一种由建筑垃圾细料制备低强度流动化回填材料配合比设计方法

1.本发明涉及建筑垃圾再利用技术领域，具体涉及一种由建筑垃圾细料制 备低强度流动化回填材料配合比设计方法。


背景技术：

2.在整个建筑垃圾的破碎、分拣、筛分过程中会产生大量的粒径小于4.75mm 的细料,这部分细料包含了很多因为建筑垃圾破碎过程中相互撞击而产生的细 粉，或是建筑垃圾中本身还有的土。建筑垃圾生产过程中往往会对这部分细 料进行两到三次筛分，尽量将粒径相对较大的细料筛出，用于工程细料。而 筛余的含有细粉和土较多的部分，主要用于花卉的培植土。根据建筑垃圾处 理厂提供的资料，每处理1吨的建筑垃圾，将产生10％～20％的这种类型的建 筑垃圾细料。而目前对于花卉培植土的需求远远超出建筑垃圾细料的产出,造 成这部分建筑垃圾细料无法再利用，形成二次污染。因此，如何有效处理这 部分细粉含量较多的建筑垃圾细料,充分实现建筑垃圾的百分之百利用是建筑 垃圾再生的一项重要任务。
3.在很多城市的基础设施建设和维修过程中都涉及到对原有地面进行开挖 后的回填工作。大部分情况下，回填材料都会选择开挖时产生的土。为了保 证回填土密实，无沉降，需要对其进行压实处理。对于一些开挖面积较大的 回填工程，压实机具很容易进行压实。而开挖面积窄，或开挖形状不规则的 回填工程，有些工程部位的回填是无法进行有效的压实。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、挡土墙墙背及桥台 台背回填等，由于受到管线等构筑物的限制，再加上回填空间狭小等因素的 制约，无法使用大型机械进行碾压施工，导致压实度很难达到设计要求，从 而造成回填变形、沉陷等病害，且病害发生后无法进行有效修复。此外，当 城市道路出现路面塌陷等险情时，传统的回填技术更是难以满足施工速度与 施工质量的要求。
4.另外，目前的方法制备的流动化回填材料与回填土强度相差较大，难以 实现回填材料的自密实，其后期强度难以实现在0.3～1.0mpa之间的低强度， 难以满足工程上对于基坑、沟槽、桥背等对回填材料的强度要求，也难以保 证回填材料与周围土体材料强度的一致性，并且不具备可重复开挖性的特点， 在材料费用和施工费用上与回填土施工的费用单价高出较多。
5.为此，提出一种由建筑垃圾细料制备低强度流动化回填材料配合比设计 方法。


技术实现要素：

6.针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种由建筑垃圾细料 制备低强度流动化回填材料配合比设计方法，以解决背景技术中提到的问题。
7.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
8.一种由建筑垃圾细料制备低强度流动化回填材料配合比设计方法，包括 如下步
骤：
9.步骤一：采用灰砂比、粉砂比、水固比三个参数确定建筑垃圾细料制备 的回填材料中水泥、粉煤灰、建筑垃圾细料、水之间的比例关系；
10.步骤二：通过实验建立回填材料流动度与水固比之间的回归关系，利用 此关系确定出不同流动度条件下的水固比适用范围；
11.步骤三：采用搅拌设备将粉煤灰与建筑垃圾细料干拌后的最大堆积密度 方法确定将粉煤灰填充到建筑垃圾细料中的最佳掺量，并得到最佳粉砂比。
12.上述的一种由建筑垃圾细料制备低强度流动化回填材料配合比设计方 法，其中，还包括步骤四：通过无侧限抗压强度实验建立回填材料的水固比、 灰砂比两个参数与回填材料28d的抗压强度之间的回归关系：
13.fc＝ax
by
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式1)
14.式1中：fc为圆柱体无侧限抗压强度；x为灰砂比；y为水固比；a，b为 回归系数；a＝245.5，b＝5.955，式1的适用范围为灰砂比在0.1以下，水固比 在0.30～0.35之间。
