CN116003080A - 基于工程废弃渣土固化的再生道路基层混合料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于工程废弃渣土固化的再生道路基层混合料，其特征在于，包括工程废弃渣土、固化材料和水，所述的工程废弃渣土包括基坑废弃淤泥、建筑废弃渣土中的一种或两种的组合；所述的固化材料包括水泥、石灰、粉煤灰以及BRL‑1固化剂；以下质量份数计，基坑废弃淤泥25～75份；建筑废弃渣土25～100份；水泥10～15份、石灰3～5份、粉煤灰10～15份、BRL‑1固化剂0.2～0.3份；水10～15份；本发明还公开了所述的再生道路基层混合料在再生道路基层铺设中的应用。本发明的有益效果是：适用于二级及二级以下公路基层与底基层，以及村镇等低等级道路基层，处理方法简单，可实现废弃物的资源化再利用和城市的可持续发展。
Description
技术领域
本发明属于市政道路工程领域，涉及道路工程中新型基层材料及其施工技术，具体涉及基于工程废弃渣土固化的再生道路基层混合料及其应用。
背景技术
随着城市化进程与地下空间开发利用的加快，每年在工程开展过程中产生了大量工程废弃渣土。其中建筑工程在初期建设以及后期拆除过程中均会产生大量建筑废弃物，尤其后者成为了城市固废的主要部分，建筑废弃物占城市垃圾总量的30％～40％；同时在基坑工程、水利工程和水环境治理工程中工程废弃淤泥的产量也逐年增加。另一方面，道路工程建设的发展对各类路基、基层材料的需求量不断增多，而天然沙石属于不可再生资源如今已面临原料短缺的窘境，寻找可替代资源已成为当代建材研究迫切需要解决的问题。综上所述，工程废弃渣土的资源化利用势在必行。
现有技术主要集中于淤泥的快速脱水处理，通过自然晾晒、机械脱水或电渗处理等手段降低淤泥的含水率，然而上述手段往往受到场地与设备数量的限制，且处理后的淤泥性质没有改变，强度低且水稳定性差，往往只能用于低洼地区填方。因此如何开发一种对工程废弃渣土进行固化处理及应用的方法，使其满足道路基层材料而得到有效利用，对于废弃物的资源化再利用以及城市的可持续发展具有重要意义。
发明内容
为解决工程废弃渣土在道路基层中应用问题，本发明提供了一种基于工程废弃渣土固化的再生道路基层的制备及施工工法，利用两种工程废弃渣土作为原材料采用固化技术制备再生道路基层，并提供了基于工程废弃渣土固化的再生道路基层混合料及其应用，适用于二级及二级以下公路基层与底基层，以及村镇等低等级道路基层。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明所述的基于工程废弃渣土固化的再生道路基层混合料，其特征在于，包括工程废弃渣土、固化材料和水，所述的工程废弃渣土包括基坑废弃淤泥、建筑废弃渣土中的一种或两种的组合；所述的固化材料包括水泥、石灰、粉煤灰以及BRL-1固化剂；
以下质量份数计，基坑废弃淤泥25～75份；建筑废弃渣土25～100份；水泥10～15份、石灰3～5份、粉煤灰10～15份、BRL-1固化剂0.2～0.3份；水10～15份。
优选的，基坑废弃淤泥为淤泥或淤泥质土，塑性指数为20-25，最优含水率为25-28％。
优选的，所述的建筑废弃渣土最优含水率为12-14％，粒径为2-5mm颗粒占15％，粒径为1-2mm颗粒占20％，粒径为0.5-1mm颗粒占25％，小于0.5mm颗粒占40％。
优选的，水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；石灰采用3级以上钙质生石灰，即有效钙加氧化镁含量大于70％；粉煤灰采用火电厂生产的细粒粉煤灰；BRL-1固化剂为浙江千源环保科技有限公司研发生产的由多种有机、无机材料组成的液态化学聚合物类固化剂，可固化各类土壤的新型环保节能材料，并与土壤混合后产生系列物理、化学反应，能将土壤中大量的游离废水以结晶水的形式固定，使土壤易于压实和稳定，从而形成整体密实结构。
