CN115521113A

CN115521113A - 一种砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法

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Publication number: CN115521113A
Application number: CN202211259104.5A
Authority: CN
Inventors: 赵云飞; 罗飞轮; 张正勇; 熊亮; 张鹏; 徐天硕; 刘丽; 李佳; 杨一清; 李志周
Original assignee: China University of Geosciences; Sinohydro Bureau 5 Co Ltd
Current assignee: China University of Geosciences; Sinohydro Bureau 5 Co Ltd
Priority date: 2022-10-14
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2022-12-27

Abstract

本发明公开了一种砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法，将所述砂岩地层顶管废弃渣土、水泥、粉煤灰、矿粉以及水混合均匀后加入外加剂搅拌均匀后静置20～30分钟，得到可控低强度材料；其中：所述砂岩地层顶管废弃渣土、水泥、粉煤灰、矿粉、外加剂以及水的重量份分别为2500～2700份、300～340份、180～220份、70～90份、4～8份以及800～900份。砂岩地层顶管废弃渣土被固封起来(因为在可控低强度材料上面还需要铺装其它物质，如沥青)，避免了砂岩地层顶管废弃渣土长时间暴露空气中发生的物理化学反应，对土壤造成的污染，还可以避免土地资源的浪费，由此可知，该处理方法绿色环保。

Description

一种砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法

技术领域

本发明涉及非开挖岩石顶管工程领域，具体涉及一种砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法。

背景技术

在岩石顶管施工过程中会产生大量的废弃渣土，而如何处理这些岩石顶管废弃渣土成为一个重要难题。传统的废弃渣土处理方式是用弃土场来堆积这些废弃渣土，如果采用这种方式的话，一方面会占用土地，浪费了大量的土地资源，另一方面对环境也会造成污染，主要是因为这些工程废土随着堆积时间的增长，会发生一系列的物理化学反应，产生许多有害物质渗入到原始土壤之中，从而对土壤造成一定程度的污染。因此，研究出一种新型、绿色、高效益的岩石顶管废弃渣土处理措施是岩石顶管施工的迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法，解决了现有砂岩地层顶管废弃渣土直接堆积造成的土地资源浪费和对环境造成的污染问题，本发明将其与水泥、粉煤灰以及矿粉等混合制成可控低强度材料，用于固封起来，绿色环保，可作为新型流填料使用。

本发明提供一种砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法，将所述砂岩地层顶管废弃渣土、水泥、粉煤灰、矿粉以及水混合均匀后加入外加剂搅拌均匀后静置20～30分钟，得到可控低强度材料；

其中：所述砂岩地层顶管废弃渣土、水泥、粉煤灰、矿粉、外加剂以及水的重量份分别为2500～2700份、300～340份、180～220份、70～90份、4～8份以及800～900份。

采用以上技术方案，一方面，将砂岩地层顶管废弃渣土变成了有用物质，与水泥、粉煤灰、矿粉、外加剂以及水一起制成的可控低强度材料不仅满足新型流填料的性能要求，而且还能够代替现有的填料，实现变废为宝；另一方面，砂岩地层顶管废弃渣土被固封起来(因为在可控低强度材料上面还需要铺装其它物质，如沥青)，避免了砂岩地层顶管废弃渣土长时间暴露空气中发生的物理化学反应，对土壤造成的污染，还可以避免土地资源的浪费，由此可知，该处理方法绿色环保。

作为一种优选的实施方式，所述砂岩地层顶管废弃渣土在使用前先进行烘干处理，避免其中夹杂的水分导致砂岩地层顶管废弃渣土不易分散开来。

作为一种优选的实施方式，所述砂岩地层顶管废弃渣土为穿越强风化和中风化砂岩地层顶管刀盘破碎渣土。

作为一种优选的实施方式，所述砂岩地层顶管废弃渣土的粒径范围为5～25mm，当可控低强度材料铺装完成且凝固成型后不会出现空壳现象，满足道路使用的要求。

作为一种优选的实施方式，所述水泥为P.O42.5R硅酸盐水泥，用以粘接各原料。

作为一种优选的实施方式，所述粉煤灰为F类I级粉煤灰，粉煤灰不仅起到支撑的作用，而且还能改良道路路基。

作为一种优选的实施方式，所述矿粉为S95级矿粉，矿粉主要起到填充所述砂岩地层顶管废弃渣土之间空隙的作用，从而增强该可控低强度材料的强度和稳定性，满足道路使用的要求。

