一种全固废再生流态混合料的配合比设计方法

本发明涉及流态混合料，尤其涉及一种全固废再生流态混合料的配合比设计方法。

背景技术：

1、传统回填压实的沉陷病害，不仅严重影响路面的外观和功能，导致交通事故的发生，还会造成建筑物和基础设施的损坏，增加工程风险。此外，压实不足的回填部分并不稳定，容易发生滑坡、塌陷和地面下沉等地质灾害。流态混合料作为在回填工程中使用的一种可控低强材料(controlled low strength materials，简称clsm)，具有高流动性，在自重作用下无需或少许振捣，便可自行填充，形成自密实结构，与传统压实回填相比更具吸引力和实用性。近年来，国内外许多学者对流态混合料开展研究，利用机制砂和土替代混凝土砂石细骨料制备水泥基流态混合料，利用石灰激发矿渣粉、粉煤灰等制备非水泥基流态混合料。

2、随着城市化和建设活动的迅猛发展，建筑垃圾数量不断攀升。为了推动可持续发展和资源保护，许多国家和地区已制定相关法律和政策，积极鼓励建筑垃圾的资源化利用。建筑垃圾资源化的核心是将其中砖瓦混凝土处理成为再生骨料，替代天然骨料制备建材，充分利用固体废物的同时减少对原天然材料的需求。国内外开展了大量再生骨料在建材中的应用研究，在clsm领域开展了再生骨料对水泥基clsm性能的影响。冗余土作为建筑垃圾再生处理过程中，经除土系统分选出的小于规定粒径的粒料，占建筑垃圾总量的25％～40％，其成分复杂，不仅有砂浆、砖混颗粒，更有大量黏土颗粒，无法作为骨料利用，大多成为二次排放，严重影响建筑垃圾实际资源利用率。

3、另一方面，水泥的生产与使用对资源环境造成了日益加重的负荷，减少甚至摆脱对水泥的依赖已逐渐成为建筑材料研究的主要方向。而固体废物中的碱性废渣因具有刺激性和腐蚀性，露天堆放和填埋对自然环境造成严重的影响，亟需安全利用。由于碱性废渣中的cl-会破坏钢筋表面的钝化膜层，加速钢筋的锈蚀，具有去钝化作用，故无法运用于结构建筑中。回填材料多用于路面基层与道路回填，不存在钢筋锈蚀的风险。

4、综合以上，如果能够用碱性废渣、矿渣粉、粉煤灰替代传统水泥，大量利用冗余土，辅以再生骨料调整其级配制备回填用流态混合料，将会对建筑垃圾资源化、推动可持续发展产生积极意义。但不同区域、不同工业的碱性废渣成分差异很大，以任意一种所作的技术研发难以适用于其他，因此寻找一种可行的配合比设计方法成为全固废再生流态混合料推广应用的必要条件。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种全固废再生流态混合料的配合比设计方法，解决了不同区域、不同工业的固废成分差异大、无法适用同一配合比的难题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供一种全固废再生流态混合料的配合比设计方法，包括以下步骤：

4、(1)以碱性废渣、矿渣粉和粉煤灰作为胶凝材料，采用三角等焓图方法，将碱性废渣、矿渣粉和粉煤灰分别设为下底、左腰和右腰，碱性废渣和粉煤灰的掺量分别从0到80％、矿渣的含量从100％到20％，分别绘制胶凝材料强度以及流动度在三角等焓图中的特征分布，选择三角等焓图中胶凝材料强度和流动度的较高值区域来确定碱性废渣、矿渣粉和粉煤灰的掺量范围，即胶凝材料的组成范围；

5、(2)在所述步骤(1)确定的掺量范围内，在三角等焓图中任意选取1点的胶凝材料组成，固定胶凝材料10％掺量，以冗余土与砖混细骨料作为基料，变化冗余土与砖混细骨料的比例，以180～200mm的流动扩展度控制加水量，将胶凝材料和冗余土与砖混细骨料混合，得到混合料；测定所述混合料的抗压强度和泌水率，选择泌水率不大于8％且抗压强度最高组的砖混细骨料/冗余土为基料组成；

