CN107805018B - 利用石材锯泥生产的自密实道路回填材料及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了利用石材锯泥生产的自密实道路回填材料及其施工方法，该回填材料由石材据泥、水泥、掺合料和水配制拌和而成。通过原材料性能分析，了解并充分利用其表面光滑的特性，在相同的用水量下不增加泌水率，同时增强流动性，满足自密实回填材料的工作和易性。硬化后的抗压强度满足施工要求，1天强度为0.34MPa～0.45MPa之间，7天强度为1.0MPa～1.8MPa之间，28天强度在2.4MPa～3.6MPa之间。本发明适用于公路与市政工程中狭窄区域或者无法利用大型机械进行振捣压实施工的工程。

Description

利用石材锯泥生产的自密实道路回填材料及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种道路工程材料，是一种利用石材锯泥取代粉煤灰而生产的低强度自密实道路回填材料，适用于公路与市政工程中狭窄区域或者无法利用大型机械进行振捣压实施工的工程。
背景技术
近几年来，随着我国经济的飞速发展，石材资源的生产量、进出口量和消费量明显增加，丰富的矿山资源带动了地区的经济和社会发展，但在石材加工生产过程中产生大量的固体粉末状废弃物，不同的石材加工工艺、不同的石材加工产品产生的废弃物类型不同，但一般初始状态为微石粉和水的混合物，类似淤泥状态，故俗称为石材锯泥。石材工业是资源加工型产业，从荒料加工到成品，约有一半的石材原料成为废弃物。据相关资料显示，山东省日照市某区一个镇的石材加工厂达190多家，石材锯泥的发生量达每年数百万立方米，形成了六个大的废物堆放场，这不仅占用了大量的土地资源，且存在一定的安全隐患，容易产生流动、坍塌和滑坡等现象。据相关报道，山西省太原市某集团自矿石开采加工过程以来，每年约产生230万吨石材锯泥，大批量堆放，造成了严重的环境污染，水源、大气、土壤等也受到了破坏。
与此同时，国内外对石材锯泥再生利用进行了多种探索研究，包括作为原材料生产陶瓷、保温墙等，虽取得了不错的效果，但市场需求量较低，推广效果并不显著。为达到节能环保的要求，国内外多以花岗岩为主，研究其在混凝土领域的相关应用，如利用花岗石代替混凝土配料中的砂石，可生产出满足性能要求的空心砌砖，缓解了建筑材料市场对矿物掺和料的需求压力。近几年来，再利用花岗岩粉方面，国内外均取得了很大的进展，但生产成本较高、生产技术复杂,应用面并不十分广阔。利用和发挥石材锯泥的价值，这不仅可改善相应地区环境，促进地区的产业转型，而且，将石材锯泥用于道路工程中，方便相关施工单位就地取材，节省材料费、运输费等，具有较合理的经济和社会价值。
发明内容
本发明针对以上问题，利用石材板材加工过程中产生的石材锯泥等固体粉末状废弃物进行再生利用。选取的石材锯泥取自环保处理后集中露天堆放的石材锯泥堆放场。本发明的目的在于：1.发明一种利用石材锯泥生产的自密实回填材料，拓宽石材锯泥再生利用的新途径；2.改善自密实回填材料中一般材料的泌水问题。3.改善石材锯泥大量堆放的局面，充分利用有效资源，以减少其不必要的浪费。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为利用石材锯泥生产的自密实道路回填材料，该回填材料由石材锯泥、水泥、掺合料和水配制拌和而成。通过原材料性能分析，了解并充分利用其表面光滑的特性，在相同的用水量下不增加泌水率，同时增强流动性，满足自密实回填材料的工作和易性。硬化后的抗压强度满足施工要求，1天强度为0.34MPa～0.45MPa之间，7天强度为1.0MPa～1.8MPa之间，28天强度在2.4MPa～3.6MPa之间。
