本发明公开了一种新型的土木工程材料，具体是一种利用含红砖的建筑垃圾生产的专门用于沟槽回填的低强度混凝土，适用于挡土墙墙背回填、桥涵台背回填、道路加宽路基回填、城市道路管沟回填、检查井周边回填、地下工程及狭小建筑基坑回填等工程。
背景技术：
：近二十年以来，随着我国经济飞速发展以及城市扩建速度不断加快，大量老旧建筑物或道路桥梁被拆除，产生了大量建筑垃圾。据不完全统计，我国每年产生的建筑垃圾约为4000万吨，其中废弃混凝土结构建筑垃圾为1360万吨，约占建筑垃圾总量的三分之一。而目前我国建筑垃圾以填埋、露天堆存为主，危害严重，资源化率不足5％，资源化处理设施缺乏，产业发展处于起步阶段。全国范围内，建筑垃圾多数还是填埋堆放，垃圾围城、垃圾围村比较普遍，而且由于很多城市没有专门建筑垃圾填埋场，建筑垃圾乱堆乱倒的现象非常猖獗，多是非法堆放。据央视新闻2013年10月8号和10号报道，北京市目前有正规建筑垃圾填埋场25家，而非法填埋场在50家以上，这些填埋场占地毁林，污染环境。因此，如何解决如此之多的建筑垃圾，已经成为世界各国研究的热点。据有关部门预测，中国每年20亿m2以上的工程建设将持续10～15年。同时每年会产生约6亿吨的建筑垃圾。而每万m2拆除的旧建筑将产生7000～12000吨建筑垃圾。我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30％～40％。与此同时，在道路建设和维修养护中，有些工程部位的回填无法进行有效压实。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。目前，国内针对上述回填工程中出现的问题提出了一些新材料和新技术，如气泡轻质土、流态粉煤灰、陶粒粉煤灰混凝土等。气泡轻质土容重小、流动性高，可通过管道泵送，但其水泥用量高，且引入气泡使其施工过程较为复杂，导致材料造价也偏高。流态粉煤灰回填速度快，施工工艺简单，造价较低，但在地下水丰富的地方回填受水的影响较大，硬化后裂缝较多，早期强度偏低。陶粒粉煤灰混凝土密度小、强度高、压缩模量大，采用振捣成型且无需压实，可消除回填压实的“死角”，但其水泥用量较高，造价偏高。因此，上述材料大都难以在回填工程中大规模推广应用。建筑垃圾主要包括废混凝土、废砂浆、废砖、废瓦和渣土等，经分选、破碎、筛分加工后,大多可以作为再生材料重新利用。但由于我国建筑垃圾分类工作欠完善，建筑垃圾中土、砖、石等杂质含量较多，成分复杂，质量差异较大；加之，我国在建筑垃圾综合利用方面的有用技术少，已有技术的成熟度仍较低，难以大规模推广应用。目前，建筑垃圾中由原生混凝土破碎、筛分后制得的再生粗、细骨料能够获得较好的再生利用，而土、石等杂质含量高、红砖含量大的城市建筑垃圾综合利用率较低，极易产生二次污染问题，影响了城市建筑垃圾的综合再生利用。技术实现要素：本发明的目的在于：1.提供一种完全利用建筑垃圾生产的新材料，扩宽建筑垃圾再生利用的新途径；2.解决某些部位回填施工中回填材料不易被有效压实的回填施工难题；3.更为重要的是解决目前管沟回填后不利于人工开挖的情况，减少市政工程中不必要的资源浪费，同时充分利用各种规格的建筑垃圾。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种利用含红砖建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土及其施工工艺，该工艺利用城市建设过程中产生的建筑垃圾进行再生利用，并选取其中质量较差、再生利用率较低的含红砖的建筑垃圾生产一种适用于沟槽回填的低强度混凝土。一种利用含红砖建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土，该低强度混凝土由建筑垃圾再生粗料、建筑垃圾再生细料、水泥、掺合料和水配制拌和而成，再生粗料的粒径在4.75～26.5mm之间，再生细料的粒径小于4.75mm。通过对建筑垃圾再生产品的规格、质量进行严格分类和管理，以及其他工程技术措施处理，使得该材料充分利用各种规格的建筑垃圾再生集料，同时又能满足管沟回填的技术要求，而且低强度混凝土硬化后的力学强度根据工程需要进行调节，其1d强度调节范围为0.4MPa～1.0MPa，28d强度调节范围为2.0MPa～6.0MPa。利用含红砖的建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土的各组分及其用量指导性范围如表1所示：表1利用含红砖的建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土的各组分及其用量指导性范围表注：掺合料掺量为建筑垃圾再生集料总质量的百分比；其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5R，根据施工水平、设计指标等合理选择水泥用量。