一种高利废微膨胀流态回填材料的制备方法

1.本发明涉及土木工程材料技术领域，特别涉及一种高利废微膨胀流态回填材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着城市建设和经济发展的需要，地下空间的开发进入到高速发展的阶段，大规模地下工程，如高层建筑地下室、地下商业，地下交通、地下市政、人防工程等工程项目不断涌现。随之而来的基坑工程呈现如下特点：1)规模越来越大；2)深度越来越深；3)场地越来越紧促；4)周边环境越来复杂，传统回填难以满足上述要求，采用流态回填的施工速度快、所需人力少。但是，流态回填由于浆体硬化和使用过程的收缩会带来地基沉降、变形等问题。充分利用工业固体废弃物在后期水化反应的特性，不仅可以解决流态回填材料硬化水化过程的收缩问题，还能增加相关固废综合利用率，保护环境、提高社会效益。
3.目前，关于微膨胀流态回填材料技术国内外已有报道。例如：公告号为 cn102241493a的中国发明专利《一种矿坑回填材料及其制备和使用方法》公开了一种利用水泥、煅烧活化煤矸石、钢渣粉、消石灰粉、磷石膏、膨胀剂、玻璃石英砂尾矿、机制砂、减水剂、改性淀粉醚和水拌合而成的矿坑回填材料，该回填材料施工性能和物理性能优异，但是该技术使用52.5级硅酸盐水泥(普硅水泥)、煅烧活化煤矸石、钢渣粉和机制砂，综合成本较高。公告号为 cn106986593a的中国发明专利《一种地源热泵钻孔回填材料的制备方法》公开了一种利用水泥、粉煤灰、钢渣微粉、钢渣骨料及粉状的外加剂和水制备的地源热泵钻孔回填材料，该技术具有较高的热传导性能，较好的流动性、保水性、微膨胀和较强的抗渗能力，但是该材料为混凝土回填材料，作为普通基坑施工成本高且不利于后期钻孔施工和维护。公告号为cn109437800a的中国发明专利《一种以盐石膏为原料制备的膨胀回填料及其制备方法》公开了一种利用盐石膏、激发剂、发泡剂和水制备的膨胀回填料，该技术保证了回填后采空区不会出现沉陷、变形等现象，但是回填主要材料为石膏，在潮湿地段回填会严重影响其强度和寿命。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种高利废微膨胀流态回填材料，该回填材料充分利用建筑渣土、生活垃圾焚烧炉渣和生物质灰渣等固体废弃物，能在施工硬化过程减少收缩和使用过程逐渐膨胀，达到低成本和高性能的要求，且对施工环境要求低、环境友好，具有较大的应用前景，可有效解决基坑施工困难、流态回填材料收缩带来的沉陷、变形等问题。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
6.一种高利废微膨胀流态回填材料，按重量份计，包括以下组分：渣土： 950～1050份，水泥熟料：5～20份，生活垃圾焚烧炉渣：40～60份，生物质灰渣： 15～30份，减缩剂：1～3份，激发剂：1～5份，减水剂：3～8份，水：240～500 份。
7.可选地，所述渣土的最大粒径≤20cm，所述渣土中有机质含量≤5.0wt％。
8.可选地，所述生活垃圾焚烧炉渣经105℃烘干粉磨处理，细度不大于100 目，其中，所述生活垃圾焚烧炉渣的sio2含量不低于55％，al2o3含量不低于5％，有害物质含量符合gb 50164-2011的要求。
9.可选地，所述生物质灰渣经105℃烘干粉磨处理，细度不大于100目，其中，所述生物质灰渣的cao含量不低于12％，k2o含量不低于10％，有害物质含量符合gb 50164-2011的要求。
10.可选地，所述减缩剂为聚亚丙基二醇减缩剂、环氧乙烷甲醇减缩剂、环氧乙烷甲基减缩剂中的一种。
11.可选地，所述激发剂为氢氧化钠、氢氧化钾、水玻璃中的一种。
12.可选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂中的一种，所述减水剂的减水率不小于20％。
