CN110723938B - 一种流态固化土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种流态固化土及其制备方法，包括以下质量份数的配方组分：渣土15‑20份，陶砂5‑7份，水6‑7份，水泥1.5‑2.5份，粉煤灰0.3‑0.5份，早强剂0.005‑0.01份。本申请提供的制备方法包括以下步骤：将渣土进行破碎并清除渣土中的异物及污染变质部分，按照上述流态固化土的配方分别称取各组分，将称取好的各组分进行混合搅拌至质地均匀，即得成品。配方中利用陶砂制备流态固化土，可以起到级配的作用，使制备的流态固化土体积稳定性增加、承载能力增加，不仅实现了原位资源化利用渣土，减少外来回填材料的购买成本，同时增加了河道底泥资源化陶砂和粉煤灰等新型再生建材的利用途径。

Description

一种流态固化土及其制备方法

技术领域

本申请涉及土木工程领域，特别是涉及一种流态固化土及其制备方法。

背景技术

我国城市建设正处于高速发展的阶段，其中，道路回填是经常要面临的问题，如城市道路路基开槽进行管线埋设后的回填、检查井周边回填、掘路回填等。

传统的道路回填方式将挖出的渣土作为建筑垃圾处理，再用大量的石渣粉、细粉砂等外来回填材料进行回填，这样不仅会产生大量建筑垃圾污染环境，增加交通运输的压力，影响施工效率，同时还需要购买大量的回填材料，造成较高的经济成本。

发明内容

本申请提供了一种流态固化土及其制备方法，可用于城市道路路基开槽进行管线埋设后的回填、检查井周边回填、掘路回填等，与传统的道路回填方式相比，本申请将施工挖出的渣土作为主要回填材料，从而减少建筑垃圾的产生和回填材料的购买，提高了施工效率和经济效益。

本申请提供了一种流态固化土，包括以下质量份数的配方组分：渣土15-20份，陶砂5-7份，水6-7份，水泥1.5-2.5份，粉煤灰0.3-0.5份，早强剂0.005-0.01份。

上述渣土的粒径≤40mm，且粒径＜2mm的颗粒含量不超过55wt％，粒径为5-20mm的颗粒含量不超过30wt％。

上述渣土中有机质的含量不超过5wt％。

上述渣土为非盐渍土、弱盐渍土或中盐渍土中至少一种。

上述陶砂的颗粒粒径≤20mm。

上述陶砂中非金属元素和重金属元素的含量均＜0.11wt％；

上述非金属元素包括：砷；

上述重金属元素包括：铜、锌和铅。

上述水泥为波特兰水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥中至少一种。

上述粉煤灰采用二级粉煤灰。

上述早强剂为氯盐早强剂、硫酸盐早强剂、硝酸盐早强剂、有机早强剂或复合早强剂中至少一种。

一种流态固化土的制备方法，将上述的流态固化土的原料通过以下步骤制备：

S1：清除渣土中的异物及污染变质部分；

S2：按照权利要求1-9任一项所述的流态固化土的配方分别称取各组分；

S3：将称取好的各组分进行混合搅拌至质地均匀，即得成品

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

由上可见，本申请提供的流态固化土及其制备方法，通过将渣土作为主要成分，掺入合适的陶砂、水、水泥、粉煤灰、早强剂等进行搅拌，配方中利用陶砂制备流态固化土，可以起到级配的作用，使制备的流态固化土体积稳定性增加、承载能力增加，不仅实现了原位资源化利用渣土，解决了渣土外运、堆积和处理处置的工程难题，减少外来回填材料的购买成本，同时增加了河道底泥资源化陶砂和粉煤灰等新型再生建材的利用途径，因此，上述技术方案降低了工程施工过程中造成的环境污染和经济成本。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，结合以下实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