一种根据本发明所述的再生道路基层混合料在再生道路基层铺设中的应用。
进一步，所述的再生道路基层包括依次从下到上铺设的路基、级配碎石层、再生底基层、再生基层以及混凝土道路面层；
所述的再生底基层按照以下配比之一进行铺设：
配比一：
工程废弃渣土配比为基坑废弃淤泥：建筑渣土＝75：25；
固化材料配比为水泥：石灰：粉煤灰：BRL-1固化剂＝15：3：10：0.3；
再生基层混合料的最优含水率为25-27％；
配比二：
工程废弃渣土配比为基坑废弃淤泥：建筑渣土＝50：50；
固化材料配比为水泥：石灰：粉煤灰：BRL-1固化剂＝10：3：10：0.3；
再生基层混合料的最优含水率为21-23％；
所述的再生基层(2)按照以下配比之一进行铺设：
配比三：
工程废弃渣土配比为基坑废弃淤泥：建筑渣土＝25：75
固化材料配比为水泥：石灰：粉煤灰：BRL-1固化剂＝10～15：3：10：0.3；
再生基层混合料的最优含水率为17-19％；
配比四：
工程废弃渣土配合比为基坑废弃淤泥：建筑渣土＝0：100；
固化材料配比为水泥：BRL-1固化剂＝10～15：0.3；
再生基层混合料的最优含水率为13-15％。
一种再生道路基层的施工及养护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、工程废弃渣土的预处理：
(1)备料：准备基坑废弃淤泥与建筑渣土分开堆放于拌合场地内；
(2)往再生基层混合料的基坑废弃淤泥中掺入石灰、粉煤灰，闷料24～48h；
(3)将步骤(2)获得的混合料搅拌均匀后，继续闷料72～120小时备用；控制处理后的基坑废弃淤泥含水率小于20％，建筑废弃渣土含水率小于5％；
步骤2、根据待铺设的层位位置，结合该层位的再生基层混合料的配比制备再生道路基层混合料；
步骤3、对再生道路基层进行现场施工及养护。
进一步，步骤2中制备再生道路基层混合料按照以下步骤进行：
1)取料：根据再生道路基层不同层位配合比，取预处理后的基坑废弃淤泥与建筑渣土拌合均匀，继续闷料备用并测量其含水率；
2)固化剂溶液配制：根据混合料的实际含水率与击实试验测得的最优含水率的差值，取适量的水稀释BRL-1固化剂备用；
3)拌合：根据再生道路基层不同层位配合比取水泥与基层混合料拌合均匀，边拌边喷洒BRL-1的固化剂溶液，直至混合料均匀，并运送到铺筑现场。
进一步，步骤3)对再生道路基层进行现场施工及养护按照以下步骤进行：
步骤(1)、路基处理：基层施工前应对路基进行碾压夯实，采用压路机或碾压机碾压3～4遍，路基的平整度和压实度符合规范规定；对于软弱路基采用0.3％BRL固化剂+5％水泥对路基土进行改良处理；
步骤(2)、摊铺整形碾压：
①正式摊铺之前在下承层上洒水，保持表面湿润；
②摊铺厚度根据试验路段确定的摊铺系数计算，将再生基层混合料均匀的摊铺在预先放样确定的宽度范围内；
③通过人工或机械经行整形，表面应力求平整，并有规定的路拱；
④根据道路宽度、压路机型号及功率制定碾压方案，可采用静1～2次，强振碾压2次，弱振碾压2次作为碾压控制参数；
⑤在碾压结束之前，使用平地机再对路面进行最终整形，使其符合设计要求。
步骤(3)、养护：经压实度检查合格后应立即开始养生，采用湿沙或土工布进行养生，并在整个养护龄期内始终保持下层表面湿润；养护期内封闭交通或限制重车通行。
进一步，所述再生道路基层采用分层铺筑，再生底基层厚度为16cm，再生基层厚度为20cm；再生底基层施工完成，且养护7天后进行上层的再生基层施工。
本发明的有益效果：利用两种工程废弃渣土作为原材料采用固化技术制备再生道路基层，适用于二级及二级以下公路基层与底基层，以及村镇等低等级道路基层，处理方法简单，可实现废弃物的资源化再利用和城市的可持续发展。
附图说明
图1是本发明的再生道路基层的结构图。
附图标记说明：1、混凝土道路面层；2、再生基层；3、再生底基层；4、级配碎石层；5、路基。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
