一种道路回填材料及制备方法

1.本发明涉及道路开挖回填建设、建筑垃圾资源化再利用领域，具体涉及一种道路回填材料及制备方法。


背景技术：

2.随着社会进步和经济水平的不断发展，尤其是城镇化程度的大幅提高，我国正处于城市基础设施建设和改造的高峰期，越来越多的地下管道（大至地铁、人防通道、小至供水、供热、电力、通信、给排水、输油气管道等）在不断兴建与完善。在很多基础设施的建设和维护过程中都会涉及到对原地面（或路面）的开挖回填工作。由此引发的两个问题始终未得到有效解决，一个是开挖过程中产生的大量建筑垃圾（开挖渣土），另一个是回填过程中对天然资源的大量消耗（砂石材料）。两者都对自然生态环境造成了严重的破坏，给城市管理和生态文明建设带来了巨大压力。
3.城市地下施工主要采用盾构机进行地铁隧道建设，开挖阶段产生的大量土方包括粉土、黏土等不适合用作回填材料的渣土被运走丢弃，而选用压实性能良好的砂性土或砂石材料进行回填，造成自然资源的极大浪费与消耗。另外，沙石料必须辅以机械压实的方法让回填部分达到规定的压实度和强度，传统回填材料的回填部位与原有区域之间容易产生非协调、不连续的变形，从而产生不均匀沉降或沉陷。传统道路回填工程，如管沟开挖回填，需要“三背
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(桥台台背、挡墙墙背、涵台台背)回填，一般采用天然级配砂石或者开挖土石方进行回填，由于施工空间狭小，回填料与结构物之间往往存在死角，碾压夯实困难且质量难以保证，导致回填区域经常出现路基沉降、路面龟裂等工程病害。
4.同时我国经济快速发展，建筑垃圾年产量持续增加，我国每年产生15亿～24亿t建筑垃圾，约占城市垃圾总量40%，其中混凝土块占据50%～60%。将废弃混凝土通过除杂、破碎、筛分和机械强化等工艺制备的再生粗、细骨料替代原材料应用到实际工程中，在制备过程中，不可避免的产生了粒径小于0.16mm、且占原料质量15%左右的粉末，其组份是硬化水泥石和砂石骨料碎屑，即为再生微粉。再生微粉质轻，颗粒细小，在风力作用下，会产生大量肉眼不易察觉的粉尘，人体吸入后会对呼吸道和器官产生危害；同时再生微粉如果不能有效收集并加以利用，再生微粉中会释放大量的硅酸钙,氢氧化钙, 硫酸根离子以及重金属离子等,导致水体,土壤及大气污染,破坏生态平衡；再生微粉如果不经回收处理，细小粉尘会在道路土地、植被景观上覆盖，严重影响城市市容与环境卫生。


