建筑垃圾再生骨料泡沫混凝土台背填料.docx

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1、建筑垃圾再生骨料泡沫混凝土台背填料1概述我国每年因拆除、新建、装修等产生的建筑垃圾到2020年年底预计将突破30亿t ,建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30% 40% 0采用建筑垃圾制备各种道路工程用再生材料,具有消纳建筑垃圾量大、可操作性强、使用性能稳定等特点，为了更好地保护生态环境和利用好现有资源，将建筑垃圾加工处置成再生骨料进行利用势在必行，尤其是我国为了实现碳达峰目标与碳中和愿景，资源高效利用与环境保护将进一步强化。涵洞是公路构造物的基础部分之一，台背体作为二者之间的过渡，应防止沉降差变出现的跳车现象。台背回填效果的主要影响因素包括填料性质以及其密实程度、施工条件及台背的排水工程的设

2、置情况，其中提高填料的结构强度及压实程度是解决台背沉降的关键。通常会在填料中添加石灰或设置土工格栅等加筋材料，提高填筑材料的稳定性。近年来，用于台背回填的材料虽然种类繁多，但需要根据使用地区的资源环境情况进行选择，缺乏普适性，其中采用低自重、抗变形性能强的泡沫混凝土材料具有较强的技术优势。泡沫混凝土是在混凝土中掺入发泡胶凝材料，经成型、养护制成的一种含有大量气孔的轻质水泥混凝土材料，在我国的工程建设中已广泛应用，具有良好的结构强度和使用效果。而采用建筑垃圾再生骨料制备泡沫混凝土材料，将其应用于涵洞台背填筑，为其资源化利用提供了新思路2原材料加工及工程概况2.1原材料加工准备本文用建筑垃圾再生骨

3、料生产工艺流程如图1所示，分为进料、破碎、筛分分离三道工序。进料工序是将回收的建筑垃圾通过进料装置送至料斗筛分，先进行初步的筛除泥土并喷淋除尘,然后将初步处理的建筑垃圾输送至破碎装置。破碎和筛分同步进行，首先，采用颗式破碎机进行一级破碎，将石材、砖及混凝土初步破碎，破碎时须装有除尘系统喷淋降低扬尘，并在筛分设备中将泥土、混凝土和石砖分离，以磁选法分离回收建筑垃圾中的金属，随后，将大骨料回送到二次破碎装置加工，破碎后其颗粒尺寸介于0 mm 63 mm之间，为便于后续材料组成设计z20 mm , 20 mm粒径按照 0 mm 10 mm z 10 mm40 mm z 40 mm 63 mm 分开存

4、放。以涵洞为界，洞背分为上段和下段，详细尺寸见图2 ,路基上宽为12 m ,下宽为20 m ,台背填筑材料与土路基相衔接。3再生骨料泡沫混凝土组成设计及性能评价3.1原材料选择1）发泡材料。发泡剂采用烟台赛地重工有限公司的HF系49: 1,具体技术参数见表1。列水泥发泡剂，发泡倍率为4660 ,取50 ,即水：发泡齐J =2）水泥。本文采用华润P . 042 . 5水泥作为再生骨料泡沫混凝土用水泥，技术指标见表2o3）再生骨料。本文使用的建筑垃圾再生骨料配比为：10 mm 20 mm 占 35% , 20 mm 40 mm 占 45% , 40 mm 63 mm占20% ,表观密度为2 150

5、 kg m3o4）水。采用生活饮用水。3 . 2配合比设计3.2.1泡沫胶凝材料技术要求28 d抗压强度要求值不小于0 . 9 MPa ,湿容重约为540 kgm3 580 kg m3 ,流动度 160 mm 200 mmo3.2.2泡沫胶凝材料配合比设计采用上述发泡剂，室内实验室制备气泡群。以5 . 5 ,5 . 8 ,6 . 1三个水胶比（质量比，下同）分别制作水泥浆，单位体积材料用量见表3o将制备好的气泡群与水泥浆充分拌和，制成泡沫胶凝材料按照100 mm 100 mm 100 mm成型试件，脱模后装入塑料袋密封，标准养生7 d和28 d ,随后进行抗压强度试验。从表3可以看出，水胶比为

