专利名称：：一种用于寒区的土工填料的制作方法
技术领域：
：本发明属于土木建筑材料
技术领域：
，具体涉及一种用于寒区的土工填料。
背景技术：
：我国有超过三分之二的国土位于常年或季节性寒区，在这些地区修筑道路和其它填土工程时常会遇到软弱地基处理和气候冷暖交替形成的冻融作用对填筑工程的破坏问题，填土发生冻胀、隆起和开裂。软弱地基填土容易产生承载力不够以及不均匀沉降。这样的难题不加以防范，就可能引起路面破坏、地基失稳和变形过大等工程灾害。尽管国内外公开了采用聚苯乙烯块体作为填筑材料；可以一定程度防止冻张破坏和减小填料重度，但对于不规则形状的填筑和强度要求较高的填筑，聚苯乙烯块体的切割会增加设备使用量和施工周期，强度不够还会导致过大的变形破坏。
发明内容本发明的目的在于克服上述现有技术中的缺点，提供一种用于寒区的土工填料，将废铸砂、粉煤灰、水泥和聚苯乙烯颗粒四种材料在水相介质中混合制成凝固体，用于生产，可大量使用废铸砂和粉煤灰，做到废料利用，减少了废铸砂和粉煤灰对环境的污染，节约大量的工程填土，具有成本低廉，原料来源广泛，且抗冻胀性、整体强度性和低密度性能优于工程填土。本发明的目的是由以下的技术方案来实现的一种用于寒区的土工填料由下列质量百分比的原料配比制成废铸砂50%~65%、粉煤灰8%~30%、水泥3%~10%、聚苯乙烯颗粒0,3%1.0%、水14%~20%。所述土工填料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配比所制成废铸砂60%、粉煤灰17.8%、水泥3.7%、聚苯乙烯颗粒0.6%、水17.9%。所述土工填料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配比所制成废铸砂56.8%、粉煤灰17%、水泥8.8%、聚苯乙烯颗粒0.4%、水17%。所述土工填料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配比所制成废铸砂56.4%、粉煤灰16.9%、水泥8.7%、聚苯乙烯颗粒1.0%、水17%。所述土工填料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配比所制成废铸砂58.3%、粉煤灰17.5%、水泥9.0%、聚苯乙烯颗粒0.6%、水14.6%。所述土工填料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配比所制成废铸砂62.7%、粉煤灰8.2%、水泥9.6%、聚苯乙烯颗粒0.7%、水18.8%。所述土工填料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配比所制成废铸砂50.2%、粉煤灰26.5%、水泥7.7%、聚苯乙烯颗粒0.5%、水15.1%。本发明中的粉煤灰按国家标准GBT1596—2005"用于水泥和混凝土中的粉煤灰"中F类III级标准规定的要求，对细度、含水量没有另外的要求，要求烧失量小于15%，三氧化硫含量小于3%，废铸砂为铸造工业固体废弃物，粒径需要小于l.Omm，水泥为32.5#普通硅酸盐水泥，聚苯乙烯颗粒粒径在粒径为2-4mm，球形。用水选用不含有害杂质的洁净水，一般自来水即可。本发明的机理本发明材料中的废铸砂颗粒细小，平均90%的颗粒分布在0.15-0.8mm级配，颗粒接触面积大，颗粒间的摩擦力也大，有利于填料的密实和产生较高的抗剪强度，废铸砂颗粒矿物成分以稳态二氧化硅(Si02)为主，性质稳定。本发明材料中的粉煤灰颗粒不仅细小，级配在0.075-0.5mm，有利于填充废铸砂颗粒颗粒的孔隙，且具有一定的水硬胶凝性能，在水相介质下，粉煤灰颗粒表面游离氧化钙(Ca02)和二氧化硅(Si02)与硫酸盐产生水化反应生成水化硅酸钙(C-S-H)凝胶，将周围颗粒介质胶结，同时，粉煤灰颗粒比表面积大，有利于颗粒与水分充分接触和发生水化反应。本发明材料中的水泥具备很强的水化反应活性，可以迅速形成水化产物，包括硅酸三钙3CaO.Si02(C3S)、硅酸二钙2CaO.Si02(C2S)、铝酸三钙3CaO.Al203(C3A)和铁铝酸四钙4CaOAl203.Fe203(C4AF)，将周围颗粒介质胶结，形成一定强度，增加材料的整体性和抗腐蚀性。