本发明具体涉及一种工程废弃物泥浆沉渣和废弃泡沫的资源化利用，属于环保材料制备方法和废弃物综合利用方法领域。
背景技术：
改革开放以来，我国公路建设得到突飞猛进的发展，而“十二五”时期是我国交通运输发展进程中极不平凡的5年。公路网络不断延伸，全国公路通车总里程达457万公里，西部地区81％的建制村实现通畅，全国96％的县城实现二级及以上等级公路连通。而桥梁作为各条公路连接的主体，在交通事业中起到了决定性的作用，桥梁的架设使人们得到了更加广阔的探寻空间。随着公路网建设的快速发展，无论是新造桥还是改扩建桥的数量都在快速增多，随之而来的一些问题也日益突出。
桥梁在钻孔灌注桩施工过程中产生了大量的废弃泥浆，而现有技术并没有很好的处理办法。施工单位乱排乱放，对环境造成了很大的污染。对于含砂量比较高的废弃泥浆，常规的处理方案是在施工现场开挖泥浆池让其自然沉淀之后再采用渣土车外运处理。然而泥浆转运之后并没有做有效处理，泥浆沉淀后含水率仍高于液限，大面积的沉淀池处于无人看管的状态，给周围环境留下了很大的安全隐患。
公路建设在路基回填与桥背回填时需要大量的土方，取土难、运输量大一直是公路建设成本居高不下的一个重要原因。我国土地资源紧缺，坚持资源节约优先；引导和支撑循环经济发展，强化废弃物减量化、资源化利用与安全处置，加强发展循环经济的共性技术研究；优先综合治污与废弃物循环利用，开发废弃物等资源化利用技术，建立发展循环经济的技术示范模式。如何充分利用现有废弃物，降低工程费用是设计人员、科研人员和施工人员考虑的一个重要问题。所以，探寻一种安全适用、技术可靠、经济合理以及环境和谐的回填料是广大工程参与者亟待解决的问题。
桥头跳车是由于桥梁与其两侧常见的填土路堤衔接处存在较大的刚度差，由此导致桥台与桥台台背填土间的差异沉降，引起路面断裂、搓台，导致行驶的车辆在此处产生跳跃。桥头跳车成为目前我国公路质量通病的一种，不仅对行车的速度和舒适度有着恶劣的影响，而且对道路桥梁的运行存在着极大的影响。目前常用的解决方案如换填建筑材料、地基加固处理、台背压浆处理、设置桥头搭板等，但桥头跳车现象仍然十分普遍，每年都需要投入大量的人力物力进行养护，取得的效果也不甚理想。
鉴于以上问题综合考虑，大量的钻孔灌注桩废弃泥浆需要外运处理，而桥台台背也需要大量的土方回填。是否能找到一种切实可行的方案，使得泥浆沉渣代替土方作为桥背回填料。此外，引起桥头跳车的主要原因是桥背回填土自重大、工后沉降大，与桥台产生沉降差。如果能再加入一些轻质材料，在满足强度要求的同时又具有较轻的自重，使得处理后的泥浆沉渣自重轻、强度高、工后沉降小，将成为解决桥头跳车的一个有效的处理方式。这样既能解决泥浆沉渣随处堆放占地污染的问题，又能解决回填土取土难、运输量大的难题，还能节省运费，降低工程造价。
目前常用在路基上的轻质材料有发泡剂、橡胶颗粒等。发泡剂性质稳定，使用较为成熟，但成本较高；橡胶颗粒密度相对较大，在配制轻质土时轻量化效果相对较差。聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)，性质稳定且密度很小，通常为0.01～0.02g/cm3。EPS性能良好，广泛应用于生产和生活当中，但是EPS很难循环利用，从而产生了大量的废弃物。EPS由于其化学性质比较稳定，在自然状态下几十年甚至上百年都不能降解或者腐烂，对环境造成了严重的污染。若是能利用其质轻、性质稳定的特点，将废弃泡沫颗粒应用到回填料中，这样既能解决废弃泡沫带来的白色污染问题，又能使废弃泡沫变废为宝成为一种可用资源。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种桥背回填料及其配制方法，是通过固化回收废弃砂性泥浆沉渣制得，将废弃砂性泥浆沉渣改良成桥背回填料，即可充分利用现有废弃物，又可减少工程用土征地的面积。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