13.本发明的第二目的在于提供一种制备上述高利废微膨胀流态回填材料的方法，该制备方法，包括以下步骤：将所述渣土、所述水泥熟料、所述生活垃圾焚烧炉渣和所述生物质灰渣倒入搅拌机中混合均匀，加入由所述减缩剂、所述激发剂、所述减水剂与所述水拌合而成的外加剂溶液，再搅拌3～5min，得到高利废微膨胀流态回填材料。
14.本发明的原理为：
15.针对现有基坑工程回填困难和建筑渣土流态回填材料易收缩而导致地基沉降、变形等问题，本发明考虑用生活垃圾焚烧炉渣和生物质灰渣等工业固体废弃物与水泥熟料、建筑渣土、外加剂制备流态回填材料。其中减缩剂和减水剂可减少用水量和前期硬化过程的收缩，提高材料强度。在激发剂、水泥熟料和生物质灰渣的碱性共同作用下，炉渣中的单质al在前期反应释放气体，减少前期收缩；在后期，炉渣中的al相和si相逐渐和生物质灰渣中的硫酸盐等物质反应生成钙矾石等水化产物，提供后期强度和形成微膨胀体系。少量的水泥熟料可减少凝结硬化时间和提供前期强度。
16.相对于现有技术，本发明所述的高利废微膨胀流态回填材料具有以下优势：
17.1、该技术充分利用生活垃圾焚烧炉渣、生物质灰渣在碱性条件激发作用下的前期反应和后期水化反应特性来达到减少前期收缩和后期微膨胀的目的，使回填材料从施工过程到使用过程都能更好地贴合基坑四壁，且固体废弃物利用率更高、材料成本更低、强度和耐久性等性能更加优异，对资源环境和社会效益有积极重要的作用。
18.2、本发明的回填材料具有高流动性和自密实性，可在复杂的基坑施工条件下施工，可大幅度加快工程整体施工速度和减少人力、物力。
19.3、该技术得到的回填材料制备方法简单、原料易得、性能优异，且在后期易于维护和钻孔施工等操作，适合实际生产和快速推广。
具体实施方式
20.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。
21.下面将结合实施例来详细说明本发明。
22.实施例1
23.一种高利废微膨胀流态回填材料，按照重量份数计，组分为：渣土1050份，水泥熟
料20份，生活垃圾焚烧炉渣50份，生物质灰渣15份，减缩剂1份，激发剂3份，减水剂3份，水400份。
24.本实施例中所用原料的技术指标为：
25.渣土最大粒径为13.8cm，渣土中有机质含量为2.34wt％；减缩剂为聚亚丙基二醇减缩剂；激发剂为氢氧化钾；减水剂为聚羧酸减水剂，减水效率为23％；生活垃圾焚烧炉渣的sio2含量为55.5％，al2o3含量为5.2％，有害物质含量符合gb 50164-2011的要求；生物质灰渣cao含量为12.3％，k2o含量为10.8％，有害物质含量符合gb 50164-2011的要求；水泥熟料符合gb/t21372-2008硅酸盐水泥熟料中通用、低碱水泥熟料的要求。
26.实施例2
27.一种高利废微膨胀流态回填材料，按照重量份数计，组分为：渣土1050份，水泥熟料10份，生活垃圾焚烧炉渣60份，生物质灰渣20份，减缩剂2份，激发剂3份，减水剂8份，水240份。
28.本实施例中所用原料的技术指标为：
29.渣土最大粒径为10.4cm，渣土中有机质含量为4.78wt％；减缩剂为聚亚丙基二醇减缩剂；激发剂为水玻璃；减水剂为萘系减水剂，减水效率为21％；生活垃圾焚烧炉渣的sio2含量为58.5％，al2o3含量为5.6％，有害物质含量符合 gb 50164-2011的要求；生物质灰渣cao含量为18.9％，k2o含量为11.8％，有害物质含量符合gb 50164-2011的要求；水泥熟料符合gb/t21372-2008硅酸盐水泥熟料中通用、低碱水泥熟料的要求。
30.实施例3
31.一种高利废微膨胀流态回填材料，按照重量份数计，组分为：渣土950份，水泥熟料5份，生活垃圾焚烧炉渣50份，生物质灰渣30份，减缩剂1份，激发剂5份，减水剂8份，水290份。
32.本实施例中所用原料的技术指标为：
