差不大于1m；由基槽起点至终点多点浇筑，浇筑点间隔不大于10m，一次性浇筑高度不大于50cm；一层浇筑完成后，继续循环浇筑至将坑槽回填完毕。