本发明材料中的聚苯乙烯颗粒是一种热不敏、低密度的球形颗粒材料，粒径为2-4mm，堆积密度为0.014g/cm3，堆积密度是工程填土的1%，掺加到填料中后可以明显减小填料的热传导性和密度，可以提高填料的抗冻胀性，同时也可以减小填料的重度，另外，聚苯乙烯颗粒具有一定的弹性，在冻融循环作用下，可以提供一定的冻胀空间，进一步防止填料整体的冻胀破坏。一种用于寒区的土工填料的制作与使用方法将上述原材料混合搅拌均匀后就可作为填筑工程的土工填料。本发明在实际应用时可使用传统的搅拌和填筑法施工，这些施工方式所需大型设备较少，可以较大幅度节约成本。将本发明用于填筑工程时，抗冻胀性、强度整体性和低密度性优于工程填土，可以达到寒区填筑工程的目的。本发明采用上述技术方案后，主要有以下优点和效果(1)采用废铸砂和粉煤灰为主要原料配方，在填筑工程材料的制作上，避免了大量使用工程填土为原料，节约了土地资源，变废为宝，保护环境。(2)本发明所使用的主要材料为废铸砂和粉煤灰，材料来源广泛，价格低廉的材料，因此实际运营成本也较低，便于推广应用。(3)本材料为自硬性材料，与使用工程填土作为填筑材料相比，填筑后强度、整体性和抗冻胀性得到提高，有助于防止冻融循环破坏。(4)本材料为热不敏性材料，与使用工程填土作为填筑材料相比，在冻融循环作用下的热传导率低，受寒区温度变化影响小。(5)本材料具有弹性伸缩储备空间，可以抵消发生的冻胀量，进一步防止整体表观冻胀。(6)本材料为低密度材料，与使用工程填土作为填筑材料相比，密度降低30%-50%，可以明显降低地基不均匀沉降。(7)本材料为强度可控制材料，与使用工程填土作为填筑材料相比，通过调整组份配比，可以调整或提高材料强度。(8)本材料可以任意成形，可填筑材料聚苯乙烯块体相比，可以填筑任意形状空间，不受形状约束，并且施工简便、快捷，工作量小，强度高，成本低。(9)本发明的土工填料可广泛用作高速公路路堤(图1)，挡土墙回填工程(图2)，管线回填工程(图3)，并可根据不同的工程要求调整添加量，可以满足多种工程的要求。图l:土工填料用作高速公路路堤的示意图。附图标记l-路面、2-隔离填土、3-土工填料、4-原地基。图2:土工填料用作挡土墙回填工程的示意图。附图标记3-土工填料、4-原地基、5-挡土墙。图3:土工填料用作管线回填工程的示意图。附图标记3-土工填料、4-原地基、6-地下管线护管。图1是说明本发明可用于高速公路路堤，不仅可以防止路面发生冻胀、隆起、破坏，还可以减小路堤的重量，减小路基的沉降，保证路面的平整和路堤的稳定性。图2是说明本发明可用于挡土墙回填工程，可以防止回填料冻胀、隆起，还可以防止挡土墙发生侧向变形和开裂，同时也可以减少地基附加应力，防止发生不均匀沉降。图3是说明本发明可用于管线回填工程，可以防止回填料冻胀、隆起，还可以防止管线变形、破坏、连接失效。具体实施例方式下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明中的具体实施方式采用常规的制造方法。实施例1一种用于寒区的土工填料的组份及其配合比例的质量百分比如下废铸砂60%粉煤灰17.8%水泥3.7%聚苯乙烯颗粒0.6%水17.9%。实施例2一种用于寒区的土工填料的组份及其配合比例的质量百分比如下废铸砂56.8%粉煤灰17%水泥8.8%聚苯乙烯颗粒0.4%水17%。实施例3一种用于寒区的土工填料的组份及其配合比例的质量百分比如下:废铸砂56.4%粉煤灰16.9%水泥8.7%聚苯乙烯颗粒1.0%水17%。实施例4一种用于寒区的土工填料的组份及其配合比例的质量百分比如下:废铸砂58.3%粉煤灰17.5%水泥9.0%聚苯乙烯颗粒0.6%水14.6%。实施例5一种用于寒区的土工填料的组份及其配合比例的质量百分比如下:废铸砂62.7%粉煤灰8.2%水泥9.6%聚苯乙烯颗粒0.7%水18.8%。实施例6一种用于寒区的土工填料的组份及其配合比例的质量百分比如下:废铸砂50.2%粉煤灰26.5%水泥7.7%聚苯乙烯颗粒0.5%水15.1%。