作为一种优选的实施方式，所述外加剂为促凝剂，仅采用促凝剂即可使得到的新型流填料满足相应的要求，因此可以节约可控低强度材料的制造成本，适合推广使用。

作为一种优选的实施方式，所述可控低强度材料的流动性为200mm～230mm，2h泌水率小于5％，凝结时间为8～15小时，凝结28天时的抗压强度大于1.6MPa，弹性模量为70～85MPa；具有优良的性能，可作为填料使用，具体可应用于地下结构的回填(如管沟，建筑，停车场)和地下空间充填(废坑，坑到填充)。

作为一种优选的实施方式，所述可控低强度材料初凝时间达到时的贯入阻力值为2.5～3.5MPa，终凝时的贯入阻力值为26～29MPa。

附图说明

图1为实施例1所公开的砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对砂岩地层顶管废弃渣土的现有处理方式基本是堆砌在废弃场，不仅造成土地资源的浪费，而且长时间暴露于空气中还会发生一系列的物理化学反应，造成土地资源的污染，由此可知现有的处理方式不满足现代倡导的绿色环保理念，亟需提出一种新的、绿色的且环保的方式来处理砂岩地层顶管废弃渣土。

针对砂岩地层顶管废弃渣土的现有处理方式存在的上述问题，本发明的发明人发现将其与水泥等物质按照特定的比例混合后，制得的物质能够满足可控低强度材料要求，可作为新型流填料使用，用于代替压实可控低强度材料，在实现绿色环保的基础上还能够实现变废为宝以及拓宽了砂岩地层顶管废弃渣土的应用场景。

如本文所用，所述“砂岩地层顶管废弃渣土”是指穿越强风化和中风化砂岩地层顶管刀盘破碎渣土，其中：所述“强风化砂岩地层”是指结构大部分破坏，矿物成分发生显著变化，风化裂隙发育，岩体破碎，主要成分为石英和长石的砂岩地层，所述“中风化砂岩地层”是指结构部分破坏，节理面伴有次生矿物，岩体被切割成岩块，主要成分为石英和长石的砂岩地层。

如本文所用，可控低强度材料的性能指标如表1所示。

表1可控低强度材料的性能指标

流动性(mm)	2h泌水率	凝结时间(h)	28天抗压强度(MPa)	弹性模量(MPa)
					200～230	小于5％	小于15	大于1.6	大于70

如本文所用，所述“泌水率”是泌水量对混凝土拌合物含水量之比。

本发明中，所述流动性反应了该填料在铺装的过程中具有的自我填充性能、自流平性能和自我密实的性能，不需额外的机械震动夯实，可有效降低因碾压夯实质量不合格而引起的工程病害问题。本发明制备得到的可控低强度材料的流动性在200～230mm之间，由此可知其具有良好的流动性。

如本文所用，所述“凝结时间”也称硬化时间，是指拌和物从塑性状态过渡到硬固状态，并达到一定强度所需的时间。针对可控低强度材料，要求此处的“一定强度”是指足以支撑一个成年人的荷重。

本发明公开了一种砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法，将所述砂岩地层顶管废弃渣土、水泥、粉煤灰、矿粉以及水混合均匀后加入外加剂搅拌均匀后静置20～30分钟，得到可控低强度材料。

在水泥、外加剂和水的作用下，砂岩地层顶管废弃渣土、粉煤灰以及矿粉被固封起来，满足新型流填料的要求。

本发明中，混合均匀后只需要静置20～30分钟即可得到可控低强度材料，说明制备时间短，能够提高生产效率，缩短施工所需时间，值得推广使用。

本发明中，所述砂岩地层顶管废弃渣土在被开采出来就可以烘干后直接使用，无需二次加工处理，因此不仅可以节约处理成本，还可以节约处理步骤和时间，值得推广使用。

本发明中，一般情况下，所述砂岩地层顶管废弃渣土、水泥、粉煤灰、矿粉、外加剂以及水的重量份分别为2500～2700份、300～340份、180～220份、70～90份、4～8份以及800～900份；合适地，2600～2700份、320～340份、180～200份、80～90份、6～8份以及850～900份；更合适地，2660份、320份、200份、80份、6份以及850份。

本发明中，所述外加剂在少量使用的后即可达到满足能够新型流填料的早期强度要求，因此节约制造成本，适合推广使用。

本发明中，所述砂岩地层顶管废弃渣土在使用前可以先进行烘干处理，以除去其中的水分，避免其结团，而使得整个过程混合不均匀。

本发明中，所述砂岩地层顶管废弃渣土的粒径范围为5～25mm，使得混合过程更加顺利，避免可控低强度材料凝固成形时出现较大的空隙影响质量等问题。

本发明中，所述水泥可以为任何的通用硅酸盐水泥，例如：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥以及粉煤灰硅酸盐水泥等，合适地，所述水泥为P.O42.5R硅酸盐水泥，其相关物理性质应满足GB175—2007《通用硅酸盐水泥》；用以起到粘接的作用。