该回填材料的各组分及其用量指导性范围如表1所示：
表1利用石材锯泥生产的自密实回填材料的各组分及其用量指导性范围表
Figure GDA0002403660800000021
注：此细集料采用的是机制砂，工程应用中建筑垃圾再生细集料、砂等均适用；掺量为细集料的百分比。
所述水泥为PC42.5复合硅酸盐水泥，根据施工水平、设计指标等合理选择水泥用量。
所述细集料为机制砂。
所述石材锯泥为石材加工成产生的、经过环保处理后露天堆放的工业副产品。其矿物组成为石英(SiO2)、金云母(KMg3(Si3Al)O10(OH)2)，以及长石类矿物；长石类矿物包括CaO、Na2O、SiO2、AL2O3、钾长石(KAlSi3O8)等，石英、金云母、(Ca，Na)O2、钾长石分别占33.1％、21.6％、23.8％、12.6％等。主要化学成分是SiO2和AL2O3，SiO2、AL2O3质量百分比分别为67.3％和15.6％。其含水量低，细度为24.8％，石材锯泥的粒径为80μm，颗粒呈棱角形，表面光滑，与碎石颗粒具有相同的外观特征。
回填材料的组成材料均为干燥时的质量。
水为可饮用的自来水。
本发明所提供的利用石材锯泥生产的自密实回填材料的具体测量仪器设备、测量方法：《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)和《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTGE30-2005)测量拌合物工作和易性以及力学性能。
本发明所提供的利用石材锯泥生产的自密实回填材料的工作和易性评价标准参见附表2。
本发明所提供的利用石材锯泥生产的自密实回填材料可通过下述方法制得：
S1、测定流动性回填材料的流动度：参考美国ASTM制定的专门测CLSM流动性的试验方法。试验方法如下：选用直径为76±3mm、高150±3mm的空心圆柱体刚性试模，将试模用湿毛巾擦干水滴，置于玻璃板上，然后将新拌合好的混合料倒入试模，轻敲外壁，用刮刀沿试模上沿刮平，迅速提起，测其坍落扩展的最大直径及其垂直直径，以其平均值作为混合料的流动度。
S2、测定回填材料的泌水率：参考《水泥混凝土拌合物泌水标准试验方法》(ASTMC232/C232M-09)进行试验。试验方法是，采用容积为1L的容量筒进行试验，泌水率等于以累计泌水总量与容量筒中拌合物含水量的比值。
S3、测定流动性回填材料的抗压强度：参考《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T70-2009)中立方体抗压强度试验方法。采用70.7mm*70.7mm*70.7mm的立方体试模，将流动性回填材料注入试模中，轻轻敲击试模壁，使混合料充分充填。24小时后拆模，然后将试样放入标准养护室进行养护。在标准的龄期测试混合料的抗压强度。
S4、确定原材料和混合料配合比：
确定好原材料后，按下列步骤进行利用石材锯泥生产的自密实回填材料的试验室配合比设计：
(1)确定石材锯泥道路回填材料的抗压强度Fcu单位为MPa和流动度L单位为mm控制指标；
(2)拟定石材锯泥道路回填材料中细集料的质量M，单位为kg；
(3)根据石材锯泥道路回填材料的强度要求，确定灰砂比，拟定石材锯泥道路回填材料中水泥用量Qc，单位为Kg/m3；
(4)依据最大堆积密度法确定石材锯泥的掺量C，单位为kg；
(5)根据石材锯泥道路回填材料的工作和易性要求，确定水固比，计算回填材料的用水量W，单位为kg/m3；
(6)进行回填材料的试拌，检验其工作和易性和强度。
(7)选择工作和易性、强度均满足试验要求的配合比作为回填材料的最终配合比。
S6、根据试验室配合比换算施工配合比：
(1)计算实际细集料用量：M1＝Mⅹ(1+a)；