所述建筑垃圾为城市房屋建筑等基础设施建设和拆除过程中产生的建筑类垃圾材料，建筑类垃圾材料包括红砖类、废旧或废弃的混凝土类、砂浆类、砖瓦类等材料以及产生的粉尘和其他杂质材料。建筑垃圾再生粗料是其在分选、破碎、筛分过程中产生的粒径在4.75～26.5mm之间，再生细料是粒径小于4.75mm的建筑垃圾。建筑垃圾再生集料应符合下列技术要求：(1)再生粗料大于26.5mm的颗粒含量小于10％(2)再生细料大于4.75mm的颗粒含量小于10％；(3)再生细料小于0.075mm的颗粒含量大于8％；(4)建筑垃圾再生集料有机物含量小于1％；(5)建筑垃圾再生集料不能含有对地下水、土壤产生污染的重金属等有害成分。掺合料为矿渣粉、粉煤灰、磷渣粉、硅灰、粘性土等，须经利用含红砖的建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土性能试验合格后方可使用，其技术要求应符合《公路工程水泥混凝土外加剂与掺合料应用技术指南》的要求。本发明所述材料均为干燥时的质量。所述水为可饮用的自来水。本发明所提供的利用含红砖建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土的具体测量仪器设备、测量方法：参考《公路工程水泥及水泥混凝土试验规范》(JTEE30-2005)“水泥混凝土拌合物稠度试验方法(坍落度仪法)(T0522-2005)”测量沟槽混凝土拌合物和易性，测量精确至1mm，结果修约至最接近的5mm。一种利用含红砖建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土施工工艺，该工艺的实施方法如下：S1、测定建筑垃圾再生粗料的含水率：参考《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)“粗集料含水率试验(T0305-1994)”测量所用建筑垃圾再生粗料的含水率，精确至0.1％，以两次试验结果的算术平均值作为测定值。S2、测定建筑垃圾再生细料的含水率：参考《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)“细集料含水率试验(T0332-2005)”测量所用建筑垃圾再生细料的含水率，精确至0.1％，以两次试验结果的算术平均值作为测定值。S3、测定建筑垃圾再生粗料的吸水率和表观密度：参考《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)“粗集料密度及吸水率试验(容量瓶法)(T0308-2005)”测量所用建筑垃圾再生粗料表观密度精确至小数点后3位；吸水率精确至0.1％。以两次试验结果的算术平均值作为测定值。S4、测定建筑垃圾再生细料的吸水率和表观密度：参考《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)“细集料密度及吸水率试验(T0330-2005)”测量所用建筑垃圾再生细料表观密度精确至小数点后3位；吸水率精确至0.1％。以两次试验结果的算术平均值作为测定值。S5、确定原材料和试验室配合比：确定好原材料后，按下列步骤进行利用含红砖建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土的试验室配合比设计：S5.1确定沟槽混凝土的配制强度fcu,o(MPa)和预期坍落度T(mm)控制指标；S5.2根据沟槽混凝土的配制强度fcu,o(MPa)和水泥实际强度fce确定其自由水灰比W1/C；S5.3确定沟槽混凝土砂率μ；S5.4根据砂率μ、水灰比W1/C和预期坍落度T确定沟槽混凝土自由水用量W1(kg/m3)；S5.5根据自由水灰比W1/C和自由水用量W1，计算确定水泥用量C(kg/m3)；S5.6通过混凝土配合比设计方法中的绝对其体积法确定建筑垃圾再生粗料用量G(kg/m3)，以及建筑垃圾再生细料用量S(kg/m3)；S5.7根据再生集料总质量计算掺合料用量F(kg/m3)S5.8根据建筑垃圾再生集料吸水率计算附加水用量W2(kg/m3)；S5.9将自由水用量W1与附加水用量W2相加得到总用水量W(kg/m3)；S5.10进行沟槽混凝土的试拌，检验试拌沟槽混凝土的和易性、强度、耐久性指标；S5.11选择和易性、强度和耐久性满足设计要求的配合比为沟槽混凝土的最终试验室配合比。