本发明实施例一提供了一种流态固化土，包括以下质量份数的配方组分：

上述实施例一中的渣土可以来自建筑施工的基槽开挖。

可选的，上述渣土以黏性土、细粒径的砂性土为主，当加入水泥和水搅拌后，水泥中的各种成分与渣土中的水发生强烈的水解反应和水化反应，同时从溶液中形成氢氧化钙及其它水化物使水泥的水化物硬化。

可选的，上述渣土的粒径≤40mm，且粒径＜2mm的颗粒含量不超过55wt％，粒径为5-20mm的颗粒含量不超过30wt％。

需要说明的是，当渣土中粒径＜2mm的颗粒含量超过55wt％时，制备的流态固化土效果不佳，且不经济；而当渣土中粒径为5-20mm的颗粒含量超过30wt％时，制备的流态固化土性质不均匀，质量不好控制，会出现比较严重的泌水现象。进一步的，当渣土中粒径＞40mm的颗粒含量超过15wt％时，将其分离出去，以保证流态固化土的流动性和强度。

可选的，上述渣土中有机质的含量不超过5wt％。需要说明的是，当渣土中有机质的含量越高，土质受到的影响越大，当有机质含量超过一定程度后，有机质消解形成孔洞，土体不密实，导致土体承载能力和稳定性变差，同时对不同工程材料的掺入有不同的影响。具体的，去除少量渣土中的有机质，可以用土用锅爆炒；去除大量渣土中的有机质，可以用锄头翻地后，铺上稻草或麦秸，采用大火焚烧。

可选的，上述渣土为非盐渍土、弱盐渍土或中盐渍土中至少一种。可选的，强盐渍土进行处理后，经测试满足《土方与爆破工程施工及验收规范》(GB50201-2012)中的4.6条也可使用。具体的，渣土中硫酸盐的含量不超过2wt％，易溶碳酸盐的含量不超过0.5wt％。

需要说明的是，盐渍土是一种土层内含有石膏、芒硝、岩盐(硫酸盐或氯化物)等易溶盐且含量大于0.5wt％的土，具有溶陷性、膨胀性和腐蚀性，用其回填的区域承载力变化大，随季节和气候的变化而变化，在干燥时盐分呈结晶状态，地基承载力较高，一旦浸水后，晶体溶解变为液体，承载力降低，压缩性增大；渣土中含硫酸盐类结晶，体积膨胀，溶解后体积缩小，易使回填区的结构破坏，强度降低并形成松胀盐土；由于盐类遇水溶解，使得回填区易产生溶蚀现象，降低稳定性。

可选的，上述陶砂的颗粒粒径≤20mm。具体的，上述陶砂可以是铝钒土陶粒砂、粉煤灰陶粒砂、黏土陶粒砂、页岩陶粒砂、垃圾陶粒砂、煤矸石陶粒砂、生物污泥陶砂中至少一种。进一步的，上述陶砂可以是河道底泥经过干化、生料球制备、干燥、预烧、焙烧和冷却处理后形成。进一步的，上述粉煤灰陶粒砂以固体废弃物为主要原料，加入一定量的胶结料和水，经加工成球，烧结烧胀或自然养护而成。

需要说明的是，在城市水环境综合治理工程项目中河道清淤会产生巨量的底泥或淤泥，目前常规处置的方法就是将其制成陶砂、陶砖、园林用土等。本申请利用陶砂替代常规的回填材料河砂、石英砂等，陶砂颗粒均匀度更好、强度更高，制备的流态固化土力学性质更加稳定，普通的水泥产生的胶结作用类似常规的混凝土，并不能填满拌合物颗粒间的孔隙，此时，陶砂可以起到级配的作用，使制备的流态固化土体积稳定性增加、承载能力增加。同时将渣土和陶砂制备成流态固化土可大范围取代目前管网基槽开挖过后所需的回填材料，有效地对渣土、河道底泥制陶砂进行了新型再生建材的利用。