实施例7:对用于寒区的土工填料进行性能试验测定结果分别将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6的原材料混合搅拌均匀并成型试块后，对其进行性能测试，试验方法和结果如下1)试块的抗压强度的测定，具体参照GB/T50123-1999《土工试验方法标准》。2)试块的热传导系数的测定，具体参照GB/T50123-1999《土工试验方法标准》。表1材料的抗压强度和热传导系数<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>从以上数据可以看出，本发明的土工填料的7天抗压强度可以达到65-292kPa，28天抗压强度可以达到116-664kPa，强度达到或者超过一般工程填土抗压强度(100-300kPa)，具有较好的强度和整体性，7天热传导系数可达到0.40-0.74W/(m'K)，28天热传导系数可达到0.35-0.53W/(rtvK)，热传导性比一般工程填土(1.4-1.8W/(nrK))低，具有较好的热不敏性，28天密度可以达到0.97xl0M.35xl03kg/m3，比一般工程填土天然密度(1.7xlo3-2.0xl()3kg/m3)低，具有较低的密度。本实施例1~6的土工填料均可作寒区的填筑工程的土工填料。权利要求1.一种用于寒区的土工填料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配比所制成废铸砂50％～65％、粉煤灰8％～30％、水泥3％～10％、聚苯乙烯颗粒0.3％～1.0％、水14％～20％。2.根据权利要求1所述的土工填料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配比所制成废铸砂60%、粉煤灰17.8%、水泥3.7%、聚苯乙烯颗粒0.6%、水17.9%。3.根据权利要求1所述的土工填料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配比所制成-废铸砂56.8%、粉煤灰17%、水泥8.8%、聚苯乙烯颗粒0.4%、水17%。4.根据权利要求1所述的土工填料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配比所制成废铸砂56.4%、粉煤灰16.9%、水泥8.7%、聚苯乙烯颗粒1.0%、水17%。5.根据权利要求1所述的土工填料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配比所制成废铸砂58.3%、粉煤灰17.5%、水泥9.0%、聚苯乙烯颗粒0.6%、水14.6%。6.根据权利要求1所述的土工填料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配比所制成废铸砂62.7%、粉煤灰8.2%、水泥9.6%、聚苯乙烯颗粒0.7%、水18.8%。7.根据权利要求1所述的土工填料，其特征在于它是由下列质量百分比的原料配比所制成废铸砂50.2%、粉煤灰26.5%、水泥7.7%、聚苯乙烯颗粒0.5%、水15.1%。全文摘要一种用于寒区的土工填料。由废铸砂、粉煤灰、水泥、聚苯乙烯颗粒和水按一定质量百分比配制而成。本发明的土工填料，经试验测定密度可达到0.97×10<sup>3</sup>-1.35×10<sup>3</sup>kg/m<sup>3</sup>，抗压强度可达到60-292kPa/7天，抗压强度可达到116-664kPa/28天，同时本发明的土工填料还可以增强抗冻融性能，热传导系数可达到0.40-0.74W/(m·K)/7天，热传导系数可达到0.350-0.53W/(m·K)/28天。本发明可以减少寒区填土工程的冻胀破坏，可以将对环境产生污染的废铸砂和粉煤灰再生为工程中可以应用的土工填料。所用的原料为工业中的次生废料，原料来源量大面广，价格便宜，可以降低成本。文档编号C04B16/08GK101386500SQ20081015590公开日2009年3月18日申请日期2008年10月10日优先权日2008年10月10日发明者于永堂,安邓申请人:河海大学