固化回收废弃砂性泥浆沉渣制得的桥背回填料，其特点在于：所述桥背回填料的原料包括废弃砂性泥浆沉渣、水泥和废弃泡沫颗粒；其中，水泥质量占废弃砂性泥浆沉渣质量的10％～12％，废弃泡沫颗粒体积占废弃砂性泥浆沉渣体积的30％～60％。
其中，所述水泥为硅酸盐水泥，密度为2.90～3.15g/cm3。所述硅酸盐水泥优选为32.5#普通硅酸盐水泥。
所述废弃泡沫颗粒的粒径为2～4mm，空隙率为30％～40％，堆积密度为0.01～0.02g/cm3。
所述废弃砂性泥浆沉渣的粒径级别为细粒级别，天然含水率为25.3～34.1％；粒径大于0.5mm的颗粒质量占废弃砂性泥浆沉渣质量的2.9～4.1％，粒径大于0.25mm的颗粒质量占废弃砂性泥浆沉渣质量的6.3～8.2％，粒径大于0.075mm的颗粒质量占废弃砂性泥浆沉渣质量的75.6～78.8％，塑限11.8～13.5，液限22.6～24.5，塑性指数9.1～12.7。
上述桥背回填料的配制方法，包括如下步骤：
第一步：取天然含水率的废弃砂性泥浆沉渣，烘干、碾碎并过2mm筛，将筛下泥浆沉渣充分碾碎，按质量百分比称取30％的水与碾碎后泥浆沉渣搅拌均匀，得备用泥浆沉渣；
第二步：将废弃泡沫块体手搓或粉碎成颗粒状，测量备用泥浆沉渣的质量和体积，按质量百分比称取水泥，按体积百分比称取泡沫颗粒；
第三步：将水泥加入备用泥浆沉渣中搅拌均匀，然后再加入泡沫颗粒并充分搅拌均匀，即得到配制好的桥背回填料。
本发明基于“废物利用，以废治废”的思想，根据目前公路路基回填材料的使用情况，考虑对废弃泥浆沉渣进行无害化处理。加入建筑材料水泥，有效提高泥浆沉渣的强度，在提高强度的同时考虑加入适量的废弃泡沫颗粒以降低其自重。经过无侧限抗压强度试验，能满足作为公路路基桥背回填料的标准。并且由于泡沫的加入有效降低了回填料的自重，一定程度上减少工后固结沉降，处理后的泥浆沉渣可作为桥背回填料。
本发明是将水泥作为一种固化剂加入到钻孔灌注桩废弃泥浆沉渣中，再掺入废弃泡沫颗粒作为一种桥背回填料。泥浆沉渣中细砂含量高，并且砂颗粒强度较大，在回填料中能起到骨架作用。水泥水化反应时，不仅可以消耗一定量的水降低其含水量，而且水泥水化物填充泥浆沉渣空隙的同时还起到胶结作用，既能提高密实性也提高了强度，从而达到固化泥浆沉渣的目的。废弃泡沫颗粒密度很小，将其掺入到泥浆沉渣中，起到降低回填料自重的作用，一定程度上减少工后固结沉降。本发明中，所用的轻质材料为废弃泡沫颗粒，无机结合料为水泥，回填料强度的形成与水泥的凝结硬化有密切的关系，其在桥背回填料中发挥的作用有：
水泥加入到泥浆沉渣中遇水搅拌以后，形成可塑性的水泥胶体。之后，水泥浆随时间逐渐变稠而失去塑性，期间发生着一系列连续、复杂的物理化学变化。这些物理化学反应主要有：水泥的水解和水化反应、离子交换和团粒化作用以及硬凝反应。水泥的水解和水化主要围绕泥浆沉渣进行，水泥的这些反应消耗泥浆中大量的水。泥浆沉渣中含有大量的细小砂颗粒，在受力时起嵌锁和摩阻作用，在混合料中起骨架作用。水泥起凝胶作用，水泥浆和泥浆沉渣中含有的细粒组粉粒与黏粒可以很好的结合，从而填补砂颗粒之间的空隙。随着水泥各矿物成分的水化作用不断的进行，混合料逐渐失去塑性并产生一定的强度，结构不断的紧密，使得空隙率随之减小，强度不断提高，28天以后强度增长缓慢，趋于稳定。
