CN113636809A - 一种湿陷性黄土集料填筑材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿陷性黄土集料填筑材料，由集料、固化剂、外加剂、水共同混合组成，所述集料中包含湿陷性黄土。本发明结合西北地区较为常见的湿陷性黄土、红砂岩等原材料，提出了一种在回填过程中收缩性能弱、固结沉降低、无湿陷性、渗透性能低、强度满足要求且价格低廉的以湿陷性黄土为主体的混合填筑材料。

Description

一种湿陷性黄土集料填筑材料

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种湿陷性黄土集料填筑材料。

背景技术

近年来，西北地区经济建设飞速发展，出现了大量新建建筑及其构筑物，而在建筑物及其构筑物施工过程中大多采取大面积开挖施工措施，这就造成施工完成后需对基槽进行大面积回填。基槽回填时设计普遍要求回填土的压实系数必须控制在0.93以上，而在实际工程中由于受到施工场地、施工工艺水平、施工工期、回填土质量以及天气变化等因素影响，造成回填土压实系数并未达到设计要求或远远低于设计要求，为后期建筑物正常使用阶段留下安全隐患。这种由基槽回填不满足要求造成的安全隐患，待基槽回填完毕后，在受到回填土自身固结沉降内部因素以及地表超载、地下水渗流、地表水渗透等外部因素的联合作用，会使基槽回填区域出现大面积不均匀沉降，对人民生命财产造成巨大威胁。

除在新建建筑基槽会遇到大量回填工程外，在城市市政铺设地下管网、地下管廊建设以及路基扩宽中也会遇到诸多回填工程。在受到施工顺序、压实不足、降雨和地质条件等各种因素的影响下，其会在正常使用阶段中(受到车辆荷载或行人荷载)发生不均匀沉降或地面开裂现象，对城市道路的正常使用造成较大的影响，严重影响城市道路的外观形象，更可能造成交通事故或人行道坍塌。

针对在基槽回填、市政管网建设以及路基扩宽遇到的回填土不均匀沉降现象，每年建设方或政府都需花费大量时间与资金去处理相关事故。常用的几种处理方法有换填法、注浆法、挤密桩法等，但是以上几种处理方法具有以下几点不足：(1)施工周期较长；(2)所需设备较多；(3)施工工艺较为复杂；(4) 对周边环境影响较大。综合分析以上处理方法，认为其在实施过程中虽可解决回填土不均匀沉降问题，但在处理过程中，势必会产生大量的人力、物力，且会对周围居民正常生活产生不利影响。同时，这些处理方法也只是在不均匀沉降发生后才会使用，而如何在源头处并采用现场已有原材料来解决不均匀沉降问题成为目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种湿陷性黄土集料填筑材料。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明一种湿陷性黄土集料填筑材料由集料、固化剂、外加剂、水共同混合组成，所述集料中包含湿陷性黄土。

所述集料包括细集料和粗集料。所述细集料为湿陷性黄土，所述粗集料为红砂岩或泥岩的一种或多种混合物。

优选的，所述固化剂为水泥、或水泥与粉煤灰或矿粉的组合。

优选的，所述外加剂为膨胀剂、木质素、泵送剂或早强剂的一种或多种组合。

优选的，所述细集料用量为集料的50％～90％；粗集料用量为集料的 10％～50％。所述固化剂用量为集料的1％～18％；所述外加剂用量为固化剂用量的0％～8％；所述水用量为集料用量与固化剂用量之和的16％～38％。

本发明一种湿陷性黄土集料填筑材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)细集料制备：对细集料进行筛分，筛除细集料中的杂物；