6、(3)在所述步骤(1)确定的掺量范围内，在三角等焓图中选取至少6个典型点，以典型点的胶凝材料组成，在8％～20％选取3个胶凝材料总量，按步骤(2)确定的比例加入基料，以180～200mm的流动扩展度控制加水量，配制不同配合比的再生流态混合料，测定不同配合比的再生流态混合料试件的28d抗压强度；

7、(4)将各胶凝材料掺量与再生流态混合料试件28d抗压强度联合，建立式1所示三元线性回归方程，y＝a0+a1x1+a2x2+a3x3式1；

8、式1中：y为再生流态混合料试件28d抗压强度值，单位mpa；x1为矿渣粉在再生流态混合料中的质量百分比，％；x2为粉煤灰在再生流态混合料中的质量百分比，％；x3为碱性废渣在再生流态混合料中的质量百分比，％；a0为方程截距，a1、a2和a3表示线性回归系数值；

9、对三元线性回归方程进行回归分析，确定a1、a2和a3的数值，进而确定得到以x1、x2和x3为变量的式1方程；式1方程相关系数r2大于0.8时拟合程度良好；否则在三角等焓图中增加胶凝材料掺量点，按所述步骤(3)测定不同配合比的再生流态混合料试件的28d抗压强度，以全部28d抗压强度试验结果再次进行拟合，直至r2大于0.8；

10、在所述步骤(1)确定的掺量范围内随机选取6个组成点，在8％～20％范围内选取3个胶凝材料总量，代入式1方程，计算强度预测值；按比例加入基料，以180～200mm的流动扩展度控制加水量，实测再生流态混合料试件的28d抗压强度，计算实测值与预测值的差值范围，当每个再生流态混合料试件的差值范围不大于10％时，模型相对准确，可以用于再生流态混合料的强度预测；否则继续在三角等焓图中增加胶凝材料掺量点，按所述步骤(3)测定28d抗压强度，以全部28d抗压强度试验结果再次进行拟合及试验验证，直至实测值与预测值的差值范围不大于10％；

11、(6)根据目标强度的要求，按所述步骤(4)中确定的方程，计算胶凝材料的组成，结合步骤(2)确定的基料组成，即得到全固废再生流态混合料的配合比。

12、优选的，所述步骤(1)中，选择三角等焓图中胶凝材料强度和流动度的较高值区域来确定碱性废渣、矿渣粉和粉煤灰的掺量范围时，以胶凝材料抗压强度为主要参考，流动度为辅助参考。

13、优选的，所述步骤(1)中，所述胶凝材料强度包括3d抗压强度、7d抗压强度和28d抗压强度。

14、优选的，所述步骤(3)中，在8％～20％选取3个胶凝材料总量为：其中一个胶凝材料总量在10％以下，另一个胶凝材料总量为20％，剩余一个胶凝材料总量在8～20％之间。

15、优选的，所述步骤(5)中，在确定全固废再生流态混合料的配合比时，生产质量水平系数为1.2，以矿渣粉低掺量、碱性废渣高掺量为原则。

16、优选的，所述碱性废渣为电石水解获取乙炔气后产生的废渣，0.075mm筛余不大于30％。

17、优选的，所述砖混细骨料为以砖混为主的建筑垃圾经破碎、筛分获得；所述砖混细骨料的粒径小于4.75mm。

18、优选的，所述步骤(4)中，对三元线性回归方程进行回归分析采用origin软件。

19、优选的，所述冗余土为建筑垃圾再生处理中经除土工艺的筛下物；所述冗余土的粒径不大于25mm。

20、本发明提供了一种全固废再生流态混合料的配合比设计方法，采用全固废胶凝材料和全固废基料为原料，实现了多种固废资源化。

21、此外，本发明胶凝材料组成范围确定方法简单、合理、普适，以少量配合比全面反映不同组成胶凝材料的性能，且适用于任意三元胶凝材料体系。

22、本发明强度模型拟合程度良好、验证可靠，有利于全固废再生流态混合料推广应用。