本发明的有益效果体现在：
1、废料的资源化利用：本发明利用的是废弃泡沫和钻孔灌注桩废弃泥浆沉渣，两者都是环境污染物。将二者结合起来作为桥背回填料充分利用了二者的优势，实现了废料的合理利用，形成一种“废物利用、变废为宝”的资源利用模式。这对我国产业升级以及建设资源节约型社会具有重大的意义和价值。
2、降低工程造价：本发明采用的是工程废弃泥浆及生活垃圾废弃泡沫，两者均是废弃物，价格低廉。作为回填料用于桥背回填，节约土方，尤其是土地资源稀缺地区，更具有经济性。并且泥浆沉渣可在原地处理，无需外运，很好的解决取土难、运输量大等问题。节约成本的同时又节省运费，从而很大程度上降低了工程造价。
3、保护环境：所用钻孔灌注桩废弃泥浆如果处理不当很容易造成环境污染，废弃泡沫也是“白色污染”的主要组成部分，二者均是环境污染物。对泥浆沉渣进行无害化处理从而避免泥浆因堆积而占用大量的土地资源，同时也避免了二者对周边环境的影响。
4、本发明技术简单，具有成本低廉、节约资源和易于推广的特点，这项技术对于环境保护、资源再生利用和经济的可持续发展具有重要的现实意义。
具体实施方式
本发明所用的钻孔灌注桩废弃砂性泥浆沉渣取自蚌埠市怀远县某工地，天然含水率30％，废弃砂性泥浆沉渣粒径级别为细粒级别，粒径大于0.5mm的颗粒质量占沉渣质量的3.2％，粒径大于0.25mm的颗粒质量占沉渣质量的7.2％，粒径大于0.075mm的颗粒质量占沉渣质量的76.3％。废弃泡沫取自某仪器外包装，揉搓可成粒，性质稳定，粒径2～4mm，空隙率为35％，堆积密度为0.015g/cm3。
实施例1
本实施例按如下步骤配制桥背回填料：
第一步：取天然含水率的代表性泥浆沉渣1.5kg，烘干、碾碎并过2mm筛，将筛下泥浆沉渣充分碾碎，按质量百分比称取30％的水与碾碎后泥浆沉渣搅拌均匀，得备用泥浆沉渣；
第二步：将废弃泡沫块体手搓或粉碎成颗粒状；测量备用泥浆沉渣的质量和体积，按质量百分比称取12％的水泥，按体积百分比称取60％的泡沫颗粒；
第三步：将水泥加入备用泥浆沉渣中搅拌均匀，然后再加入泡沫颗粒并充分搅拌均匀，即得到配制好的桥背回填料。
作为桥背回填材料的轻质土试验结果如下：无侧限抗压强度480.7kPa，密度1.24g/cm3，CBR值为11.4％。
以上试验结果表明：水泥掺入12％、泡沫掺入60％的作为桥背回填料的轻质土是可行的。按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)所做的无侧限抗压强度试验，无侧限抗压强度满足《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)中规定的轻质土作为回填土的最小强度值。按照《现浇泡沫轻质土技术规程》(CECS 249：2008)所述轻质土承载比计算方法，CBR值满足《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)中规定的CBR值。天然泥浆沉渣密度为1.86g/cm3，改良后作为轻质土的密度为1.24g/cm3，密度为沉渣的66.6％，比起普通的填土的密度有大幅度的降低，能够有效降低回填土自重和减少工后沉降。总之，将掺入有水泥和废弃泡沫颗粒的轻质土作为桥背回填料满足道路回填材料的相关要求。
实施例2
本实施例按如下步骤配制桥背回填料：
第一步：取天然含水率的代表性泥浆沉渣1.5kg，烘干、碾碎并过2mm筛，将筛下泥浆沉渣充分碾碎，按质量百分比称取30％的水与碾碎后泥浆沉渣搅拌均匀，得备用泥浆沉渣；