(2)粗集料制备：对粗集料进行破碎，使其粒径在2mm～40mm之间；

(3)集料含水率测定：对本发明所用到的细集料与粗集料进行含水率测定；

(4)原材料称重：依据制定的配合比以及细集料与粗集料的含水率对本发明各组成部分进行称重；

(5)搅拌：将所称重的原材料放置于搅拌机中，进行充分搅拌，使各种原材料充分融合；

(6)填筑：将充分搅拌后的原材料在回填工程中进行填筑。

本发明的有益效果在于：

本发明是一种湿陷性黄土集料填筑材料，与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明所采用的集料选材方便。本发明的细集料与粗集料为西北地区较为常见的湿陷性黄土、红砂岩、泥岩，选取方便；

(2)本发明所采用的集料为工程废料。本发明的细集料与粗集料(湿陷性黄土、红砂岩、泥岩)在正常生产生活中通常会作为废料处理，但通过本发明的处理，其可再次应用于基槽回填、市政管网建设以及路基扩宽等回填工程中，且回填效果显著，保护周边环境；

(3)本发明能够消除湿陷性黄土湿陷性、改善粗集料(红砂岩、泥岩)遇水易崩解性。本发明能够使性能完全不相同两种原材料性能互补，减少填筑材料沉降量、降低填筑材料渗透性、消除填筑材料湿陷性、提高填筑材料强度、保证填筑材料整体性；

(4)本发明能够提高填筑材料的多种性能。本发明利用细集料与粗集料中原材料分子结构的不同，使本发明呈现出收缩性能弱、固结沉降低、无湿陷性、渗透性能低、强度高的特点；

(5)本发明可在本质上解决后期地面不均匀沉降的问题。在开始回填时使用本发明，利用本发明收缩性能弱、固结沉降低、无湿陷性、渗透性能低、强度高的特点，可避免地面产生不均匀沉降问题，并且后续无需采取其他沉降处理措施；

(6)本发明施工简便、施工周期短，同时可应用于施工场地狭窄、复杂的场地中；

(7)本发明造价低廉。本发明利用工程开挖废料进行回填施工，在填筑效果达标的前提上，可节省大量工程造价，降低填筑成本。

附图说明

图1是本发明实施例1抗压强度对比图；

图2是本发明实施例1压缩系数对比图；

图3是本发明实施例1湿陷系数对比图；

图4是本发明实施例1渗透系数对比图；

图5是本发明实施例2抗压强度对比图；

图6是本发明实施例2压缩系数对比图；

图7是本发明实施例2湿陷系数对比图；

图8是本发明实施例2渗透系数对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明一种湿陷性黄土集料填筑材料由集料、固化剂、外加剂、水共同混合组成，所述集料中包含湿陷性黄土。

所述集料包括细集料和粗集料。所述细集料为湿陷性黄土，所述粗集料为红砂岩或泥岩的一种或多种混合物。

细集料(湿陷性黄土)：在整体填筑材料中起填充粗集料所形成骨架的作用，同时因为湿陷性黄土其本身具有一定的粘结性，其也可起到各种材料之间的粘结作用。

粗集料(红砂岩或泥岩)：在整体填筑材料中起支撑整体材料的骨架作用，同时由于红砂岩或泥岩等材料本身具有微膨胀性，其在本发明各种材料的搅拌过程、养护过程及使用过程中能够有效的减少整体材料的收缩性。

优选的，所述固化剂为水泥、或水泥与粉煤灰或矿粉的组合。固化剂在整体填筑材料中固化剂起到胶凝材料的作用，即将本发明中的各种散状材料胶结在一起形成整体，让所有材料共同发挥作用，从而提高本发明一种湿陷性黄土集料填筑材料的各项性能指标。

优选的，所述外加剂为膨胀剂、木质素、泵送剂或早强剂的一种或多种组合。外加剂根据实际工程对本填筑材料收缩性、和易性、流动性、渗透性以及凝结时间的特殊要求，分别添加对应改善本填筑材料性能的外加剂，进而达到改善本填筑材料性能的目的。