可选的，上述陶砂中非金属元素和重金属元素的含量均＜0.11wt％；上述非金属元素包括：砷；上述重金属元素包括：铜、锌和铅。具体的，上述渣土中无机污染物如铅、铬、镉、汞、砷、锌、铜、镍、氟等重金属和非金属元素的含量均满足国家标准《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)，不会对环境造成损害。

可选的，上述水泥为波特兰水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥中至少一种。具体选用哪种水泥制备流态固化土可以根据水泥的特性及施工现场的实际情况进行选择，如火山灰质硅酸盐水泥，早期强度低，后期强度增长较快，水化热较低，耐热性较差，对硫酸盐类侵蚀抵抗力和抗水性较好，可用于大体积混凝土工程和民用建筑工程等；如复合硅酸盐水泥，早期强度高，凝结硬化快，可用于道路和水下工程等。

可选的，上述粉煤灰采用二级粉煤灰。需要说明的是，我国每年产生大量的粉煤灰，大部分被掩埋，既占用了土地资源，又对周围环境造成污染，本申请将渣土作为主要材料，掺入粉煤灰制备成流态固化土，既节约了资源又保护了环境。

可选的，上述早强剂为氯盐早强剂、硫酸盐早强剂、硝酸盐早强剂、有机早强剂或复合早强剂中至少一种。早强剂的主要作用在于加速水泥水化速度，促进混凝土早期强度的发展；既具有早强功能，又具有一定减水增强功能。

由前述方案可见，在本申请实施例一中，将渣土作为主要回填材料，同时配比合适的陶砂、粉煤灰等再生建筑材料，既可以保护环境，实现建筑垃圾的有效利用，又可以减少经济成本，节约资源。

实施例二

对应于上文实施例一的流态固化土，本申请实施例二提供的流态固化土的一种制备方法。为了便于说明，下面仅示出了与本实施例相关的部分。

上述流态固化土的原料通过以下步骤制备：

S1：将渣土进行破碎并清除渣土中的异物及污染变质部分；

S2：按照权利要求1-9任一项所述的流态固化土的配方分别称取各组分；

S3：将称取好的各组分进行混合搅拌至质地均匀，即得成品。

其中，上述流态固化土请参照实施例一中的记载，此处不再赘述。

具体的，上述S1包括：先对渣土进行一定程度的破碎，减少渣土的粘块，以提高渣土的利用率，同时剔除渣土中的碎石、木片、铁片以及污染发臭的河道底泥等异物。

具体的，上述S2包括：按照上文所述的流态固化土的配方分别称取各组分。

具体的，上述S3包括：将称取好的各组分进行混合搅拌至质地均匀，即得成品。进一步的，上述搅拌可以采用双轴搅拌，利用叶片的快速搅拌和打散作用，将混合材料快速搅拌成均匀的流动状态，搅拌时间可以根据施工现场的要求和回填土的属性确定。具体的，上述搅拌时间可以为5-10分钟。

根据上述制备方法制备完成后，需对制备的成品进行流动值和无侧限抗压强度的测试，具体如下：

1)流动值测试

流动值测试装置由一块有机玻璃平板和一个高80mm、直径80mm的有机玻璃圆柱筒(仅有圆柱侧面部分)组成。试验时，先用抹布将有机玻璃圆筒内壁和有机玻璃平板表面的灰尘抹去，并在有机玻璃内壁涂上一层凡士林，将有机玻璃圆筒放置在水平的有机玻璃平板上，并将有机玻璃板表面润湿；然后将淤泥或新拌固化淤泥装入有机玻璃圆筒，装样过程中不断振捣以保证装样密实，装满后用刮刀将表面刮平，再用抹布拭去外筒壁和板面上洒落的淤泥；装样完成后将有机玻璃圆筒垂直向上轻轻提起，30s后，用钢尺测量拌合物摊开后的最大直径和最小直径，取二者平均值为流动值。为了保证试验的可靠性，每组试样需进行2-3次平行试验，以平均值作为最终的流动值；