6、0 . 55时，湿容重不符合要求；水胶比为0 . 61时，28 d抗压强度达不到强度要求;而水泥：水：气泡群=340 : 197 : 693时，湿容重、28d强度、流动度均满足设计要求。故初步确定水胶比为0 . 58 ,水泥：水：气泡群=340 : 197: 693的配合比作为设计方案，现场进行单节单层试验段施工，检测结果见表4o泡沫胶凝材料试验段结果表明，抗压强度仍有一定的富余,故进行配合比优化，降低水泥用量和增加水胶比来达到强度和湿容重满足要求。保持水泥用量不变，增大水胶比，配合比设计及技术指标检测结果见表50根据表5中检测结果，水胶比0 . 6时各项指标均合格，且28 d抗压强度还有一定

7、的富余，得出水胶比为0 . 6时可以满足设计要求，从经济性方面考虑，以水泥用量340 kg为基准，下调水泥用量，配合比及技术指标检测结果见表6。从表6中数据可知，配合比水泥：水：气泡群=310: 186: 713时，湿容重、28 d强度均不满足设计要求，而当水泥：水：气泡群=320 : 192 : 705时，各项指标均满足设计要求，故确定的最终配合比为水泥：水：气泡群=320 : 192 : 705 ,水胶比为0.6,再次进行试验段施工，施工过程流畅，各项体积力学指标均满足设计要求。3.2.3建筑垃圾再生骨料泡沫混凝土配合比设计1）建筑垃圾再生骨料泡沫混凝土设计要求。加州承载比（CBR）试验方

8、法是评价土基及路面基层材料强度的一种方法，广泛应用于道路工程领域。为了有效地评价建筑垃圾再生骨料泡沫混凝土的强度，采用未筛分碎石进行对比研究（见表7） o对于未筛分碎石，压实度为95%时，CBR值为38% j强度为2 . 66 MPa;压实度98%时，强度为3 . 20 MPao故建筑垃圾再生骨料泡沫混凝土配合比设计的依据为：强度不小于3 . 2 MPa ,湿容重不大于1 750 kg m3o2）配合比设计过程。建筑垃圾再生骨料的表观密度为2150 kg m3 ,各档骨料配比为：10 mm 20 mm占35% ,20 mm 40 mm 占 45% , 40 mm 63 mm 占 20% ,室内

9、 试验以 800 kg m3 , 1 000 kg m3 z 1 200 kg m3 ,1 400 kg m3的掺量进行试配，以上述确定的泡沫胶凝材料，四种配比胶凝材料用量一致，采用150 mm 150 mm 150 mm立方体试模分2层 3层成型试件，先将泡沫胶凝材料浇入试模约30 mm50 mm,然后将拌和均匀的建筑垃圾骨料置于试模内，高度至70mm 80 mm z再浇入泡沫胶凝材料填充空隙，待初凝后再进行上一层填筑，直至装满试模，并稍有溢出，待最上一层初凝后将试件顶面收平。成型试件1 d后脱模，标准养生，28 d测试其抗压强度，试验结果见表80从表8中数据可知，根据抗压强度和湿容重要求，

10、建筑垃圾用量越多，湿容重和抗压强度均随之增长，考虑到尽可能多采用建筑垃圾骨料，减少胶凝材料用量以降低成本，最终确定再生骨料泡沫混凝土 1 m3实验室配合比为建筑垃圾：泡沫胶凝材料二1 400 kg : 349 Lo4工程应用及经济性分析4 . 1工艺流程4. 1. 1泡沫胶凝材料制备利用发泡装置产生气泡，并将气泡加入水泥浆中，制备泡沫胶凝材料，此过程需保证浆泡混合均匀，如图3所示，尽量做到迅速混合，避免使用超过发泡时间的气泡群。施工工艺要点如下：1）发泡剂的选择。a .发泡剂对生态环境应无不良影响，宜采用界面活性类发泡剂。b .在0 C以上的温度环境，发泡剂不应出现离析现象。c .发泡剂的稀释

11、倍率不宜小于100od .发泡剂所制作的泡沫应细密，经消泡试验确定的湿密度增加率不应超过10% o e .所产生的标准泡沫密度宜为 40 kg m3 60 kg m3o2）水泥浆的制备。a .水泥浆的拌和用水不能含有影响泡沫稳定性、泡沫胶凝材料的强度和耐久性的有机物、油污等杂质。b .所用水泥必须先进行消泡试验，以确定其湿密度增加率是否满足要求。c .水泥浆应现场连续拌和，避免泡沫胶凝材料浇筑过程中出现局部消泡、初凝现象，影响整体施工质量。同时应在出料口设置过滤网，防止较大颗粒材料堵塞泵管。4.1.2浇筑施工工艺以制备的建筑垃圾再生骨料和泡沫胶凝材料，进行涵洞洞背填筑，施工工艺过程简述如下:1