本发明中，所述粉煤灰为F类I级粉煤灰，其相关物理性质满足GB/T1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，粉煤灰主要起到支撑的作用。

本发明中，所述矿粉为S95级矿粉，其相关物理性质满足国家标准GB/T18046-2000《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》。

本发明中，所述外加剂为促凝剂，仅需要采用促凝剂这一种外加剂制备得到的可控低强度材料就可满足新型流填料的相关要求，由此可知，采用本发明公开的对砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法可以节约成本。本发明中，对促凝剂没有特别的要求，因此采用市面上所销售或厂家生产的促凝剂均能够实现。

本发明制备得到的产物满足可控低强度材料的相关性能要求，而且还具有较高的流动性和自密实性，其中：流动性可达到228mm。

本发明制备得到的的产物满足可控低强度材料的相关性能要求，而且初凝时间达到时的贯入阻力值为2.5～3.5MPa，终凝时的贯入阻力值为26～29MPa，由此可知，本发明制备得到的可控低强度材料具有良好的硬度，用作填料使用时不易被破坏。

如本文所用，所述“贯入阻力”是一个综合反映土的工程性质指标。但是，贯入是一种刺入的破坏作用，其机理与地基土在荷载作用下强度变形特性是不同的，贯入阻力不能作为设计参数进入土力学的任何公式计算。因此，它可以应用于定性判别的场合，如根据相对软硬程度划分层面；当需要采用静力触探试验来获得土的设计参数时，必须借助于经验对比，通过比较试验取得贯入阻力和土的强度变形指标的对比数据组，然后进行回归统计以求得经验公式。在取得贯入阻力的统计数据以后，就可以利用经验公式估计土的强度变形指标。需要应用静力触探试验资料预估单桩承载力时，也要将贯入阻力和单桩载荷试验的结果进行对比，求得经验系数后才能估计单桩的桩侧摩擦阻力和桩端阻力，进而计算单桩承载力。

一方面，将砂岩地层顶管废弃渣土变成了有用物质，与水泥、粉煤灰、矿粉、外加剂以及水一起制成的可控低强度材料不仅满足新型流填料的性能要求，而且还能够代替现有的填料，实现变废为宝；另一方面，砂岩地层顶管废弃渣土被固封起来(因为在可控低强度材料上面还需要铺装其它物质，如沥青)，避免了砂岩地层顶管废弃渣土长时间暴露空气中发生的物理化学反应，对土壤造成的污染，还可以避免土地资源的浪费，由此可知，该处理方法绿色环保。

实施例

表2原料的来源

原料	/	生产厂家
			矿粉	S95级矿粉	河南郑州龙泽
粉煤灰	F类I级粉煤灰	河南郑州龙泽
			水泥	P.O42.5通用硅酸盐水泥	河南蓝科环保净水材料厂
促凝剂	WH-Z	天津市伟合科技

实施例1

如图1所示，称取质量为水泥320g、矿粉80g、粉煤灰200g、砂岩地层顶管废弃渣土2664.7g以及水850g后将其置于容器中搅拌均匀后加入促凝剂6g搅拌均匀后放置20分钟，即得可控低强度材料，对可控低强度材料进行各项性能试验。

实施例2

称取质量为水泥300g、矿粉70g、粉煤灰180g、砂岩地层顶管废弃渣土2500g以及水800g后将其置于容器中搅拌均匀后加入促凝剂4g搅拌均匀后放置20分钟，即得可控低强度材料，对可控低强度材料进行各项性能试验。

实施例3

称取质量为水泥310g、矿粉75g、粉煤灰190g、砂岩地层顶管废弃渣土2600g以及水850g后将其置于容器中搅拌均匀后加入促凝剂6g搅拌均匀后放置25分钟，即得可控低强度材料，对可控低强度材料进行各项性能试验。

实施例4

称取质量为水泥330g、矿粉85g、粉煤灰210g、砂岩地层顶管废弃渣土2650g以及水870g后将其置于容器中搅拌均匀后加入促凝剂8g搅拌均匀后放置30分钟，即得可控低强度材料，对可控低强度材料进行各项性能试验。

实施例5

称取质量为水泥340g、矿粉90g、粉煤灰220g、砂岩地层顶管废弃渣土2700g以及水900g后将其置于容器中搅拌均匀后加入促凝剂8g搅拌均匀后放置30分钟，即得可控低强度材料，对可控低强度材料进行各项性能试验。