15.上述的一种由建筑垃圾细料制备低强度流动化回填材料配合比设计方 法，其中，还包括步骤五：利用水固比、粉砂比和灰砂比三个参数，以及回 填材料各种原材料的表观密度，利用体积法建立回填材料配合比设计的方程 组式2，通过对水固比、粉砂比和灰砂比三参数的确定求解各种材料每立方米 的质量，确定出配合比，回填材料的含气量取1％；
[0016][0017]
上述的一种由建筑垃圾细料制备低强度流动化回填材料配合比设计方 法，其中，所述步骤五还可以根据实验得到建筑垃圾回填材料的湿表观密度 的取值范围为1820kg/m3～1850kg/m3，按式3用质量法获得各种组成材料每立 方米中的含量；
[0018][0019]
综上所述，本发明主要具有以下有益效果：
[0020]
本发明提供的由建筑垃圾细料制备低强度流动化回填材料设计方法，利 用建筑垃圾生产过程中产生的不可再生细料，通过添加水泥、掺合料、水等 材料，制备出与回填土强度相接近的回填材料，主要用于开挖沟槽、桥背、 基坑等的回填工程，采用这种设计方
法，能够设计出满足回填材料的流动化 填筑要求，实现回填材料的自密实。采用这种设计方法设计的回填材料，其 后期强度能够实现在0.3～1.0mpa之间的低强度，满足工程上对于基坑、沟槽、 桥背等对回填材料的强度要求，也能够保证回填材料与周围土体材料强度的 一致性，并具备可重复开挖性的特点。采用此设计方法制备的材料，在材料 费用和施工费用上与回填土施工的费用单价基本持平，其经过对回填材料的 流动化处理，可以实现填筑的自流平、自密实效果，避免了对常规回填材料 的压实作用，
[0021]
其以建筑垃圾细骨料为主要成分，对将其进行流动化处理后，制备成一 种低强度，自流平、自密实特性的回填材料，用于工程建设中出现的各种开 挖回填，采用“流动化施工技术”把建筑垃圾用于回填工程中，不但大大提 高了建筑垃圾的再生利用率，而且施工工艺简便易行，不需要专门的施工机 械设备，工程造价较低，易于推广应用，同时也避免了由于压实质量差造成 各种病害的发生。
附图说明
[0022]
图1是本发明的粉砂比与混合料堆积密度关系曲线图；
[0023]
图2是本发明实施例中的流动化回填材料回填基坑浇筑完成后的图片；
[0024]
图3是本发明实施例中的流动化回填材料回填基坑浇筑完成1个小时后 的表面泌水图片；
[0025]
图4是本发明的搅拌设备的结构示意图；
[0026]
图5是本发明的搅拌设备拆除喇叭形围板后的结构示意图；
[0027]
图6是本发明的搅拌设备的剖视结构示意图；
[0028]
图7是本发明的搅拌设备的另一视角的结构示意图一；
[0029]
图8是本发明的搅拌设备的另一视角的结构示意图二；
[0030]
图9是本发明的搅拌设备的局部结构示意图；
[0031]
图10是本发明的搅拌设备拆除喇叭形围板后的另一视角的结构示意图。
[0032]
附图标记：
[0033]
1、搅拌组件；101、搅拌桶；102、支腿；103、连接板；104、电机；105、 搅拌轴；106、搅拌叶；107、连接杆；108、联轴器；109、轴承座；110、喇 叭形围板；
[0034]
2、下料组件；201、下料口；202、堵料板；203、防护外壳；204、电动 推杆；
[0035]
3、吹气组件；301、气泵；302、环形管；303、连接管；304、单向阀； 305、中空立杆；306、吹气孔
具体实施方式
[0036]
下面将结合本发明实施例中的附图1-10，对本发明实施例中的技术方案 进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有 做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
实施例
[0038]