12、）施工前准备。a .进行浇筑区域、浇筑层的划分，标识工作区。b .清除浇筑区的基底杂物，确保基底无积水、无松散软土，同时对基底土层进行必要的碾压处理，确保基底的软土达到标准要求。c .根据浇筑区域的实际情况进行临时模板的安装，将模板安装紧密，防止因泡沫混凝土的高流动性导致漏浆现象的产生，并在模板侧方位涂抹界面剂。2）泡沫胶凝材料泵送及浇筑准备。将制备满足质量要求的泡沫胶凝材料，采用泵管输送。泵送前，应检查管接头是否紧固，确保接头密封牢固不泄露。泵送过程中，浇筑管的压力应满足扬程及输送距离要求。在浇筑前，将浇筑管的浇筑口放置在浇筑区以外，当观察到出口均匀出现泡沫胶凝材料时，再将浇筑管移入浇筑区。

13、浇筑正式开始前，先沿着模板的边沿浇筑一圈泡沫胶凝材料。3）建筑垃圾泡沫混凝土浇筑。采用分层施工方式浇筑，单层厚度应控制在30 cm 40cm ,每次浇筑完成暂停施工3 h ,待初凝后再施工下一层。若浇筑过程停滞时间超过30 min ,应及时清洗管道，避免泡沫胶凝材料部分凝结在浇筑管内造成管道堵塞。泡沫胶凝材料浇筑时，浇筑管宜与浇筑面保持缓倾角度，见图4,不宜采用从上而下喷射方式进行浇筑，管口应埋入泡沫混凝土内不小于10 cm ,并应减少对泡沫胶凝材料的扰动 以降低泡沫混凝土的消泡量。同时，应采用浇筑点由中心向四边扩展或采用多点浇筑的方式进行浇筑,浇筑点不应直接冲击面板及伸缩缝模板部位，避免造成

14、面板底部及接缝处的渗漏。当浇筑至顶层时，采用后退方式拖移浇筑管进行人工扫平，浇筑层终凝后方可进行上层的浇筑施工。顶层泡沫混凝土浇筑完毕后，采用土工布保湿养生，同时禁止直接在泡沫混凝土表面进行机械、车辆作业或堆压杂物，路面施工必须在顶层泡沫轻质土养护不少于28 d以后进行（见图5） o4 . 2工后沉降观测泡沫混凝土施工完成后，在左幅、右幅各布设1个沉降观测点，进行为期一个月监测，沉降数据见表9 ,表10。从表9 ,表10可以看出，随之时间延长，无论左幅还是右幅，沉降量逐渐降低，填方高度越大，累计沉降量也越大，但工后一个月，建筑垃圾再生骨料泡沫混凝土结构趋于稳定，沉降量很小。建筑垃圾再生骨料泡沫

15、混凝土兼备土质路基及支挡防护作用，自重轻，大幅降低填土荷载，减少了洞背回填材料自身的滑动力矩，提高其抗滑稳定性，对外侧无侧向压力，有效抑制了台背和地基之间的不均匀沉降和侧移，沉降量远低于一般填土台背。同时建筑垃圾再生骨料泡沫混凝土导热系数低于一般回填材料，保温性能良好，不易产生由温度变化所引起的裂缝，提高路基路面构造物的耐久性。4 . 3经济性分析通过分析表11 ,表12可以看出，建筑垃圾再生骨料泡沫混凝土填筑成本为175 . 58元m3 ,未筛分碎石填筑成本为192 . 97元m3 ,每立方米成本约降低9 . 0% o建筑垃圾泡沫混凝土可使建筑垃圾资源化和无害化利用，且来源广泛、价格便宜，可以减少天然砂石料的使用，节约资源，具有良好的社会经济效益。止匕外，建筑垃圾再生骨料泡沫混凝土结构稳定，荷载敏感性较低，有效缓解填筑材料自重及交通荷载对其产生沉降,从