本发明涉及一种土木工程材料，是一种利用建筑垃圾生产的专门用于城市道路管沟开槽回填的低强度混凝土，具有快硬早强，即修即通的特点。
背景技术：
：近年来，我国各大城市道路塌陷事故频繁发生，造成大量的经济、财产损失，引起社会的广泛关注。路面塌陷事故对城市的影响不仅限于路面塌陷所带来的交通不便，往往还伴随着各种通讯、排水、输气及电力等基础设施的损坏和中断，影响面很大。因此，在路面塌陷事故发生时如何快速处治,尤其是如何对路面塌陷位置进行快速回填处理，成为道路管理部门亟需解决的问题。但是，普通回填材料(如普通素土、水泥稳定土、级配砂砾、二灰稳定集料、水泥稳定集料、级配碎石、混凝土等)在面对路面塌陷等险情或要求快速回填施工时，难以满足施工速度与施工质量的要求。此外，在道路建设和养护维修时，即使不要求快速回填施工，在某些部位的回填(如挡土墙墙背回填、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)过程中，上述普通回填材料由于受到回填空间狭小，或者管线等构筑物的限制，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的修复。例如，城市道路中各种通讯、排水、输气及电力管线等通常埋设在路基土的下层，由于管线保护和建筑界限的狭窄，不能使用大型压实机械进行压实，同时，普通回填材料也不能很好地与管线接触及充满管线的下侧，从而导致道路路面因压实度不足产生不均匀沉降而发生开裂，甚至塌陷等破坏。再如一些回填施工需要在建筑物下面进行，由于场地狭小、低矮，普通施工机械根本无法进入施工现场，因此回填材料无法得到充分压实，这将导致建筑物基础可能发生不均匀沉降，从而带来较大的安全隐患。另一方面，随着我国城市建设的快速发展，不仅对天然资源的消耗日益增加，而且城市建筑垃圾的产生量也在不断增加。对天然资源(如砂石材料等)的过度开采，不仅带来耕地植被的严重破坏，而且作为一种不可再生资源，正面临日益枯竭的境地。与此同时，产生的大量建筑垃圾未经处理直接露天堆放或填埋，不仅占用土地，更因为私拉乱倒，造成垃圾围村、垃圾围城，由此带来的诸多危害是侵占土地，污染水体、大气和土壤，影响市容和环境卫生，遗留安全隐患等，对我国的经济建设造成严重影响。因此，对城市建筑垃圾进行再生利用不仅可以保护环境、减少城市污染，而且可以提供再生建筑材料，对于城市建设的可持续发展具有重要的社会、环保和经济效益。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，但需要大量的粉煤灰材料，而且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：本发明针对以上问题，最大限度地利用城市建设过程中产生的建筑垃圾再生料，特别是其中质量较差、再生利用率较低的含红砖的建筑垃圾，生产一种适用于城市道路管沟开槽回填的快硬、早强型低强度混凝土。本发明的目的在于：1.发明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.解决道路路面出现塌陷等险情时的紧急抢修或要求快速回填施工等紧急工程的回填施工难题，缓解道路施工为城市交通带来的不利影响。3.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；4.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。为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案为利用建筑垃圾生产的道路管沟快速回填材料，该回填材料由建筑垃圾再生粗料(粒径在4.75～26.5mm之间)、建筑垃圾再生细料(粒径小于4.75mm)、水泥、喷射混凝土促凝减缩剂、掺合料和水配制拌和而成。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，使得该材料不仅充分利用了各种规格的建筑垃圾再生集料，符合管沟回填的技术要求，同时也满足快速凝结硬化的要求，而且硬化后的力学强度根据工程需要进行调节，其2h强度调节范围为0.2～1.0mpa，28d强度调节范围为1.0mpa～6.0mpa。本发明所提供的利用建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料的各组分及其用量指导性范围如表1所示：表1利用建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料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，主要包括红砖类、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。所用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之间的部分，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。所述掺合料为矿渣粉、粉煤灰、磷渣粉、硅灰、粘性土等，必须经利用建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料性能试验合格后才能使用，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。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建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料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)”测量回填材料拌合物和易性，测量精确至1mm，结果修约至最接近的5mm。本发明所提供的利用建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料的评价标准参见附表2。本发明所提供的利用建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料可通过下述方法制得：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建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料的试验室配合比设计：1)确定回填材料的配制强度fcu,o(mpa)、目标凝结时间t(min)和预期坍落度t(mm)控制指标；2)根据回填材料的配制强度fcu,o(mpa)和水泥实际强度fce确定其自由水胶比w1/c；3)确定回填材料砂率μ；4)根据砂率μ、水胶比w1/c和预期坍落度t确定回填材料的自由水用量w1(kg/m3)；5)根据自由水胶比w1/c和自由水用量w1，计算确定胶凝材料用量c(kg/m3)；6)根据目标凝结时间t确定喷射混凝土促凝早强剂用量c2，并计算水泥用量c1＝c-c2。7)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)；8)根据再生集料总质量计算掺合料用量f(kg/m3)9)根据建筑垃圾再生集料吸水率计算附加水用量w2(kg/m3)；10)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)；11)进行回填材料的试拌，检验其和易性、强度、耐久性等指标；12)选择和易性、强度和耐久性满足设计要求的配合比为回填材料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＝gⅹ(1+a)；2)计算实际建筑垃圾再生细料用量：sr＝sⅹ(1+b)；3)计算实际掺合料用量：fr＝fⅹ(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、利用建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料，应采用集中厂拌方式进行拌合，回填材料拌合厂满足“商品混凝土”的计量精度、拌合方式、拌合质量、环境保护等相关技术要求。