参照图1，本实施例提供一种由建筑垃圾细料制备低强度流动化回填材料 配合比设计方法，包括如下步骤：
[0039]
步骤一：采用灰砂比、粉砂比、水固比三个参数确定建筑垃圾细料制备 的回填材料中水泥、粉煤灰、建筑垃圾细料、水之间的比例关系，灰砂比是 指回填材料中水泥质量与建筑垃圾质量之比。灰砂比与回填材料中水泥用量 有关，决定了回填材料后期的强度。粉砂比指回填材料中粉煤灰质量与建筑 垃圾质量之比。粉砂比表达了回填材料中粉煤灰的用量，对回填材料的流动 性和粘聚性有一定影响。水固比是指回填材料中水的质量与水泥、粉煤灰和 建筑垃圾质量总和之比。水固比大小对回填材料的流动性有很大影响；
[0040]
步骤二：通过实验建立回填材料流动度与水固比之间的回归关系，利用 此关系确定出不同流动度条件下的水固比适用范围，如表1
[0041]
表1回填材料流动度与水固比关系表
[0042]
流动度(mm)水固比单位用水量(kg/m3)200-2200.30-0.31433-441220-2400.31-0.32441-448240-2600.32-0.33448-456260-2800.33-0.34456-464280-3000.34-0.35464-472
[0043]
步骤三：采用搅拌设备将粉煤灰与建筑垃圾细料干拌后的最大堆积密度 方法确定将粉煤灰填充到建筑垃圾细料中的最佳掺量，并得到最佳粉砂比， 图1为室内试验测得的将不同剂量粉煤灰掺入建筑垃圾细料后混合料堆积密 度的变化，可以根据峰值确定出粉煤灰最佳掺量，如下表2
[0044]
表2粉砂比与堆积密度关系表
[0045]
[0046][0047]
步骤四：通过无侧限抗压强度实验建立回填材料的水固比、灰砂比两个 参数与回填材料28d的抗压强度之间的回归关系：
[0048]
fc＝ax
by
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式1)
[0049]
式1中：fc为圆柱体无侧限抗压强度；x为灰砂比；y为水固比；a，b为 回归系数；a＝245.5，b＝5.955，式1的适用范围为灰砂比在0.1以下，水固比 在0.30～0.35之间。
[0050]
步骤五：利用水固比、粉砂比和灰砂比三个参数，以及回填材料各种原 材料的表观密度，利用体积法建立回填材料配合比设计的方程组式2，通过对 水固比、粉砂比和灰砂比三参数的确定求解各种材料每立方米的质量，确定 出配合比，回填材料的含气量取1％；
[0051][0052]
步骤五也可以根据实验得到建筑垃圾回填材料的湿表观密度的取值范围 为1820kg/m3～1850kg/m3，按式3用质量法获得各种组成材料每立方米中的含 量(质量法)；
[0053][0054]
下表为本实施例中的灰砂比、粉砂比和水固比的配合比及湿密度关系
[0055][0056][0057]
参照图4-图10，本实施例中步骤三中的搅拌设备，其包括搅拌组件1、 下料组件2
以及吹气组件3。
[0058]
其中，如图4-7和图9-10所示，搅拌组件1用于对流动化回填材料的制 备原料进行搅拌，搅拌组件1主要由搅拌桶101、若干个支腿102、连接板103、 电机104、搅拌轴105以及若干搅拌叶106组成，其中，搅拌桶101的上部为 开口结构，若干个支腿102均固定安装在搅拌桶101的底部，连接板103固定 安装在若干个支腿102之间，电机104固定安装在连接板103的上部，搅拌轴 105通过轴承转动安装在搅拌桶101的桶底上，搅拌轴105的底端通过联轴器 108与电机104的转动轴固定连接，若干搅拌叶106均通过连接杆107固定安 装在搅拌轴105的侧部，且若干搅拌叶106均位于搅拌桶101的内部。
[0059]