对于外加剂类型的说明：本填筑材料的主要创新点在于将分子结构完全不同且本身具有缺陷的两种材料按照一定比例混合，并添加一定量的固化剂，从而得到了一种全新的混合填筑材料，该材料不仅消除了两种材料自身具有的缺陷，而且相比较于其他水泥土填筑材料具有收缩性能弱、固结沉降低、无湿陷性、渗透性能低、强度高等优点。而外加剂在本发明中所发挥的作用在于：针对不同的实际工程对填筑材料性能要求的不同，采取添加改善对应性能外加剂的方法，对相应性能进行改善。因此，本发明关于外加剂的说明并未详细列出具体外加剂类型，故只要能改善本填筑材料相关性能的膨胀剂或木质素或泵送剂或早强剂等外加剂都可添加，不限类型。

膨胀剂类型：硫铝酸钙类膨胀剂、氧化钙膨胀剂、金属类膨胀剂；

木质素类型：愈创木醇木质素、愈创木醇-芥子醇木质素、愈创木醇-芥子醇 -对羟基苯木质素；

泵送剂类型：缓凝型泵送剂、早强型泵送剂；

早强剂：强电解质无机盐类早强剂、水溶性有机物类早强剂、有机类和无机物复合的复合早强剂；

优选的，所述细集料用量为集料的50％～90％；粗集料用量为集料的 10％～50％。所述固化剂用量为集料的1％～18％；所述外加剂用量为固化剂用量的0％～8％；所述水用量为集料用量与固化剂用量之和的16％～38％。

水：增加本填筑材料的流动性与粘结性，保证与固化剂完全反应。

本发明一种湿陷性黄土集料填筑材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)细集料制备：对细集料进行筛分，筛除细集料中的杂物；

(2)粗集料制备：对粗集料进行破碎，使其粒径在2mm～40mm之间；

(3)集料含水率测定：对本发明所用到的细集料与粗集料进行含水率测定；

(4)原材料称重：依据制定的配合比以及细集料与粗集料的含水率对本发明各组成部分进行称重；

(5)搅拌：将所称重的原材料放置于搅拌机中，进行充分搅拌，使各种原材料充分融合；

(6)填筑：将充分搅拌后的原材料在回填工程中进行填筑。

实施例1：

以基槽开挖出的湿陷性黄土和红砂岩为主要材料，以固化剂为次要材料，固化剂为普通硅酸盐水泥，水泥强度等级为42.5MPa，外加剂为硫铝酸钙类膨胀剂。将集料输送至搅拌机内，同时将固化剂、外加剂和一定比例的水混合形成浆液也输送至搅拌机内，搅拌机均匀搅拌后，即形成具有流动性且硬化后具备一定强度的填筑材料。该实施例1中湿陷性黄土集料填筑材料的组成材料为：细集料为湿陷性黄土，占集料总量的65％；粗集料为红砂岩，占集料总量的35％；固化剂的掺量为集料的8％；水的掺量为集料和固化剂总质量的25％，所述水的添加质量m_水＝(m_集料+m_固化剂)×ω₀，其中m_水为水的添加质量，m_集料为湿陷性黄土和红砂岩的干质量，m_固化剂为掺入固化剂的干质量，ω₀为湿陷性黄土集料填筑材料所需含水率，本实例中取25％；外加剂的掺量为固化剂的6％。经均匀搅拌并标准养护28d后，对湿陷性黄土集料填筑材料分别进行抗压强度试验、固结试验、湿陷性试验以及渗透性试验，并得到对应数据；同时，分别设置对照组1(经相同条件搅拌未添加固化剂和外加剂的湿陷性黄土)、对照组2(经相同条件搅拌未添加固化剂和外加剂的红砂岩)、对照组3(经相同条件搅拌并添加相同剂量的固化剂和外加剂的湿陷性黄土)和对照组4(经相同条件搅拌并添加相同剂量的固化剂和外加剂的红砂岩)进行相同试验条件下的对照试验，验证本发明所提出的湿陷性黄土集料填筑材料具有收缩性能弱、固结沉降低、无湿陷性、渗透性能低、强度高的特点，对照结果如图1-4所示。