(2)计算实际石材锯泥用量：C1＝Cⅹ(1+b)；
(3)计算实际用水量：W1＝W-(M1-M)-(C1-C)
(4)计算水泥的用量；
其中：M1——实际细料用量，单位为kg/m3；
M——配合比中细料用量，单位为kg/m3；
C1——实际石材锯泥用量，单位为kg/m3；
C——配合比中石材锯泥用量，单位为kg/m3；
a——实测细料的含水率，％；
b——实测石材锯泥的含水率，％；
W1——实际用水量，单位为kg/m3；
W——配合比中水的用量，单位为kg/m3。
S7、将称量好的细料、水泥、石材锯泥依次倒入搅拌锅中，干拌30s。
S8、加80％的水，搅拌1min左右使混合料与水充分接触。
S9、将剩余的水全部加入混合料中，再次搅拌3-5分钟，即得到利用石材锯泥生产的道路回填材料。
本发明所提供的利用石材锯泥生产的道路回填材料的施工方法如下：
第一步：选定施工部位。不同的施工部位，适合不同的流动度，利用石材锯泥生产的自密实回填材料的工作和易性评价标准参见附表2。
第二步：配制利用石材锯泥生产的道路回填材料。按照具体施工部位确定合适的流动度，根据施工配合比计算用量，在施工现场就近配制，保证半小时内可以施工完毕。
第三步：浇筑和养护。清理需要回填的管沟或者任何狭窄部位。将拌合好的石材锯泥回填材料泵送或者灌入制定位置后，加盖草毡养护24h以上。养护期间不要碾压。
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。石材锯泥是一种难以处理，且对环境影响极大的固态废弃物，再生率较低。本发明提出的方法可大量使用石材锯泥，为石材锯泥的再生利用开辟了新途径。
2、性能良好。石材锯泥因其形成机理，有改善回填材料的流动性，降低混合料的泌水率的作用，同时可以与多种细料相结合使用，并保证较好的抗拉和抗压强度。
3、施工简便、应用范围广。石材锯泥在流动性回填材料中的应用效果等于甚至高于粉煤灰，可以在回填材料中利用石材锯泥代替粉煤灰。所用石材锯泥施工工艺简单，可多种类型的回填工程，适用范围较为广泛。适用于各类市政公共管沟的结构回填和公路工程中桥台背、涵台背、挡墙背三背回填等工程。
应用于不同工程类型的利用石材锯泥生产的自密实回填材料工作和易性应满足表2的要求。
表2利用石材锯泥生产的自密实回填材料工作和易性评价标准
工作和易性 流动度/mm 适用范围
工作和易性低 100＜，≤150 较大空间的管沟、路基等回填工程
工作和易性一般 150＜，≤200 一般的回填工程
工作和易性较好 >200 存在狭窄操作空间或存在死角等的回填工程
以下结合具体实施方式对本发明进行进一步说明。
具体实施方式
实施例1
某城市道路非机动车道出现塌陷，因为空间狭窄，不能使用大型压实机械进行压实。采用本发明提供的利用石材锯泥生产的道路回填材料进行回填，具体实施方式如下：
施工材料：所用水泥为钻牌PC42.5R复合硅酸盐水泥；回填细料为机制砂，石材锯泥取自露天堆放场，含水率为0.6％；水为可饮用自来水。
施工过程：
1、清理排水井周边的虚碴、垃圾等杂物。
2、确定施工配合比。水泥146kg/m3，石材锯泥219kg/m3，机制砂1462kg/m3，水328kg/m3。
3、现场拌合。采用小型混凝土搅拌机拌合石材锯泥道路回填材料，每次搅拌量约为0.2m3，搅拌过程符合上述道路回填材料制备流程。
4、将拌合好的石材锯泥混合料倒入滑槽中，流入排水井周边的空隙处。
5、浇筑完成后，在表层结硬时(约6h)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1d)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流动度达到140mm，不离析、不泌水，1d强度达到0.44MPa，28天强度达到2.8MPa，满足了对排水井周边回填的强度要求。施工一年后观察，施工处路表面完好，未发生沉陷、开裂和不均匀沉降等现象。