其中，如图4-6所示，下料组件2用作制备的流动化回填材料流出搅拌桶 101的通道，下料组件2主要由下料口201以及堵料板202组成，其中，下料 口201固定连通安装在搅拌桶101的外侧壁上，且下料口201靠近搅拌桶101 的底部设置，堵料板202可拆卸安插在下料口201上，该下料组件2在使用时， 将堵料板202安插在下料口201上时，可防止搅拌桶101内部的物料流出，在 需要下料时，将堵料板202从下料口201上拔出即可使得搅拌桶101内部的物 料流出，完成下料目的。
[0060]
其中，如图4-9所示，吹气组件3用于向流动化回填材料的制备原料中吹 气，使得制备的流动化回填材料中富含微小气泡，富含微小气泡的流动化回 填材料的流平性能优异，在回填坑洞时，可自行流平，有效提高施工效率以 及降低工作人员的劳动强度，吹气组件3主要由气泵301、环形管302、连接 管303以及若干个中空立杆305组成，其中，气泵301固定安装在搅拌桶101 的底部，环形管302固定安装在搅拌桶101的底部，连接管303的一端与气泵 301的出气口相连通，且连接管303的另一端与环形管302的内部相连通，若 干个中空立杆305均固定安装在搅拌桶101的内侧壁上，且每个中空立杆305 的侧壁上均开设有若干吹气孔306，若干吹气孔306均与环形管302的内部相 连通。吹气组件3在使用时，利用气泵301将空气通过连接管303抽入环形管 302中，然后通过中空立杆305上的若干吹气孔306吹出，可以实现将空气融 入流动化回填材料中的目的，同时在若干搅拌叶106以及连接杆107的旋转作 用下使得空气在流动化回填材料中形成丰富的微小气泡，从而增强流动化回 填材料的流平性能。
[0061]
综上，由搅拌组件1以及下料组件2以及吹气组件3组成的流动化回填材 料制备用搅拌装置制备的流动化回填材料中富含微小气泡，富含微小气泡的 流动化回填材料的流平性能优异，在回填坑洞时，可自行流平，有效提高施 工效率以及降低工作人员的劳动强度。
[0062]
具体的，如图4和图6所示，在本实施例中，为了提高操作便捷性，设 置的下料组件2还包括电动推杆204，电动推杆204的活塞杆与堵料板202的 上部固定连接，可以利用设置的电动推杆204驱动堵料板202插入下料口201 以及从下料口201上拔出，代替人工操作堵料板202，使得下料操作更加方便， 另外，采用电动推杆204驱动堵料板202对下料口201进行封堵，可保证封堵 效果，使得下料口201不易漏物料。
[0063]
具体的，如图4和图6所示，在本实施例中，为了对电动推杆204进行防 护，设置的下料组件2还包括防护外壳203，防护外壳203固定安装在搅拌桶 101的外侧壁上，电动推杆204固定安装在防护外壳203的内部，且电动推杆 204的活塞杆活动延伸至防护外壳203的外部，防护外壳203用于固定和防护 电动推杆204，以保证电动推杆204的使用寿命。
[0064]
具体的，如图10所示，在本实施例中，为了保证流动化回填材料的流平 性能，设置的中空立杆305至少有六个，且若干个中空立杆305围绕搅拌桶 101的中心轴呈环向等角度布置，若干吹气孔306均朝向搅拌桶101的中心轴 设置，通过设置多个中空立杆305以及将若干吹气孔306均朝向搅拌桶101的 中心轴设置，可以保证流动化回填材料中能够形成丰富的微小气泡。
[0065]
具体的，如图4和图8-9所示，在本实施例中，为了保证气泵301的使用 寿命，设置的吹气组件3还包括单向阀304，单向阀304固定安装在连接管303 上，且单向阀304的导通方向背向气泵301设置，设置的单向阀304可防止搅 拌桶101内部的物料通过吹气孔306反流入中空立杆305的内部，可有效防止 搅拌桶101内部的物料最终流入气泵301导致气泵301损坏。
[0066]
具体的，如图4和图9所示，在本实施例中，为了提高该装置的稳定性， 设置的搅拌组件1还包括轴承座109，轴承座109固定安装在搅拌桶101的底 部，轴承座109内部轴承的内圈与搅拌轴105的侧部固定连接，设置的轴承座 109可以增加搅拌轴105的稳定性，可避免搅拌轴105给电机104施加切向力 而影响电机104的使用寿命。