第二步：将废弃泡沫块体手搓或粉碎成颗粒状；测量备用泥浆沉渣的质量和体积，按质量百分比称取10％的水泥，按体积百分比称取45％的泡沫颗粒；
第三步：将水泥加入备用泥浆沉渣中搅拌均匀，然后再加入泡沫颗粒并充分搅拌均匀，即得到配制好的桥背回填料。
作为桥背回填料的轻质土试验结果如下：无侧限抗压强度479kPa，密度1.38g/cm3，CBR值为11.4。
以上试验结果表明：水泥掺入10％、泡沫掺入45％的作为桥背回填料的轻质土是可行的。按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)所做的无侧限抗压强度试验，无侧限抗压强度满足《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)中规定的轻质土作为回填土的最小强度值。按照《现浇泡沫轻质土技术规程》(CECS 249：2008)所述轻质土承载比计算方法，CBR值满足《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)中规定的CBR值。天然泥浆沉渣密度为1.86g/cm3，改良后作为回填料的密度为1.38g/cm3，密度为泥浆沉渣的74.2％，比起普通的填土的密度也有大幅度的降低，能够有效降低回填土自重和减少工后沉降。总之，将掺入有水泥和废弃泡沫颗粒的轻质土作为桥背回填料满足道路回填材料的相关要求。
实施例3
本实施例按如下步骤配制桥背回填料：
第一步：取天然含水率的代表性泥浆沉渣1.5kg，烘干、碾碎并过2mm筛，将筛下泥浆沉渣充分碾碎，按质量百分比称取30％的水与碾碎后泥浆沉渣搅拌均匀，得备用泥浆沉渣；
第二步：将废弃泡沫块体手搓或粉碎成颗粒状；测量备用泥浆沉渣的质量和体积，按质量百分比称取10％的水泥，按体积百分比称取30％的泡沫颗粒；
第三步：将水泥加入备用泥浆沉渣中搅拌均匀，然后再加入泡沫颗粒并充分搅拌均匀，即得到配制好的桥背回填料。
作为桥背回填料的轻质土试验结果如下：无侧限抗压强度619.7kPa，密度1.52g/cm3,CBR值为15.0。
以上试验结果表明：水泥掺入10％，泡沫掺入30％的作为桥背回填料的轻质土是可行的。按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)所做的无侧限抗压强度试验，无侧限抗压强度满足《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)中规定的轻质土作为回填土的最小强度值。按照《现浇泡沫轻质土技术规程》(CECS 249：2008)所述轻质土承载比计算方法，CBR值满足《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)中规定的CBR值。天然泥浆沉渣的密度为1.86g/cm3，改良后作为回填料的密度为1.52g/cm3，密度为泥浆沉渣的81.4％，比起普通的填土的密度虽然没有特别大幅度的降低，但强度有大幅度的提高。作为桥背回填料既能大幅度提高强度，又能降低自重，从而有效减少工后沉降。总之，将掺入有水泥和废弃泡沫颗粒的轻质土作为桥背回填料满足道路回填材料的相关要求。
以上所述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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。