实施例2
某城市道路排水井周边沉陷，因为空间狭窄，不能使用大型压实机械进行压实。采用本发明提供的利用石材锯泥生产的道路回填材料进行回填，具体实施方式如下：
施工材料：所用水泥为钻牌PC32.5R复合硅酸盐水泥；回填细料为建筑垃圾细集料，含水率为0.06％；石材锯泥取自露天堆放场，含水率为0.6％；水为可饮用自来水。
施工过程：
1、清理排水井周边的虚碴、垃圾等杂物。
2、确定施工配合比。水泥145kg/m3，石材锯泥290kg/m3，建筑垃圾再生粗料1449kg/m3，水527kg/m3。
3、现场拌合。采用小型混凝土搅拌机拌合石材锯泥道路回填材料，每次搅拌量约为0.2m3，搅拌过程符合上述道路回填材料制备流程。
4、将拌合好的石材锯泥混合料倒入滑槽中，流入塌陷区域周边的空隙处。
5、浇筑完成后，在表层结硬时(约6h)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1d)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流动度达到190mm，不离析、泌水小，1d强度达到0.36MPa，28天强度达到2.4MPa，满足回填强度要求。施工一年后观察，施工处路表面完好，未发生沉陷、开裂和不均匀沉降等现象。
实施案例3
某高速公路桥涵台背回填施工，空间狭窄，压实机具无法进入，采用本发明提供的利用利用石材锯泥生产的道路回填材料，具体实施方式如下：
施工材料：所用水泥为钻牌PC42.5R复合硅酸盐水泥；回填细料为建筑废弃物细料，含水率为0.5％；石材锯泥取自露天堆放场，含水率为0.6％；水为可饮用自来水。
施工过程：
1、清理桥涵台背周边的虚碴、垃圾等杂物。
2、确定施工配合比。水泥143kg/m3，石材锯泥214kg/m3，机制砂1425kg/m3，水374kg/m3。
3、现场拌合。采用小型混凝土搅拌机拌合石材锯泥道路回填材料，每次搅拌量约为0.2m3，搅拌过程符合上述道路回填材料制备流程。
4、将拌合好的石材锯泥混合料倒入滑槽中，流入台背周边的空隙处。
5、浇筑完成后，在表层结硬时(约6h)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1d)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流动度达到190mm，不离析、泌水小，1d强度达到0.36MPa，28天强度达到2.53MPa，满足了对桥台背周边回填的强度要求。施工一年后观察，施工处路表面完好，未发生沉陷、开裂和不均匀沉降等现象。

Claims (8)

1.利用石材锯泥生产的自密实道路回填材料，其特征在于：该回填材料由石材锯泥、水泥、细集料和水配制拌和而成；所述石材锯泥具有表面光滑的特性，满足自密实回填材料的工作和易性；硬化后的抗压强度满足施工要求，1天强度为0.34MPa～0.45MPa之间，7天强度为1.0MPa～1.8MPa之间，28天强度在2.4MPa～3.6MPa之间；
该回填材料的各组分及其用量指导性范围如表1所示：
表1利用石材锯泥生产的自密实回填材料的各组分及其用量范围表
Figure FDA0002729730550000011
注：所述细集料采用的是砂，掺量为细集料的百分比。
2.根据权利要求1所述的利用石材锯泥生产的自密实道路回填材料，其特征在于：所述水泥为PC42.5复合硅酸盐水泥，根据施工水平、设计指标合理选择水泥用量。
3.根据权利要求1所述的利用石材锯泥生产的自密实道路回填材料，其特征在于：所述细集料为机制砂。
