建筑垃圾渣土制备流态固化土及其性能研究_朱龙飞.pdf

流态固化土是一种新型建筑材料，其使用肥槽或基坑开挖后的废弃地基土作为主要原料，添加一定比例的掺和料和固化剂，加水搅拌后形成具有流动性、硬化后具有一定强度的工程材料，适用于各收稿日期：2023-03-07作者简介：朱龙飞，男，助理工程师，主要从事无机非金属材料的研究工作。通讯作者：李世元，男，工程师，硕士，主要从事高性能砂浆和路面材料的研究工作。引文格式：朱龙飞，徐云飞，王国宇，等.建筑垃圾渣土制备流态固化土及其性能研究 J.市政技术，2023，41（5）：246-250，255.（ZHU L F，XUY F，WANG G Y，et al.Study on preparation of fluidized solidified soil by construction waste residue and its properties J.Journal ofmunicipal technology，2023，41（5）：246-250，255.）文章编号：1009-7767（2023）05-0246-06第41卷第5期2023年5月Vol.41，No.5May 2023DOI:10.19922/j.1009-7767.2023.05.246Journal of Municipal Technology建筑垃圾渣土制备流态固化土及其性能研究朱龙飞1，徐云飞2，王国宇3，姚保华3，李世元4*，刘振刚5，李印光6（1.北京昌开建设工程管理有限责任公司，北京 100000；2.北京市昌平房地产开发有限责任公司，北京 102200；3.北京路鹏达建设发展有限责任公司，北京 102200；4.北京市市政工程研究院，北京 100037；5.北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司，北京 100037；6.中铁四局集团 第三建设有限公司，天津 300300）摘要：采用建筑垃圾渣土作为制备流态固化土的主要原料，在消纳建筑垃圾渣土的同时制备了在工程上有重要用途的新型建筑材料流态固化土。首先通过分析水固比、灰土比、粉煤灰掺量、固化剂掺量对流态固化土性能的影响，确定其基本配比，而后又着重研究了灰土比对流态固化土力学性能的影响。试验结果表明：灰土比与流态固化土的无侧限抗压强度、劈裂强度、回弹模量、抗冻胀能力成正相关关系，提高灰土比是改善流态固化土力学性能的有效手段。关键词：建筑垃圾渣土；流态固化土；流动性；力学性能中图分类号：TU 44文献标志码：AStudy on Preparation of Fluidized Solidified Soil byConstruction Waste Residue and Its PropertiesZhu Longfei1，Xu Yunfei2，Wang Guoyu3，Yao Baohua3，Li Shiyuan4*，Liu Zhengang5，Li Yinguang6（1.Beijing Changkai Construction Engineering Management Co.，Ltd.，Beijing 100000，China；2.Beijing Changping Real EstateDevelopment Co.，Ltd.，Beijing 102200，China；3.Beijing Lupengda Construction Development Co.，Ltd.，Beijing 102200，China；4.Beijing Municipal Engineering Research Institute，Beijing 100037，China；5.Beijing Construction Engineering Quality Third Inspection Co.，Ltd.，Beijing 100037，China；6.The Third Construction Co.，Ltd.，China Railway Fourth Engineering Group，Tianjin 300300，China）Abstract：Construction waste residue is the main raw material for preparation of fluidized solidified soil so that theconstruction waste residue can be absorbed and a new fluidized solidified soil of construction material which hasisimportant applied in engineering can be prepared.Firstly，the effect of the water-solid ratio，cement-soil ratio，flyash content and curing agent content on fluidized solidified soil were analyzed to determine the basic ratio.The in鄄fluence of the cement-soil ratio on the mechanical properties of was emphatically studied.The results show that thecement-soil ratio is positively correlated with the unconfined compressive strength，splitting strength，resiliencemodulus and frost heave resistance of fluidized solidified soil.That increasing