2)无侧限抗压强度测试

无侧限抗压强度测试按照《土工实验方法标准》(GB/T50123-1999)来进行。试验所用仪器为南京土壤仪器厂生产的YYW-2型应变控制式无侧限压力仪，压缩速率为1.18mm/min。为了保证试验的可靠性，每组试样需进行2-3次平行试验，以平均值作为最终的无侧限抗压强度；

3)加州承载比(California Bearing Ratio，CBR)

将拌和好的流动化土浇筑到CBR钢筒中后进行养护后，到达养护龄期后，进行贯入实验。①将试件放到路面材料强度试验仪的升降台上，调整偏球座，对准、整平并使贯入杆与试件顶面全面接触，在贯入杆周围放置4块荷载板。②先在贯入杆上施加45N荷载，然后将测力和测变形的百分表指针均调整至整数，并记读起始读数。③加荷使贯入杆以1-1.25mm/min的速度压入试件，同时测记三个百分表的读数。记录测力计内百分表某些整读数(如20、40、60)时的贯入量，并注意使贯入量为250×10-2mm时，能有5个以上的读数。因此，测力计内的第一个读数应在贯入量为30×10-2mm左右，读数完成后进行处理，一般采用贯入量为2.5mm时的单位压力与标准压力之比作为材料的承载比(CBR值)。如贯入量为5mm时的承载比大于2.5mm时的承载比，则试验应重做。如结果仍然如此，则采用5mm时的承载比作为材料的承载比(CBR值)。

本申请实施例中，将测试合格标准定为：

1)流动值为180-250mm，在有特殊需求的情况下可根据回填区的要求进行修改；

2)1天的无侧限抗压强度＞50-100kPa，7天的无侧限抗压强度约300-400kPa，28天的无侧限抗压强度≤500-900kPa；

3)现场取样进行CBR测试，当贯入量为2.5mm时，压力表的数值达到780kPa时，对应的CBR值约为11％。

上述流态固化土的CBR值满足我国《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)的质量标准，流动值和无侧限抗压强度负荷满足日本建设省JHS A313-1992规范《エアモルタル及びエアミルクの試験方法》。

由前述方案可见，在本申请实施例二中，将渣土进行破碎，根据施工现场的实际情况，混合合适的陶砂、水、水泥、粉煤灰、早强剂，搅拌均匀浇筑至回填区，既可以减少建筑垃圾的处理工作，又可以节约购买回填材料的成本。

实施例三

选取以下质量份数的成分：

其中，上述弱盐渍土中粒径＜2mm的颗粒含量为50wt％，粒径为5-20mm的颗粒含量为25wt％；上述弱盐渍土中有机质的含量为2wt％。

制备过程如下：

S1：先对弱盐渍土进行一定程度的破碎，然后剔除土中的碎石、木片、铁片以及污染发臭的河道底泥等异物。

S2：按照上文所述的流态固化土的配方分别称取各组分。

S3：采用双轴搅拌将称取好的各组分进行混合搅拌5分钟至质地均匀，即得成品。

实施例三流态固化土的相关性能测试结果：

水固比：0.275

流动性：185mm

无侧限抗压强度：1天65kPa，7天310kPa，28天500kPa

CBR值：10％。

由前述方案可见，在面对高速公路桥涵台背回填施工时，需要早期强度高，凝结硬化快，在本申请实施例三中，选用了复合硅酸盐水泥和粉煤灰陶砂等材料与渣土进行混合，经过测试，上述流态固化土的CBR值满足我国《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)的质量标准，流动值和无侧限抗压强度满足日本建设省JHS A313-1992规范《エアモルタル及びエアミルクの試験方法》。

