一種用於寒區的土工填料的製作方法

2023-06-08 12:38:01

專利名稱：：一種用於寒區的土工填料的製作方法
技術領域：
：本發明屬於土木建築材料
技術領域：
，具體涉及一種用於寒區的土工填料。
背景技術：
：我國有超過三分之二的國土位於常年或季節性寒區，在這些地區修築道路和其它填土工程時常會遇到軟弱地基處理和氣候冷暖交替形成的凍融作用對填築工程的破壞問題，填土發生凍脹、隆起和開裂。軟弱地基填土容易產生承載力不夠以及不均勻沉降。這樣的難題不加以防範，就可能引起路面破壞、地基失穩和變形過大等工程災害。儘管國內外公開了採用聚苯乙烯塊體作為填築材料；可以一定程度防止凍張破壞和減小填料重度，但對於不規則形狀的填築和強度要求較高的填築，聚苯乙烯塊體的切割會增加設備使用量和施工周期，強度不夠還會導致過大的變形破壞。
發明內容本發明的目的在於克服上述現有技術中的缺點，提供一種用於寒區的土工填料，將廢鑄砂、粉煤灰、水泥和聚苯乙烯顆粒四種材料在水相介質中混合製成凝固體，用於生產，可大量使用廢鑄砂和粉煤灰，做到廢料利用，減少了廢鑄砂和粉煤灰對環境的汙染，節約大量的工程填土，具有成本低廉，原料來源廣泛，且抗凍脹性、整體強度性和低密度性能優於工程填土。本發明的目的是由以下的技術方案來實現的一種用於寒區的土工填料由下列質量百分比的原料配比製成廢鑄砂50%~65%、粉煤灰8%~30%、水泥3%~10%、聚苯乙烯顆粒0,3%1.0%、水14%~20%。所述土工填料，其特徵在於它是由下列質量百分比的原料配比所製成廢鑄砂60%、粉煤灰17.8%、水泥3.7%、聚苯乙烯顆粒0.6%、水17.9%。所述土工填料，其特徵在於它是由下列質量百分比的原料配比所製成廢鑄砂56.8%、粉煤灰17%、水泥8.8%、聚苯乙烯顆粒0.4%、水17%。所述土工填料，其特徵在於它是由下列質量百分比的原料配比所製成廢鑄砂56.4%、粉煤灰16.9%、水泥8.7%、聚苯乙烯顆粒1.0%、水17%。所述土工填料，其特徵在於它是由下列質量百分比的原料配比所製成廢鑄砂58.3%、粉煤灰17.5%、水泥9.0%、聚苯乙烯顆粒0.6%、水14.6%。所述土工填料，其特徵在於它是由下列質量百分比的原料配比所製成廢鑄砂62.7%、粉煤灰8.2%、水泥9.6%、聚苯乙烯顆粒0.7%、水18.8%。所述土工填料，其特徵在於它是由下列質量百分比的原料配比所製成廢鑄砂50.2%、粉煤灰26.5%、水泥7.7%、聚苯乙烯顆粒0.5%、水15.1%。本發明中的粉煤灰按國家標準GBT1596—2005"用於水泥和混凝土中的粉煤灰"中F類III級標準規定的要求，對細度、含水量沒有另外的要求，要求燒失量小於15%，三氧化硫含量小於3%，廢鑄砂為鑄造工業固體廢棄物，粒徑需要小於l.Omm，水泥為32.5#普通矽酸鹽水泥，聚苯乙烯顆粒粒徑在粒徑為2-4mm，球形。用水選用不含有害雜質的潔淨水，一般自來水即可。本發明的機理本發明材料中的廢鑄砂顆粒細小，平均90%的顆粒分布在0.15-0.8mm級配，顆粒接觸面積大，顆粒間的摩擦力也大，有利於填料的密實和產生較高的抗剪強度，廢鑄砂顆粒礦物成分以穩態二氧化矽(Si02)為主，性質穩定。本發明材料中的粉煤灰顆粒不僅細小，級配在0.075-0.5mm，有利於填充廢鑄砂顆粒顆粒的孔隙，且具有一定的水硬膠凝性能，在水相介質下，粉煤灰顆粒表面游離氧化鈣(Ca02)和二氧化矽(Si02)與硫酸鹽產生水化反應生成水化矽酸鈣(C-S-H)凝膠，將周圍顆粒介質膠結，同時，粉煤灰顆粒比表面積大，有利於顆粒與水分充分接觸和發生水化反應。本發明材料中的水泥具備很強的水化反應活性，可以迅速形成水化產物，包括矽酸三鈣3CaO.Si02(C3S)、矽酸二鈣2CaO.Si02(C2S)、鋁酸三鈣3CaO.Al203(C3A)和鐵鋁酸四鈣4CaOAl203.Fe203(C4AF)，將周圍顆粒介質膠結，形成一定強度，增加材料的整體性和抗腐蝕性。