4.根据权利要求1所述的利用石材锯泥生产的自密实道路回填材料，其特征在于：所述石材锯泥为石材加工产生的、经过环保处理后露天堆放的工业副产品；石材锯泥的粒径为80μm，颗粒呈棱角形，表面光滑，与碎石颗粒具有相同的外观特征。
5.根据权利要求1所述的利用石材锯泥生产的自密实道路回填材料，其特征在于：回填材料的组成材料均为干燥时的质量。
6.根据权利要求1所述的利用石材锯泥生产的自密实道路回填材料，其特征在于：水为可饮用的自来水。
7.利权利要求1所述的利用石材锯泥生产的自密实道路回填材料，其特征在于：该回填材料的制备方法如下，
S1、测定流动性回填材料的流动度：选用直径为76±3mm、高150±3mm的空心圆柱体刚性试模，将试模用湿毛巾擦干水滴，置于玻璃板上，然后将新拌合好的混合料倒入试模，轻敲外壁，用刮刀沿试模上沿刮平，迅速提起，测其坍落扩展的最大直径及其垂直直径，以其平均值作为混合料的流动度；
S2、测定回填材料的泌水率：采用容积为1L的容量筒进行试验，泌水率等于累计泌水总量与容量筒中拌合物含水量的比值；
S3、测定流动性回填材料的抗压强度：采用70.7mm*70.7mm*70.7mm的立方体试模，将流动性回填材料注入试模中，敲击试模壁，使混合料充分充填；24小时后拆模，然后将试样放入标准养护室进行养护；在标准的龄期测试混合料的抗压强度；
S4、确定原材料和混合料配合比：
确定好原材料后，按下列步骤进行利用石材锯泥生产的自密实回填材料的试验室配合比设计：
(1)确定石材锯泥道路回填材料的抗压强度Fcu单位为MPa和流动度L单位为mm控制指标；
(2)拟定石材锯泥道路回填材料中细集料的质量M，单位为kg；
(3)根据石材锯泥道路回填材料的强度要求，确定灰砂比，拟定石材锯泥道路回填材料中水泥用量Qc，单位为kg/m3；
(4)依据最大堆积密度法确定石材锯泥的掺量C，单位为kg；
(5)根据石材锯泥道路回填材料的工作和易性要求，确定水固比，计算回填材料的用水量W，单位为kg/m3；
(6)进行回填材料的试拌，检验其工作和易性和强度；
(7)选择工作和易性、强度均满足试验要求的配合比作为回填材料的最终配合比；
S6、根据试验室配合比换算施工配合比：
(1)计算实际细集料用量：M1＝M×(1+a)；
(2)计算实际石材锯泥用量：C1＝C×(1+b)；
(3)计算实际用水量：W1＝W-(M1-M)-(C1-C)
(4)计算水泥的用量；
其中：M1——实际细集料用量，单位为kg/m3；
M——配合比中细集料用量，单位为kg/m3；
C1——实际石材锯泥用量，单位为kg/m3；
C——配合比中石材锯泥用量，单位为kg/m3；
a——实测细集料的含水率，％；
b——实测石材锯泥的含水率，％；
W1——实际用水量，单位为kg/m3；
W——配合比中水的用量，单位为kg/m3；
S7、将称量好的细集料、水泥、石材锯泥依次倒入搅拌锅中，干拌30s；
S8、加80％的水，搅拌1min使混合料与水充分接触；
S9、将剩余的水全部加入混合料中，再次搅拌3-5分钟，即得到利用石材锯泥生产的道路回填材料。
8.如权利要求1所述的回填材料的施工方法，其特征在于：该施工方法过程如下，
第一步：选定施工部位；不同的施工部位，适合不同的流动度，利用石材锯泥生产的自密实回填材料的工作和易性作为评价标准；
第二步：配制利用石材锯泥生产的道路回填材料；按照具体施工部位确定合适的流动度，根据施工配合比计算用量，在施工现场就近配制，保证半小时内施工完毕；
第三步：浇筑和养护；清理需要回填的管沟或者任何狭窄部位；将拌合好的石材锯泥回填材料泵送指定位置后，加盖草毡养护24h以上；养护期间不要碾压。
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