cement-soil ratio is an effective meansto improve mechanical properties of fluidized solidified soil.Keywords：construction waste residue；fluidized solidified soil；fluidity；mechanical property第5期液限/%塑限/%最优含水量/%最大干密度/（g/cm3）29.2016.8018.891.76表1建筑垃圾渣土主要物理性能Tab.1 Main physical performance of construction wasteresidue化学成分SiO2CaOAl2O3Fe2O3MgOSO3烧失量含量59.121.2025.446.920.880.246.2表2建筑垃圾渣土主要化学成分Tab.2 Main chemical components of construction wasteresidue%比表面积/（m2/kg）安定性3581925.731.252.5合格凝结时间/min初凝抗折强度/MPa3 d抗压强度/MPa3 d28 d2499.3终凝28 d表3水泥主要性能指标Tab.3 The main performance indices of cement化学成分SiO2CaOAl2O3Fe2O3MgOSO3烧失量含量47.162.9032.897.210.950.675.9表4粉煤灰主要化学成分Tab.4 The main chemical composition of fly ash%类肥槽、基坑、管沟、管廊和矿洞的回填浇筑。国外流态固化土技术在工程中应用的较为广泛。日本于1998年首次将流态固化土技术应用于港湾工程，至今已完成近50项港湾工程的施工，流态固化土总填筑量达到1 000万m3；2009年，东京国际机场跑道扩建工程采用流态固化土技术，流态固化土使用量49 250 m3，输送距离达1 040 m。近年来，我国对于流态固化土的研究和工程应用也逐步增多。刘成龙1在太原市姚村综合管廊工程中成功应用流态固化土快速、密实地回填了已装配管节背后肥槽，为城市地下综合管廊的快速回填提供了借鉴经验；冯忠民2以大连湾海底疏浚淤泥工程为研究对象，分析了水泥-水泥浆比和粉煤灰-水泥比对固化土流动性和无侧限抗压强度的影响，以及几种常见环境因素对固化土耐久性的影响；陈容华等3研究了不同水泥和粉煤灰掺量对基于粉质黏土的预拌流态固化土性能的影响，试验结果为不同施工条件下预拌流态固化土的配合比预测提供了依据；朱彦鹏等4通过正交试验，研究了不同配比的强风化岩流态固化土压缩特性，得到了各因素的最优配比；杜衍庆等5为提升泥态固化土回填工程的施工质量和耐久性，对流态固化土的材料组成进行了研究，确定了不同材料组成下泥态固化土强度形成机理。虽然国内外对流态固化土的性能和工程应用开展了广泛研究，但对于采用建筑垃圾渣土制备流态固化土的研究尚鲜有报道。我国建筑垃圾渣土产量巨大。采用建筑垃圾渣土制备流态固化土，不仅可以消纳建筑垃圾，而且可以降低施工成本，节约渣土资源。笔者以建筑垃圾渣土为原材料制备流态固化土，研究了水固比、灰土比、粉煤灰掺量和固化剂掺量对流态固化土性能的影响，以期探索一条建筑垃圾渣土再生利用的可行路径。1原材料性能笔者以建筑垃圾渣土作为主要原料，以水泥和粉煤灰作为掺合料，加入固化剂搅拌后制成具有流动性的流态固化土，以取代回填土用于基坑支撑结构、市政传输管道沟槽的回填以及结构垫层的施工等。1.1建筑垃圾渣土建筑垃圾主要由骨料和渣土构成。建筑垃圾渣土主要来源于城中村改造、市政建设和房地产开发等工程，有效组分为多级配建筑废弃物骨料。笔者以北京市昌平区建筑垃圾场内经粉碎处理后的建筑垃圾渣土为研究对象，该渣土具有颗粒细小、有效比表面积大等特点。建筑垃圾渣土的主要物理性能见表1，主要化学成分见表2。1.2其他原材料笔者研究所采用的水泥为某公司生产的PO42.5水泥，其主要性能指标见表3；粉煤灰采用某公司生产的二级粉煤灰，其主要化学成分见表4；固化剂采用北京某公司的产品；试验用水采用自来水。2配合比影响因素影响流态固化土性能的因素包括水固比、灰土比、粉煤灰掺量和固化剂掺量等。其中，水固比是水与所有固体材料的质量比；灰土比是水泥、粉煤灰的质量总和与建筑垃圾渣土的质量比；粉煤灰掺量为粉煤灰替代水泥的量；固化剂掺量为固化剂占建筑垃圾渣土质量的百分比。该研究中流动度测定方法参照T/BGEA 0012019预拌流态固化土填筑工程技术标准，无侧限抗压强度测定方法参照JGJ/T 233朱龙飞等：建筑垃圾渣土制备流态固化土及其性能研究247Journal of Municipal Technology第41卷2011水泥土配合比设计规程。2.1水固比和灰土比笔者在参考文献67的基础上，分别选用灰土比0.08、0.10、0.12、0.14进行水固比对流态固化土流动性的影响研究。流动性是指流态固化土在本身重力的作用下，充分填充沟槽的性能。其中，水膜有效地发挥了润滑作用。水膜的厚度越厚，越有助于流动度的提升8。水固比和灰土比对流态固化土流动性的影响见图1。由图1可知，水固比对流态固化土的流动性影响较大，流态固化土的流动度随着水固比的增大而增大；而灰土比对流态固化土流动性影响较小，可以忽略不计。2.2粉煤灰掺量选择水固比0.32进行粉煤灰掺量对流态固化土性能的影响研究。刘霖等9通过试验研究了粉煤灰替代水泥对流态固化土强度的影响，结果表明：粉煤灰与水泥质量比为28，即粉煤灰替代水泥量为20%时，流态固化土强度最高；粉煤灰替代水泥量低于20%时，流态固化土强度会随着粉煤灰替代水泥量的增加而升高；粉煤灰替代水泥量超过20%时，流态固化土强度会随着粉煤灰替代水泥量的增加而降低，具体占比需要根据土、掺合料、固化剂的成分通过试验确定。笔者在综合考虑粉煤灰掺量对流态固化土流动性和强度影响的基础之上，在粉煤灰掺量为20%附近分别选择了12%