本發明材料中的聚苯乙烯顆粒是一種熱不敏、低密度的球形顆粒材料，粒徑為2-4mm，堆積密度為0.014g/cm3，堆積密度是工程填土的1%，摻加到填料中後可以明顯減小填料的熱傳導性和密度，可以提高填料的抗凍脹性，同時也可以減小填料的重度，另外，聚苯乙烯顆粒具有一定的彈性，在凍融循環作用下，可以提供一定的凍脹空間，進一步防止填料整體的凍脹破壞。一種用於寒區的土工填料的製作與使用方法將上述原材料混合攪拌均勻後就可作為填築工程的土工填料。本發明在實際應用時可使用傳統的攪拌和填築法施工，這些施工方式所需大型設備較少，可以較大幅度節約成本。將本發明用於填築工程時，抗凍脹性、強度整體性和低密度性優於工程填土，可以達到寒區填築工程的目的。本發明採用上述技術方案後，主要有以下優點和效果(1)採用廢鑄砂和粉煤灰為主要原料配方，在填築工程材料的製作上，避免了大量使用工程填土為原料，節約了土地資源，變廢為寶，保護環境。(2)本發明所使用的主要材料為廢鑄砂和粉煤灰，材料來源廣泛，價格低廉的材料，因此實際運營成本也較低，便於推廣應用。(3)本材料為自硬性材料，與使用工程填土作為填築材料相比，填筑後強度、整體性和抗凍脹性得到提高，有助於防止凍融循環破壞。(4)本材料為熱不敏性材料，與使用工程填土作為填築材料相比，在凍融循環作用下的熱傳導率低，受寒區溫度變化影響小。(5)本材料具有彈性伸縮儲備空間，可以抵消發生的凍脹量，進一步防止整體表觀凍脹。(6)本材料為低密度材料，與使用工程填土作為填築材料相比，密度降低30%-50%，可以明顯降低地基不均勻沉降。(7)本材料為強度可控制材料，與使用工程填土作為填築材料相比，通過調整組份配比，可以調整或提高材料強度。(8)本材料可以任意成形，可填築材料聚苯乙烯塊體相比，可以填築任意形狀空間，不受形狀約束，並且施工簡便、快捷，工作量小，強度高，成本低。(9)本發明的土工填料可廣泛用作高速公路路堤(圖1)，擋土牆回填工程(圖2)，管線回填工程(圖3)，並可根據不同的工程要求調整添加量，可以滿足多種工程的要求。圖l:土工填料用作高速公路路堤的示意圖。附圖標記l-路面、2-隔離填土、3-土工填料、4-原地基。圖2:土工填料用作擋土牆回填工程的示意圖。附圖標記3-土工填料、4-原地基、5-擋土牆。圖3:土工填料用作管線回填工程的示意圖。附圖標記3-土工填料、4-原地基、6-地下管線護管。圖1是說明本發明可用於高速公路路堤，不僅可以防止路面發生凍脹、隆起、破壞，還可以減小路堤的重量，減小路基的沉降，保證路面的平整和路堤的穩定性。圖2是說明本發明可用於擋土牆回填工程，可以防止回填料凍脹、隆起，還可以防止擋土牆發生側向變形和開裂，同時也可以減少地基附加應力，防止發生不均勻沉降。圖3是說明本發明可用於管線回填工程，可以防止回填料凍脹、隆起，還可以防止管線變形、破壞、連接失效。具體實施例方式下面結合具體實施方式對本發明作進一步說明。本發明中的具體實施方式採用常規的製造方法。實施例1一種用於寒區的土工填料的組份及其配合比例的質量百分比如下廢鑄砂60%粉煤灰17.8%水泥3.7%聚苯乙烯顆粒0.6%水17.9%。實施例2一種用於寒區的土工填料的組份及其配合比例的質量百分比如下廢鑄砂56.8%粉煤灰17%水泥8.8%聚苯乙烯顆粒0.4%水17%。實施例3一種用於寒區的土工填料的組份及其配合比例的質量百分比如下:廢鑄砂56.4%粉煤灰16.9%水泥8.7%聚苯乙烯顆粒1.0%水17%。實施例4一種用於寒區的土工填料的組份及其配合比例的質量百分比如下:廢鑄砂58.3%粉煤灰17.5%水泥9.0%聚苯乙烯顆粒0.6%水14.6%。實施例5一種用於寒區的土工填料的組份及其配合比例的質量百分比如下:廢鑄砂62.7%粉煤灰8.2%水泥9.6%聚苯乙烯顆粒0.7%水18.8%。