下面将参考附图并结合示例性实施例来详细说明本发明。
本发明所述的基于工程废弃渣土固化的再生道路基层混合料，其特征在于，包括工程废弃渣土、固化材料和水，所述的工程废弃渣土包括基坑废弃淤泥、建筑废弃渣土中的一种或两种的组合；所述的固化材料包括水泥、石灰、粉煤灰以及BRL-1固化剂；
工程废弃渣土按照“就近原则”，选择附近基坑工程开挖产生的废弃淤泥或工程场地清淤淤泥；建筑渣土选用旧建筑物拆除后经分选后的细颗粒废弃物，颗粒粒径小于5mm，主要分为沙、土、灰浆和小块的砖砾、混凝土砾。
本实施例中基坑废弃淤泥选用台州某基坑工程施工产生的废弃淤泥，土的基本物理性质指标如下表所示：
建筑废弃渣土为台州市老旧建筑物拆除后经分选筛除垃圾以及大颗粒块石后的建筑渣土，其含水率较低，通常小于5％，最优含水率约为13％，最大干密度为1.78g/cm3。其主要分为沙、土、灰浆和小块的砖砾、混凝土砾。建筑渣土粒径为2～5mm颗粒占15％，粒径为1～2mm颗粒占20％，粒径为0.5～1mm颗粒占25％，小于0.5mm颗粒占40％。
水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；石灰宜采用3级以上钙质生石灰，即有效钙加氧化镁含量大于70％；粉煤灰采用某火电厂生产的细粒粉煤灰。
一种根据本发明所述的再生道路基层混合料在再生道路基层铺设中的应用。
本发明的一些实施例中，所述的再生道路基层包括依次从下到上铺设的路基5、级配碎石层4、再生底基层3、再生基层2以及混凝土道路面层1；根据不同部位强度要求给出相对应的配合比，实际工程中也可调整两土料间的比例，通过减少工程废弃淤泥所占比例减少水泥用量。
实施例1
基于工程废弃渣土固化的再生道路基层，底基层配比如下：基坑废弃淤泥750g份，建筑废弃渣土250g，水泥150g，石灰30g，粉煤灰100g，BRL-1固化剂3g，水100g。
实施例2
基于工程废弃渣土固化的再生道路基层，底基层配比如下：基坑废弃淤泥500g，建筑废弃渣土500g，水泥100g，石灰30g，粉煤灰100g，BRL-1固化剂3g，水100g。
实施例3
基于工程废弃渣土固化的再生道路基层，基层配比如下：基坑废弃淤泥250g，建筑废弃渣土750g，水泥150g，石灰30g，粉煤灰100g，BRL-1固化剂3g，水100g。
实施例4
基于工程废弃渣土固化的再生道路基层，基层配比如下：建筑废弃渣土1000g，水泥150g，粉煤灰100g，BRL-1固化剂3g，水100g。
实际工程中废弃渣土的含水率往往较高，尤其是基坑废弃淤泥其含水率往往大于其液限呈流塑性状态，因此基层混合料的在备料时需要对土料进行预处理降低其含水率。
具体的，一种再生道路基层的施工及养护方法，包括以下步骤：
步骤1、工程废弃渣土的预处理：
(1)备料：准备基坑废弃淤泥与建筑渣土分开堆放于拌合场地内；
(2)往再生基层混合料的基坑废弃淤泥中掺入石灰、粉煤灰闷料24h，其中按一层基坑废弃淤泥上铺一层石灰与粉煤灰，分层堆料料至一定高度，闷料24h；
(3)将步骤(2)获得的混合料搅拌均匀后，并继续闷料72小时备用，充分发挥石灰、粉煤灰的干燥脱水作用，使土料达到物料松散、内部湿润均匀，石灰掺量及闷料时间可根据基坑废弃淤泥含水率以及实际天气状况经行调整；控制处理后的基坑废弃淤泥含水率小于20％，准备建筑废弃渣土，自然风干晾晒，建筑废弃渣土含水率小于5％；
步骤2、根据待铺设的层位位置，结合该层位的再生基层混合料的配比制备再生道路基层混合料；
步骤3、对再生道路基层进行现场施工及养护。
在正式拌合铺筑再生道路基层之前，应进行小堆试拌并开展试验路段。确定基层混合料的松铺系数，养护到指定龄期后测试再生道路基层的路用性能，根据《城镇道路工程施工与质量验收规范》(CJJ1-2008)，对于二级及二级以下道路水泥稳定土类材料底基层抗压强度应满足1.5～2.0MPa，基层抗压强度2.5～3.0MPa。