实施例四

选取以下质量份数的成分：

其中，上述弱盐渍土中粒径＜2mm的颗粒含量为55wt％，粒径为5-20mm的颗粒含量为25wt％；上述弱盐渍土中有机质的含量为3wt％。

制备过程如下：

S1：先对弱盐渍土进行一定程度的破碎，然后剔除土中的碎石、木片、铁片以及污染发臭的河道底泥等异物。

S2：按照上文所述的流态固化土的配方分别称取各组分。

S3：将称取好的各组分进行混合搅拌10分钟至质地均匀，即得成品。

实施例四流态固化土的相关性能测试结果：

水固比：0.233

流动性：200mm

无侧限抗压强度：1天50kPa，7天310kPa，28天525kPa

CBR值：11％。

由前述方案可见，在面对民用建筑工程回填施工时，需要硫酸盐类侵蚀抵抗力和抗水性较好，在本申请实施例四中，选用了火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰陶砂等材料与渣土进行混合，经过测试，上述流态固化土的CBR值满足我国《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)的质量标准，流动值和无侧限抗压强度满足日本建设省JHS A313-1992规范《エアモルタル及びエアミルクの試験方法》。

实施例五

选取以下质量份数的成分：

其中，上述弱盐渍土中粒径＜2mm的颗粒含量为50wt％，粒径为5-20mm的颗粒含量为27wt％；上述弱盐渍土中有机质的含量为3wt％。

制备过程如下：

S1：先对弱盐渍土进行一定程度的破碎，然后剔除土中的碎石、木片、铁片以及污染发臭的河道底泥等异物。

S2：按照上文所述的流态固化土的配方分别称取各组分。

S3：采用双轴搅拌将称取好的各组分进行混合搅拌8分钟至质地均匀，即得成品。

实施例五流态固化土的相关性能测试结果：

水固比：0.246

流动性：185mm

无侧限抗压强度：1天80kPa，7天350kPa，28天500kPa

CBR值：10％。

由前述方案可见，在面对管道回填施工时，需要早期强度高，凝结硬化快，在本申请实施例三中，选用了粉煤灰硅酸盐水泥和粉煤灰陶砂等材料与渣土进行混合，经过测试，上述流态固化土的CBR值满足我国《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)的质量标准，流动值和无侧限抗压强度满足日本建设省JHS A313-1992规范《エアモルタル及びエアミルクの試験方法》。

以上所述仅为本发明的不同施工情况的可选实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种流态固化土，其特征在于，包括以下质量份数的配方组分：

所述渣土的粒径≤40mm，且粒径＜2mm的颗粒含量不超过55wt％，粒径为5-20mm的颗粒含量不超过30wt％；

所述水泥为波特兰水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥中至少一种。

2.根据权利要求1所述的流态固化土，其特征在于，所述渣土中有机质的含量不超过5wt％。

3.根据权利要求1所述的流态固化土，其特征在于，所述渣土为非盐渍土、弱盐渍土或中盐渍土中至少一种。

4.根据权利要求1所述的流态固化土，其特征在于，所述陶砂的颗粒粒径≤20mm。

5.根据权利要求4所述的流态固化土，其特征在于，所述陶砂中非金属元素和重金属元素的含量均＜0.11wt％；

所述非金属元素包括：砷；

所述重金属元素包括：铜、锌和铅。

6.根据权利要求1所述的流态固化土，其特征在于，所述粉煤灰采用二级粉煤灰。

7.根据权利要求1所述的流态固化土，其特征在于，所述早强剂为氯盐早强剂、硫酸盐早强剂、硝酸盐早强剂、有机早强剂或复合早强剂中至少一种。

8.一种流态固化土的制备方法，其特征在于，将权利要求1-7任一项所述的流态固化土的原料通过以下步骤制备：

S1：将渣土进行破碎并清除渣土中的异物及污染变质部分；

S2：按照权利要求1-7任一项所述的流态固化土的配方分别称取各组分；

S3：将称取好的各组分进行混合搅拌至质地均匀，即得成品。