S6、根据试验室配合比换算施工配合比：(1)计算实际建筑垃圾再生粗料用量：GR＝G×(1+a)；(2)计算实际建筑垃圾再生细料用量：SR＝S×(1+b)；(3)计算实际掺合料用量：FR＝F×(1+c)；(4)计算实际用水量：WR＝W-(GR-G)-(SR-S)-(FR-F)；其中：GR——实际建筑垃圾再生粗料用量，kg/m3；G——配合比中建筑垃圾再生粗料用量，kg/m3；SR——实际建筑垃圾再生细料用量，kg/m3；S——配合比中建筑垃圾再生细料用量，kg/m3；FR——实际掺合料用量，kg/m3；F——配合比中掺合料用量，kg/m3；a——实测建筑垃圾再生粗料的含水率，％；b——实测建筑垃圾再生细料的含水率，％；c——实测掺合料的含水率，％；WR——实际用水量，kg/m3；W——配合比中水的用量，kg/m3。S7、将称量好的建筑垃圾再生粗料、建筑垃圾再生细料依次倒入搅拌锅中。S8、加水，搅拌30s左右使再生集料与水充分接触，然后浸泡约3分钟。S9、加入水泥和掺合料，再次搅拌8～10分钟，即得利用含红砖建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土。本发明所提供的利用含红砖建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土的施工方法如下：S1、基坑清理：彻底清除基坑中的虚碴、浮土等杂物，基坑内保证无积水，并夯实整平，对周边已经压实的路基，将其边缘部位切削整齐。S2、原材料抽检与堆放：原材料进场后及时抽检，并合理堆放，特别是水泥要做防潮处理。S3、施工机械：对于快速抢修工程宜采用现场直接拌和，建议采用2台滚筒式搅拌机加2台人工小推车加2副溜槽，或其他类似设备。S4、混合料搅拌：根据原材料的含水率检测结果，严格控制各种原材料用量，外加水量以混合料达到设计坍落度为准，原材料为建筑垃圾再生集料、掺合料；称量各种原材料时，各种衡器必须保持准确；混合料使用滚筒式搅拌机，并且按照上述拌和流程进行搅拌，拌制前应将结块的建筑垃圾再生细料、掺合料等打碎后再掺入拌和。拌制好的混合料坍落度应符合设计坍落度值，不离析、不泌水。S5、混合料运输：将拌制好的混合料用人工小推车或其他运输工具运至指定地点，并顺溜槽直接倒入基坑中指定位置，浇筑要求不间断。S6、混合料浇筑：浇筑混合料前对支架、模板进行检查，模板内的杂物、积水清理干净；模板如有缝隙应填塞密实，模板内侧刷脱模剂；混合料倾卸高度不大于2米，高差较大时要设置导流槽；混合料应按厚度、顺序和方向分层浇筑，浇筑完成后采用振动器振实即可，施工层厚不宜大于2米，当回填部位高度大于2米时，采用分层施工方法；分层施工时，底层混合料应充分振实且保证其不离析、不泌水，而后开始上层施工；当基坑中混合料有明显离析时，用铁耙等工具搅拌均匀；浇筑完毕后对基坑中的混合料用刮板进行整平，浇筑高度达到设计高度时停止施工；对于地上填筑路堤的情况，应在沟槽两端设置挡板，或用装满土石料的麻袋堆砌成挡墙，防止混合料的外溢，应保证挡板或挡墙满足支撑结构强度要求。当气温低于5℃时应停止浇筑。S7、混合料养护：混合料浇筑完成后，应在表层结硬后撒布适量水进行养生，或洒水后覆盖塑料膜养生，亦可覆土养生，养生时间视施工要求和硬化时间而定，一般宜保证1d以上，养生期间禁止车辆、行人通过。S8、封层：作为路基回填材料使用时，养生完毕后可在混合料上直接进行其他路基土回填、道路垫层回填等工程施工；作为道路垫层使用时，应在硬化后的混合料上进行封层处理后开始道路基层施工，封层可采用洒布乳化沥青、水泥浆等方式；作为基坑回填材料使用时，应在硬化后的混合料上进行封层处理，封层结构一般为8％的石灰土，压实标准符合原地基处理标准，封层施工完毕后应与原地面平齐；台背、涵背回填封层宜用石灰土和灰土碎石回填，压实度不小于96％。封层厚度宜为30cm～60cm。与现有回填材料相比较，本发明具有以下有益效果：1、经济环保：建筑垃圾再生集料本身为一种含有部分红砖、砂浆、混凝土，以及微粉和有机杂质等的混合材料，质量较差，再生利用率较低。本发明所提供的材料可大量使用上述建筑垃圾再生集料，为建筑垃圾的综合再生利用开辟了新的途径，经济又环保。2、良好的施工性：本发明所提供材料具有良好的和易性，浇筑时不需要大型器械碾压作业，只需要轻微振实，即可达到较高的密实度，可进行窄小空间或其他不便于大型器械压实操作的区域施工。3、解决了道路路基开槽、挡土墙墙背及桥台台背等工程部位回填时后难以进行人工开挖的问题，方便了回填部位管线等后期养护和维修工作。4、强度可调节：本发明所提供材料的强度可根据工程需要进行调节，通常情况下1d强度调节范围为0.4MPa～1.0MPa，28d强度调节范围为2.0MPa～6.0MPa。