實施例6一種用於寒區的土工填料的組份及其配合比例的質量百分比如下:廢鑄砂50.2%粉煤灰26.5%水泥7.7%聚苯乙烯顆粒0.5%水15.1%。實施例7:對用於寒區的土工填料進行性能試驗測定結果分別將實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5和實施例6的原材料混合攪拌均勻並成型試塊後，對其進行性能測試，試驗方法和結果如下1)試塊的抗壓強度的測定，具體參照GB/T50123-1999《土工試驗方法標準》。2)試塊的熱傳導係數的測定，具體參照GB/T50123-1999《土工試驗方法標準》。表1材料的抗壓強度和熱傳導係數tableseeoriginaldocumentpage8從以上數據可以看出，本發明的土工填料的7天抗壓強度可以達到65-292kPa，28天抗壓強度可以達到116-664kPa，強度達到或者超過一般工程填土抗壓強度(100-300kPa)，具有較好的強度和整體性，7天熱傳導係數可達到0.40-0.74W/(m'K)，28天熱傳導係數可達到0.35-0.53W/(rtvK)，熱傳導性比一般工程填土(1.4-1.8W/(nrK))低，具有較好的熱不敏性，28天密度可以達到0.97xl0M.35xl03kg/m3，比一般工程填土天然密度(1.7xlo3-2.0xl3kg/m3)低，具有較低的密度。本實施例1~6的土工填料均可作寒區的填築工程的土工填料。權利要求1.一種用於寒區的土工填料，其特徵在於它是由下列質量百分比的原料配比所製成廢鑄砂50％～65％、粉煤灰8％～30％、水泥3％～10％、聚苯乙烯顆粒0.3％～1.0％、水14％～20％。2.根據權利要求1所述的土工填料，其特徵在於它是由下列質量百分比的原料配比所製成廢鑄砂60%、粉煤灰17.8%、水泥3.7%、聚苯乙烯顆粒0.6%、水17.9%。3.根據權利要求1所述的土工填料，其特徵在於它是由下列質量百分比的原料配比所製成-廢鑄砂56.8%、粉煤灰17%、水泥8.8%、聚苯乙烯顆粒0.4%、水17%。4.根據權利要求1所述的土工填料，其特徵在於它是由下列質量百分比的原料配比所製成廢鑄砂56.4%、粉煤灰16.9%、水泥8.7%、聚苯乙烯顆粒1.0%、水17%。5.根據權利要求1所述的土工填料，其特徵在於它是由下列質量百分比的原料配比所製成廢鑄砂58.3%、粉煤灰17.5%、水泥9.0%、聚苯乙烯顆粒0.6%、水14.6%。6.根據權利要求1所述的土工填料，其特徵在於它是由下列質量百分比的原料配比所製成廢鑄砂62.7%、粉煤灰8.2%、水泥9.6%、聚苯乙烯顆粒0.7%、水18.8%。7.根據權利要求1所述的土工填料，其特徵在於它是由下列質量百分比的原料配比所製成廢鑄砂50.2%、粉煤灰26.5%、水泥7.7%、聚苯乙烯顆粒0.5%、水15.1%。全文摘要一種用於寒區的土工填料。由廢鑄砂、粉煤灰、水泥、聚苯乙烯顆粒和水按一定質量百分比配製而成。本發明的土工填料，經試驗測定密度可達到0.97×103-1.35×103kg/m3，抗壓強度可達到60-292kPa/7天，抗壓強度可達到116-664kPa/28天，同時本發明的土工填料還可以增強抗凍融性能，熱傳導係數可達到0.40-0.74W/(m·K)/7天，熱傳導係數可達到0.350-0.53W/(m·K)/28天。本發明可以減少寒區填土工程的凍脹破壞，可以將對環境產生汙染的廢鑄砂和粉煤灰再生為工程中可以應用的土工填料。所用的原料為工業中的次生廢料，原料來源量大面廣，價格便宜，可以降低成本。文檔編號C04B16/08GK101386500SQ20081015590公開日2009年3月18日申請日期2008年10月10日優先權日2008年10月10日發明者於永堂,安鄧申請人:河海大學