实施例2：

以基槽开挖出的湿陷性黄土和红砂岩为主要材料，以固化剂为次要材料，固化剂为普通硅酸盐水泥，水泥强度等级为42.5MPa，外加剂为硫铝酸钙类膨胀剂。将集料输送至搅拌机内，同时将固化剂、外加剂和一定比例的水混合形成浆液也输送至搅拌机内，搅拌机均匀搅拌后，即形成具有流动性且硬化后具备一定强度的填筑材料。该实施例2中湿陷性黄土集料填筑材料的组成材料为：细集料为湿陷性黄土，占集料总量的70％；粗集料为红砂岩，占集料总量的30％；固化剂的掺量为集料的15％；水的掺量为集料和固化剂总质量的25％，所述水的添加质量m_水＝(m_集料+m_固化剂)×ω₀，其中m_水为水的添加质量，m_集料为湿陷性黄土和红砂岩的干质量，m_固化剂为掺入固化剂的干质量，ω₀为湿陷性黄土集料填筑材料所需含水率，本实例中取25％；外加剂的含量为固化剂的6％。经均匀搅拌并标准养护28d后，对湿陷性黄土集料填筑材料分别进行抗压强度试验、固结试验、湿陷性试验以及渗透性试验，并得到对应数据；同时，分别设置对照组1(经相同条件搅拌未添加固化剂和外加剂的湿陷性黄土)、对照组2(经相同条件搅拌未添加固化剂和外加剂的红砂岩)、对照组3(经相同条件搅拌并添加相同剂量的固化剂和外加剂的湿陷性黄土)和对照组4(经相同条件搅拌并添加相同剂量的固化剂和外加剂的红砂岩)进行相同试验条件下的对照试验，验证本发明所提出的一种湿陷性黄土集料填筑材料具有收缩性能弱、固结沉降低、无湿陷性、渗透性能低、强度高的特点，对照结果如图5-8所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种湿陷性黄土集料填筑材料，其特征在于：由集料、固化剂、外加剂、水共同混合组成，所述集料中包含湿陷性黄土。

2.根据权利要求1所述的湿陷性黄土集料填筑材料，其特征在于：所述集料包括细集料和粗集料。

3.根据权利要求2所述的湿陷性黄土集料填筑材料，其特征在于：所述细集料为湿陷性黄土，所述粗集料为红砂岩或泥岩的一种或多种混合物。

4.根据权利要求1所述的湿陷性黄土集料填筑材料，其特征在于：所述固化剂为水泥、或水泥与粉煤灰或矿粉的组合。

5.根据权利要求1所述的湿陷性黄土集料填筑材料，其特征在于：所述外加剂为膨胀剂、木质素、泵送剂或早强剂的一种或多种组合。

6.根据权利要求2所述的湿陷性黄土集料填筑材料，其特征在于：所述细集料用量为集料的50％～90％；粗集料用量为集料的10％～50％。

7.根据权利要求1所述的湿陷性黄土集料填筑材料，其特征在于：所述固化剂用量为集料的1％～18％；所述外加剂用量为固化剂用量的0％～8％；所述水用量为集料用量与固化剂用量之和的16％～38％。

8.一种湿陷性黄土集料填筑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)细集料制备：对细集料进行筛分，筛除细集料中的杂物；

(2)粗集料制备：对粗集料进行破碎，使其粒径在2mm～40mm之间；

(3)集料含水率测定：对本发明所用到的细集料与粗集料进行含水率测定；

(4)原材料称重：依据制定的配合比以及细集料与粗集料的含水率对本发明各组成部分进行称重；

(5)搅拌：将所称重的原材料放置于搅拌机中，进行充分搅拌，使各种原材料充分融合；

(6)填筑：将充分搅拌后的原材料在回填工程中进行填筑。

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