s8、按普通混凝土拌合流程，确定每次拌合的混凝土数量，按配合比确定各种材料用量，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。s9、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。s10、依次加入水泥和掺合料，搅拌2分钟后形成“低强度混凝土基础混合料”，倒入水泥罐车并运送至施工工地。混凝土拌合厂至施工工地的运输时间小于2h。s11、在施工现场，按上述配合比促凝剂倒入混凝土罐车中的“低强度混凝土基础混合料”，再次搅拌2～3分钟，制得该回填材料，并用于回填工程的施工。本发明所提供的利用建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料的施工方法如下：s1、原材料抽检与堆放：原材料进场后及时抽检，并合理堆放，特别是水泥一定要做防潮处理。s2、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。s3、施工机械：对于利用建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料应采用集中拌和的方式，现场施工建议采用2台人工小推车+2副溜槽及少量小型振实设备，或其他类似设备。s4、混合料搅拌：根据原材料即建筑垃圾再生集料和掺合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，不宜过大或过小；称量各种原材料时，各种衡器必须保持准确；混合料在水泥混凝土搅拌站集中拌和，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水泥混凝土罐车运至指定地点，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：回填材料浇筑前应根据实际工程要求加入适量促凝剂，并搅拌3～5分钟。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；模板的缝隙进行填塞密实，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；混合料应按一定厚度、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，而后才可以开始上层施工；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；对于地上填筑或路堤的情况，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，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，使建筑垃圾达到100％的再生利用，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、凝结硬化快：本发明所提供材料能够快速产生凝结硬化，通常60min左右即可达到凝结状态，2h左右即可达到硬化状态，可开展后续工程施工。3、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。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2h强度调节范围为0.2～1.0mpa，28d强度调节范围为1.0mpa～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，具有较好的经济效益。6、本发明既可以最大限度的再生利用建筑垃圾，还可有效减小道路施工为城市交通带来的不利影响，适用于城市道路管沟回填、检查井周边回填、地下工程及狭小建筑基坑回填等工程。应用于不同工程类型的利用建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料坍落度值应满足表2的要求。表2利用建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料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具体实施方式以下结合具体实施例对本发明进行进一步说明。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，同时由于交通条件限制，需要尽快开放交通。采用本发明提供的利用建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料作为回填材料，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：1、清理管沟：清除管沟中的虚碴、垃圾等杂物，管沟内无积水。2、原材料抽检：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。3、施工机械：采用2台人工小推车+2副溜槽+小型振实设备。4、混合料搅拌：选定的利用建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料的配合比为水泥35kg/m3，促凝减缩剂15kg/m3，粉煤灰180kg/m3，建筑垃圾再生粗料539kg/m3，建筑垃圾再生细料1257kg/m3，水445kg/m3。采用滚筒式搅拌机进行搅拌，每次搅拌量约为0.2m3，搅拌过程符合上述回填材料制备流程。5、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。6、混合料养护：浇筑完成后，在表层凝结时(约1h)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2h)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，2h强度达到0.2mpa，28天强度达到1.8mpa，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建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料作为回填材料，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：1、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。2、施工机械：采用2台人工小推车+2副溜槽+小型振实设备。3、混合料搅拌：选定的利用建筑垃圾生产厂拌式的城市道路管沟快速回填材料的配合比为水泥91kg/m3，促凝减缩剂39kg/m3，粉煤灰174kg/m3，建筑垃圾再生粗料521kg/m3，建筑垃圾再生细料1215kg/m3，水435kg/m3。采用滚筒式搅拌机进行搅拌，每次搅拌量约为0.2m3，搅拌过程符合上述回填材料制备流程。4、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。5、混合料养护：浇筑完成后，在表层结硬时(约1h)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2h)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，2h强度达到0.5mpa，28天强度达到5.0mpa，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12