现对实施例1-5所得可控低强度材料进行各项性能检测，包括流动性、泌水率、凝结时间、抗压强度以及弹性模量等性能进行检测，结果如表3所示。

(1)评价流动性的检测方法为：

根据规范ASTMD6103中CLSM流动度测量的标准试验方法，该试验方法使用一个两端开口的75mm×150mm圆柱体，该圆柱体充满可控低强度材料，并在2至4秒，使可控低强度材料坍落并测量其直径。

(2)评价泌水率的检测方法为：

依据JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土实验规程》，并根据可控低强度材料的相关特点设计了其泌水率实验，采用泌水率标准试验桶，并按照其中相关规范要求测量可控低强度材料拌合物的2h泌水率。

(3)评价凝结时间的检测方法为：

本试验结合国内规范《JGJ70-2009建筑砂浆基本法》和国外规范ASTMD6024中对于砂浆拌合物的凝结时间的评定方法，定义符合可控低强度材料凝结时间的标准。由于可控低强度材料随着硬化时间不同其承载能力不同，落球的压痕直径不同，规定从搅拌到压痕直径为76mm时的时间为可控低强度材料的凝结时间。

(4)评价单轴抗压试验的方法为：

参考JGJ70-2009《建筑砂浆基本方法》立方体抗压强度的测试方法，制备70.7×70.7×70.7mm的立方体试样，加载速度控制在0.25kN/s-1.5kN/s。

(5)评价弹性模量试验的方法为：

本试验参考JGJ70-2009《建筑砂浆基本方法》，制备70.7×0.7×210mm的标准棱柱体试件，每次试验需制备6个试件。试验步骤为：选用3个试件测量其轴心抗压强度，将试件直立在下压板上，并于中心对准，然后进行连续均匀的加载，加载速度应为0.25-1.5kN/s。取3个试件侧值的算术平均值作为轴心抗压值，当三个测值中最大值与最小值差值超过20％的时候，应舍弃最大值与最小值，选取中间值。

表3实施例1-5制得的可控低强度材料性能测试结果

另外根据ASTMC403方法，实施例1-5制备得到的可控低强度材料的初凝时间和终凝贯入阻力值分别在2.5～3.5MPa范围和26～29MPa范围内。

由表3可知，实施例1-5制备得到的物料满足可控低强度材料的要求，能够作为新型流填料使用，从而避免了现有直接堆积造成的土地资源浪费和环境污染，该处理方法环保绿色且变废为宝。

通过本发明公开的处理方法可知，一方面，将砂岩地层顶管废弃渣土变成了有用物质，与水泥、粉煤灰、矿粉、外加剂以及水一起制成的可控低强度材料不仅满足新型流填料的性能要求，而且还能够代替现有的填料，实现变废为宝；另一方面，砂岩地层顶管废弃渣土被固封起来(因为在可控低强度材料上面还需要铺装其它物质，如沥青)，避免了砂岩地层顶管废弃渣土长时间暴露空气中发生的物理化学反应，对土壤造成的污染，还可以避免土地资源的浪费，由此可知，该处理方法绿色环保。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法，其特征在于，将所述砂岩地层顶管废弃渣土、水泥、粉煤灰、矿粉以及水混合均匀后加入外加剂搅拌均匀后静置20～30分钟，得到可控低强度材料；

2.根据权利要求1所述的砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法，其特征在于，所述砂岩地层顶管废弃渣土在使用前先进行烘干处理。

3.根据权利要求1所述的砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法，其特征在于，所述砂岩地层顶管废弃渣土为穿越强风化和中风化砂岩地层顶管刀盘破碎渣土。

4.根据权利要求1-3任一项所述的砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法，其特征在于，所述砂岩地层顶管废弃渣土的粒径范围为5～25mm。

5.根据权利要求4所述的砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法，其特征在于，所述水泥为P.O42.5R硅酸盐水泥。

6.根据权利要求4所述的砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法，其特征在于，所述粉煤灰为F类I级粉煤灰。

7.根据权利要求4所述的砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法，其特征在于，所述矿粉为S95级矿粉。

8.根据权利要求4所述的砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法，其特征在于，所述外加剂为促凝剂。

9.根据权利要求4所述的砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法，其特征在于，所述可控低强度材料的流动性为200mm～230mm，2h泌水率小于5％，凝结时间为8～15小时，凝结28天时的抗压强度大于1.6MPa，弹性模量为70～85MPa。

10.根据权利要求4所述的砂岩地层顶管废弃渣土的处理方法，其特征在于，所述可控低强度材料初凝时间达到时的贯入阻力值为2.5～3.5MPa，终凝时的贯入阻力值为26～29MPa。