33.渣土最大粒径为8.8cm，渣土中有机质含量为1.35wt％；减缩剂为环氧乙烷甲醇减缩剂；激发剂为氢氧化钠；减水剂为聚羧酸减水剂，减水效率为24％；生活垃圾焚烧炉渣的sio2含量为57.5％，al2o3含量为6.0％，有害物质含量符合gb 50164-2011的要求；生物质灰渣cao含量为19.9％，k2o含量为12.8％，有害物质含量符合gb 50164-2011的要求；水泥熟料符合gb/t21372-2008硅酸盐水泥熟料中通用、低碱水泥熟料的要求。
34.实施例4
35.一种高利废微膨胀流态回填材料，按照重量份数计，组分为：渣土1000份，水泥熟料15份，生活垃圾焚烧炉渣50份，生物质灰渣30份，减缩剂3份，激发剂3份，减水剂5份，水300份。
36.本实施例中所用原料的技术指标为：
37.渣土最大粒径为4.6cm，渣土中有机质含量为3.35wt％；减缩剂为环氧乙烷甲基减缩剂；激发剂为水玻璃；减水剂为脂肪族减水剂，减水效率为24％；生活垃圾焚烧炉渣的sio2含量为57.8％，al2o3含量为5.4％，有害物质含量符合gb 50164-2011的要求；生物质灰渣cao含量为17.6％，k2o含量为12.8％，有害物质含量符合gb 50164-2011的要求；水泥熟料符合gb/t21372-2008硅酸盐水泥熟料中通用、低碱水泥熟料的要求。
38.实施例5
39.一种高利废微膨胀流态回填材料，按照重量份数计，组分为：渣土1000份，水泥熟料20份，生活垃圾焚烧炉渣60份，生物质灰渣20份，减缩剂3份，激发剂3份，减水剂3份，水500份。
40.本实施例中所用原料的技术指标为：
41.渣土最大粒径为14.4cm，渣土中有机质含量为2.35wt％；减缩剂为环氧乙烷甲基减缩剂；激发剂为氢氧化钠；减水剂为聚羧酸减水剂，减水效率为24％；生活垃圾焚烧炉渣的sio2含量为56.8％，al2o3含量为5.9％，有害物质含量符合gb 50164-2011的要求；生物质灰渣cao含量为16.6％，k2o含量为12.2％，有害物质含量符合gb 50164-2011的要求；水泥熟料符合gb/t21372-2008硅酸盐水泥熟料中通用、低碱水泥熟料的要求。
42.本发明各实施例的高利废微膨胀流态回填材料的制备方法相同，均采用如下方法进行制备：
43.按照各原料组分配比，将渣土、水泥熟料、生活垃圾焚烧炉渣和生物质灰渣倒入搅拌机中混合均匀，由减缩剂、激发剂、减水剂与水拌合而成的外加剂溶液，再搅拌3～5min，得到高利废微膨胀流态回填材料。
44.本发明主要性能测试方法如下：
45.流动度测试按照gb/t17669.4-1999《建筑石膏净浆物理性能的测定》的稠度测试方法进行。无侧限抗压强度测试按照gb/t50123-2019《土工实验方法标准》的抗压强度测试方法进行。收缩和膨胀测试按照gb/t50082-2019《普通土凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的收缩试验进行。
46.为了保证试验的可靠性，每组试样需进行至少3次平行试验，以平均值作为最终的测试数据。
47.本发明实施例1～5高利废微膨胀流态回填材料的流动度和无侧限抗压强度测试结果见表1
48.表1
49.实施例实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5流动度(mm)189181175178199抗压强度(kpa)1650990148016001400
50.本发明实施例1～5高利废微膨胀流态回填材料的收缩和膨胀测试结果见表 2。
51.表2
[0052][0053]
由表1和表2可知，本发明的高利废微膨胀流态回填材料的流动性和无侧限抗压强度性能优良，并具有微膨胀性。
[0054]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。