步骤2中制备再生道路基层混合料按照以下步骤进行：
1)取料：根据再生道路基层不同层位配合比，取预处理后的基坑废弃淤泥与建筑渣土拌合均匀，继续闷料备用并测量其含水率；
2)固化剂溶液配制：根据混合料的实际含水率与击实试验测得的最优含水率的差值，取适量的水稀释BRL-1固化剂备用；
3)拌合：根据再生道路基层不同层位配合比取水泥与基层混合料拌合均匀，边拌边喷洒BRL-1的固化剂溶液，直至混合料均匀，并尽快运送到铺筑现场。
根据试验段测试结果，调整并确定施工配合比保证再生道路基层配合比满足设计强度要求。
步骤3)对再生道路基层进行现场施工及养护按照以下步骤进行：
步骤(1)、路基处理：基层施工前应对路基进行碾压夯实，采用压路机或碾压机碾压3～4遍，路基的平整度和压实度符合规范规定；对于城市主干路压实度应大于95％，次干路及其他小路应大于93％；对于软弱路基，路基强度(CBR)无法满足规范规定，采用0.3％BRL固化剂+5％水泥对路基土进行改良处理；
步骤(2)、摊铺整形碾压：
①正式摊铺之前应做好基层放样工作，并在下承层上洒水，保持表面湿润；
②摊铺厚度根据试验路段确定的摊铺系数计算，将再生基层混合料均匀的摊铺在预先放样确定的宽度范围内；
③通过人工或机械经行整形，表面应力求平整，并有规定的路拱；
④根据道路宽度、压路机型号及功率制定碾压方案，可采用静1～2次，强振碾压2次，弱振碾压2次作为碾压控制参数，对基层进行碾压；
⑤在碾压结束之前，使用平地机再对路面进行最终整形，使其符合设计要求。
步骤(3)、养护：经压实度检查合格后应立即开始养生，采用湿沙或土工布进行养生，并在整个养护龄期内始终保持下层表面湿润；养护期内封闭交通或限制重车通行。
所述再生道路基层采用分层铺筑，再生底基层厚度为16cm，再生基层厚度为20cm；再生底基层施工完成，且养护7天后进行上层的再生基层施工。
试验方法按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)进行操作，对实施例1～4养护7d和28后进行抗压强度检测，结果如下表所示：
实施例1与实施例2浸水强度满足对于二级及二级以下道路水泥稳定土类材料底基层抗压强度标准1.5～2.0MPa，实施例3与实施例4浸水强度满足对于二级及二级以下道路水泥稳定土类材料基层抗压强度2.5～3.0MPa。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.基于工程废弃渣土固化的再生道路基层混合料，其特征在于，包括工程废弃渣土、固化材料和水，所述的工程废弃渣土包括基坑废弃淤泥、建筑废弃渣土中的一种或两种的组合；所述的固化材料包括水泥、石灰、粉煤灰以及BRL-1固化剂；
以下质量份数计，基坑废弃淤泥25～75份；建筑废弃渣土25～100份；水泥10～15份、石灰3～5份、粉煤灰10～15份、BRL-1固化剂0.2～0.3份；水10～15份。
2.如权利要求1所述的基于工程废弃渣土固化的再生道路基层混合料，其特征在于：基坑废弃淤泥为淤泥或淤泥质土，塑性指数为20-25，最优含水率为25-28％。
3.如权利要求1所述的基于工程废弃渣土固化的再生道路基层混合料，其特征在于：所述的建筑废弃渣土最优含水率为12-14％，粒径为2-5mm颗粒占15％，粒径为1-2mm颗粒占20％，粒径为0.5-1mm颗粒占25％，小于0.5mm颗粒占40％。
4.如权利要求1所述的基于工程废弃渣土固化的再生道路基层混合料，其特征在于：水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；石灰采用3级以上钙质生石灰，即有效钙加氧化镁含量大于70％；粉煤灰采用火电厂生产的细粒粉煤灰；BRL-1固化剂为多种有机、无机材料组成的液态化学聚合物类固化剂。
5.一种根据权利要求1～4任意一项所述的再生道路基层混合料在再生道路基层铺设中的应用。