[0067]
具体的，如图4所示，在本实施例中，为了防止该流动化回填材料制备 用搅拌装置工作过程中搅拌桶101内部的物料溅出，设置的搅拌组件1还包括 喇叭形围板110，喇叭形围板110固定安装在搅拌桶101的上部，且喇叭形围 板110的内环边缘的纵截面为圆形，设置的喇叭形围板110可防止该流动化回 填材料制备用搅拌装置工作过程中搅拌桶101内部的物料溅出。
[0068]
具体的，如图10所示，在本实施例中，为了保证搅拌效果以及搅拌效率， 设置的搅拌叶106至少设置有三个，且搅拌叶106围绕搅拌轴105呈环向等角 度布置，且搅拌叶106以及搅拌轴105均平行于搅拌桶101的中心轴设置。
[0069]
其中，搅拌设备的工作原理为：请参考图4-图10所示，本实施例提供的 搅拌设备在使用时，提前将气泵301打开，可防止搅拌桶101内部的物料通过 吹气孔306反流入中空立杆305的内部，可有效防止搅拌桶101内部的物料最 终流入气泵301导致气泵301损坏，然后通过搅拌桶101的上部将流动化回填 材料的制备原料加入搅拌桶101的内部，然后启动电机104，电机104带动搅 拌轴105旋转，搅拌轴105带动若干搅拌叶106以及连接杆107旋转，若干搅 拌叶106以及连接杆107旋转过程中对加入的流动化回填材料的制备原料搅拌 均匀形成流动化回填材料，气泵301将空气通过连接管303抽入环形管302中， 然后通过中空立杆305上的若干吹气孔306吹出，可以实现将空气融入流动化 回填材料中的目的，同时在若干搅拌叶106以及连接杆107的旋转作用下使得 空气在流动化回填材料中形成丰富的微小气泡，从而增强流动化回填材料的 流平性能，下料时，控制电动推杆204驱动堵料板202从从下料口201上拔出 即可，下料完毕后，控制电动推杆204驱动堵料板202插入下料口201上即可。
[0070]
综上：本实施例提供的由建筑垃圾细料制备低强度流动化回填材料设计 方法，利用建筑垃圾生产过程中产生的不可再生细料，通过添加水泥、掺合 料、水等材料，制备出与回填土强度相接近的回填材料，主要用于开挖沟槽、 桥背、基坑等的回填工程，采用这种设计方法，能够设计出满足回填材料的 流动化填筑要求，实现回填材料的自密实，采用这种设计方法设计的回填材 料，其后期强度能够实现在0.3～1.0mpa之间的低强度，满足工程
上对于基坑、 沟槽、桥背等对回填材料的强度要求，也能够保证回填材料与周围土体材料 强度的一致性，并具备可重复开挖性的特点。采用此设计方法制备的材料， 在材料费用和施工费用上与回填土施工的费用单价基本持平，其经过对回填 材料的流动化处理，可以实现填筑的自流平、自密实效果，避免了对常规回 填材料的压实作用，其以建筑垃圾细骨料为主要成分，对将其进行流动化处 理后，制备成一种低强度，自流平、自密实特性的回填材料，用于工程建设 中出现的各种开挖回填，采用“流动化施工技术”把建筑垃圾用于回填工程 中，不但大大提高了建筑垃圾的再生利用率，而且施工工艺简便易行，不需 要专门的施工机械设备，工程造价较低，易于推广应用，同时也避免了由于 压实质量差造成各种病害的发生。
[0071]
其中，图2是本发明实施例中的流动化回填材料回填基坑浇筑完成后的 图片；图3是本发明实施例中的流动化回填材料回填基坑浇筑完成1个小时 后的表面泌水图片。
[0072]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而 言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行 多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限 定。