5、适用范围广：所用原材料(如建筑垃圾再生集料、掺合料等)价格较为低廉，施工工艺简单，适用于多种类型的回填工程。应用于不同工程类型的利用含红砖建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土坍落度值应满足表2的要求。表2利用含红砖建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土和易性评价标准和易性坍落度/mm适用范围和易性较差50＜，≤100较大空间的管沟、路基等回填工程一般和易性100＜，≤150一般的回填工程和易性较好150＜存在狭窄操作空间的回填工程以下结合具体实施方式对本发明进行进一步说明。具体实施方式实施例1某城市道路管沟回填施工，因管线保护和建筑界限狭窄，不能使用大型压实机械进行压实，且工程要求后期可开挖。采用本发明提供的利用含红砖建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土作为回填材料，具体实施方式如下：施工材料：所用水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级42.5R；建筑垃圾再生集料为某一再生厂生产，再生粗料含水率为3％，再生细料含水率为3％，符合上述再生集料技术要求；粉煤灰为F类Ⅰ级，含水率为2％，其质量均符合国家技术标准；水为可饮用自来水。施工过程：S1、清理管沟：清除管沟中的虚碴、垃圾等杂物，管沟内无积水。S2、原材料抽检与堆放：对建筑垃圾再生集料、水泥、粉煤灰、减水剂等原材料进行抽检，质量符合国家相关规范标准的规定。S3、施工机械：采用2台滚筒式搅拌机+2台人工小推车+2副溜槽。S4、混合料搅拌：选定的利用含红砖建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土的配合比为水泥51kg/m3，粉煤灰180kg/m3，建筑垃圾再生粗料541kg/m3，建筑垃圾再生细料1263kg/m3，水442kg/m3。采用滚筒式搅拌机进行搅拌，每次搅拌量约为0.2m3，搅拌过程符合上述沟槽混凝土制备流程。S5、混合料运输与浇筑：将拌制好的混合料顺溜槽直接倒入管沟中指定位置，由于回填部位高度大于2米，浇筑过程中采用振动器对混合料进行分层振实，全部浇筑完毕后对管沟中的混合料进行整平。S6、混合料养护：浇筑完成后，在表层凝结时(约6h)喷洒适量水养生，养生期间禁止车辆、行人通过。养生完毕后(约1d)进行封层等工序的施工。施工效果：施工过程中，本发明所提供材料的坍落度值达到了150mm，不离析、不泌水，1d强度达到0.5MPa，28天强度达到3.0MPa，满足了对管沟回填的强度要求。实施例2某城市道路出现路面塌陷，需进行回填处理，采用本发明提供的利用含红砖建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土作为回填材料，具体实施方式如下：施工材料：所用水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级42.5R；建筑垃圾再生集料为某一再生厂生产，再生粗料含水率为4％，再生细料含水率为4％，符合上述再生集料技术要求；粉煤灰为F类Ⅲ级，含水率为5％，其质量均符合国家技术标准；水为可饮用自来水。施工过程：S1、清理基坑：清除基坑中的虚碴、浮土等杂物，并夯实整平，其边缘部位切削整齐。S2、施工机械：采用2台滚筒式搅拌机+2台人工小推车+2副溜槽。S3、混合料搅拌：选定的利用含红砖建筑垃圾生产的低强度沟槽混凝土的配合比为水泥120kg/m3，粉煤灰178kg/m3，建筑垃圾再生粗料1260kg/m3，建筑垃圾再生细料745kg/m3，水421kg/m3。采用滚筒式搅拌机进行搅拌，每次搅拌量约为0.2m3，搅拌过程符合上述沟槽混凝土制备流程。S4、混合料运输与浇筑：将拌制好的混合料顺溜槽直接倒入管沟中指定位置，由于回填部位高度大于2米，浇筑过程中采用振动器对混合料进行分层振实，全部浇筑完毕后对管沟中的混合料进行整平。S5、混合料养护：浇筑完成后，在表层结硬时(约6h)喷洒适量水养生，养生期间禁止车辆、行人通过。养生完毕后(约1d)进行封层等工序的施工。施工效果：施工过程中，本发明所提供材料的坍落度值达到了100mm，不离析、不泌水，1d强度达到0.8MPa，28天强度达到5.2MPa，既满足了快速回填处理的要求，又符合对路面基层的强度要求。当前第1页1 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