6.如权利要求5所述的再生道路基层混合料在再生道路结构铺设中的应用，其特征在于：所述的再生道路基层包括依次从下到上铺设的路基(5)、级配碎石层(4)、再生底基层(3)、再生基层(2)以及混凝土道路面层(1)；
所述的再生底基层(3)按照以下配比之一进行铺设：
配比一：
工程废弃渣土质量配比为基坑废弃淤泥：建筑渣土＝75：25；
固化材料质量配比为水泥：石灰：粉煤灰：BRL-1固化剂＝15：3：10：0.3；
再生基层混合料的最优含水率为25-27％；
配比二：
工程废弃渣土质量配比为基坑废弃淤泥：建筑渣土＝50：50；
固化材料质量配比为水泥：石灰：粉煤灰：BRL-1固化剂＝10：3：10：0.3；
再生基层混合料的最优含水率为21-23％；
所述的再生基层(2)按照以下配比之一进行铺设：
配比三：
工程废弃渣土质量配比为基坑废弃淤泥：建筑渣土＝25：75
固化材料质量配比为水泥：石灰：粉煤灰：BRL-1固化剂＝10～15：3：10：0.3；
再生基层混合料的最优含水率为17-19％；
配比四：
工程废弃渣土质量配比为基坑废弃淤泥：建筑渣土＝0：100；
固化材料质量配比为水泥：BRL-1固化剂＝10～15：0.3；
再生基层混合料的最优含水率为13-15％。
7.一种再生道路基层的施工及养护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、工程废弃渣土的预处理：
(1)备料：准备基坑废弃淤泥与建筑渣土分开堆放于拌合场地内；
(2)往再生基层混合料的基坑废弃淤泥中掺入石灰、粉煤灰，闷料24～48h；
(3)将步骤(2)获得的混合料搅拌均匀后，继续闷料72～120h备用；控制处理后的基坑废弃淤泥含水率小于20％，建筑废弃渣土含水率小于5％；
步骤2、根据待铺设的层位位置，结合该层位的再生基层混合料的配比制备再生道路基层混合料；
步骤3、对再生道路基层进行现场施工及养护。
8.根据权利要求7所述的再生道路基层的施工及养护方法，其特征在于：步骤2中制备再生道路基层混合料按照以下步骤进行：
1)取料：根据再生道路基层不同层位配合比，取预处理后的基坑废弃淤泥与建筑渣土拌合均匀，继续闷料备用并测量其含水率；
2)固化剂溶液配制：根据混合料的实际含水率与击实试验测得的最优含水率的差值，取适量的水稀释BRL-1固化剂备用；
3)拌合：根据再生道路基层不同层位配合比取水泥与基层混合料拌合均匀，边拌边喷洒BRL-1的固化剂溶液，直至混合料均匀，并运送到铺筑现场。
9.根据权利要求7所述的再生道路基层的施工及养护方法，其特征在于：步骤3)对再生道路基层进行现场施工及养护按照以下步骤进行：
步骤(1)、路基处理：基层施工前应对路基进行碾压夯实，采用压路机或碾压机碾压3～4遍，路基的平整度和压实度符合规范规定；对于软弱路基采用0.3％BRL固化剂+5％水泥对路基土进行改良处理；
步骤(2)、摊铺整形碾压：
①正式摊铺之前在下承层上洒水，保持表面湿润；
②摊铺厚度根据试验路段确定的摊铺系数计算，将再生基层混合料均匀的摊铺在预先放样确定的宽度范围内；
③通过人工或机械经行整形，表面应力求平整，并有规定的路拱；
④根据道路宽度、压路机型号及功率制定碾压方案，可采用静1～2次，强振碾压2次，弱振碾压2次作为碾压控制参数；
⑤在碾压结束之前，使用平地机再对路面进行最终整形，使其符合设计要求。
步骤(3)、养护：经压实度检查合格后应立即开始养生，采用湿沙或土工布进行养生，并在整个养护龄期内始终保持下层表面湿润；养护期内封闭交通或限制重车通行。
10.根据权利要求9所述的再生道路基层的施工及养护方法，其特征在于：所述再生道路基层采用分层铺筑，再生底基层厚度为16cm，再生基层厚度为20cm；再生底基层施工完成，且养护7天后进行上层的再生基层施工。
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