技术实现要素：

5.针对现有道路施工技术中存在的诸多问题，本发明提供一种道路回填材料及制备方法，该材料利用再生微粉、地铁渣土、粉煤灰制作道路回填材料，具有合适的强度，既可以满足大多数回填场景，同时还可以进行二次开挖回填，降低了道路施工难度，缩短施工工期。实现了再生微粉、地铁渣土、粉煤灰的资源化价值和环境价值，降低碳排放，实现施工工艺绿色化转型。
6.一种道路回填材料，包括如下组分配比：再生微粉60～70份，水泥240～250份，自来水600～610份，地铁渣土1033～1043份。
7.优选的，所述地铁渣土天然含水率为10.8%，其液限为48.9%，塑限为22.9%，塑性指数为26%。
8.优选的，所述地铁渣土的粒径小于80μm。
9.本发明还公开一种道路回填材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1、将建筑固废进行自然晾晒，其中大块建筑垃圾通过物理破碎，将建筑垃圾中的不可利用部分挑出剔除，将可利用部分放入烘箱机中进行24小时、75度烘制，使材料水分完全蒸发；步骤2、将烘干的原料通过破碎机进行初步破碎，破碎之后利用振筛机筛分破碎后的建筑固废，获取粒径小于1.18mm的细料，放入烘箱中进行烘干；步骤3、将烘干后的细料放入球磨机进行研磨，制作再生微粉。
10.步骤4、对制作的再生微粉以及地铁施工产生的地铁渣土进行综合利用，将材料水固比固定为0.45，灰水比固定为0.5，将水泥、渣土和再生微粉放入搅拌机中进行混合干拌，加入适量水再次搅拌直到材料完全拌合均匀即可进行现场施工使用。
11.优选的，所述步骤1中的不可利用部分包括编制塑料袋，钢筋，木屑。
12.优选的，所述步骤2中筛分过程如下：抛弃粒径大于4.75mm的细料，粒径介于4.75mm～1.18mm的细料使用破碎机进行二次破碎，保留粒径小于1.18mm的细料；利用筛分机筛分二次破碎后的骨料，获取1.18mm～0.3mm的细料及粒径小于0.3mm的细料，丢弃粒径大于1.18mm的细料。
13.优选的，所述步骤2中，初步破碎采用颚式破碎机，二次破碎采用对辊破碎机。
14.优选的，所述步骤3中研磨过程如下：1.18mm～0.3mm的细料研磨时间为20min，粒径小于0.3mm的细料研磨时间为10min。
15.优选的，所述步骤4中干拌时间为3分钟。
16.有益效果：本发明具有如下优点：(1)自填充性能：绿色可持续回填新材料流动性好，具有良好的自填充性能，因此可填充开挖后的塌陷孔隙，解决狭窄夯实机械无法充分作业的问题。(2)施工速度快：使用传统碾压夯实回填工法时，填方须以每30 cm分层碾压回填，使得土层达到工程规定的相对压实度才能进行新一分层碾压回填。若以开挖深度3 m估计，完成一段面施工需要 7 d以上。而使用绿色可持续回填新材料，工作时间可以缩短一倍以上。(3)可再开挖性：绿色可持续回填新材料与混凝土最大的差别，就是其具有再开挖功能。通常抗压强度低于 0.35 mpa，仅需要人工方式即可完成再开挖；抗压强度介于0.7～1.4 mpa可使用小型挖土机完成开挖。添加再生微粉和地铁渣土或者仅添加粉煤灰的回填新材料，即使抗压强度达到2.1 mpa，仍然可以使用小型挖土机完成开挖。(4)经济性：绿色可持续回填新材料具有出色的自我充填及自流平性能，在浇置作业中无需通过夯实机械与特殊工法即可以达到良好的流动性与密实效果。因此相对传统夯实土层的施工方式，能够省下大笔施工费用，且绿色可持续回填新材料拌和步骤简单，一般
混凝土拌和设备即可生产，易于现场制作，有利于降低工程成本。新材料通过使用建筑固废、工业废料或现场开挖土石方，可以进一步降低原材料成本。
具体实施方式
17.下面对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
18.本发明公开一种道路回填材料及制备方法，涉及道路开挖回填建设、再生微粉、地铁渣土资源化再利用领域，通过将再生微粉、地铁渣土、粉煤灰、水泥以适当比例混合，可以制成符合道路回填工程施工性能要求的新型材料，可以实现再生微粉、地铁渣土的资源化利用。
19.其材料组成部分包括按质量份数计：再生微粉60～70份，水泥240～250份，自来水600～610份，地铁渣土1033～1043份，其中再生微粉的来源是由大量建筑垃圾进行回收再处理得来的，将建筑固废进行自然晾晒，以减少混凝土自由水含量。其中大块建筑垃圾通过物理破碎，可以使用锤子等工具进行初步破碎，将建筑垃圾中的不可利用部分挑出剔除（如编制塑料袋，小钢筋，大木屑等），将可利用部分用金属托盘承装，放入烘箱机中进行24小时，75度烘制，等材料水分完全蒸发既可进行下一步的处理。
20.将烘干的原料通过鄂式破碎机进行初步破碎，之后利用振筛机筛分破碎后的建筑固废，获取不同粒径细料，其中抛弃粒径》4.75mm的细料，粒径介于4.75mm～1.18mm的细料使用对辊破碎机进行二次破碎，保留粒径《1.18mm的细料。利用筛分机筛分二次破碎后的骨料，获取1.18mm～0.3mm的细料及粒径小于0.3mm的细料，丢弃粒径大于1.18mm的细料。将粒径为1.18mm～0.3mm细料及粒径小于0.3mm的细料放入烘箱中进行烘干，为保证再生微粉活性，温度调制在60℃，将骨料中水分尽可能烘干，方便后期研磨。
21.最后采用行星球磨机进行研磨，设置仪器转速为300r/min，粒径为1.18mm～0.3mm的细料研磨时间为20min，粒径小于0.3mm的细料研磨时间为10min，通过球磨机研磨所得的微粉为试验所需再生微粉，使用负压筛析仪测其细度，测得45μm方孔筛筛余量小于10%。此时再生微粉制作完成。
22.对制作的再生微粉以及地铁施工产生的地铁渣土进行综合利用，将材料水固比固定为0.45，灰水比固定为0.5，通过实验最优配合比将水泥，渣土，再生微粉等材料放入搅拌机中进行混合干拌3分钟，加入适量水再次搅拌直到材料完全拌合均匀即可进行现场施工使用。材料强度符合回填标准8mpa，同时方便二次开挖，工程施工简单方便，同时流动度满足200mm，适用于大多数回填场景。
23.流动度对比流动性见下表
本发明所使用的水泥含量相比于传统回填材料要少很多，用传统水泥基材料需要经过高温加热进行烧制处理，而本发明所使用的再生微粉材料则大大降级产品的碳排放和能源消耗，再生微粉本身材料具有良好的火山灰效应，可以形成一定强度的胶凝性水化产物，配合粉煤灰等材料，在保证回填材料满足规范要求的同时，最大限度提高可回收资源利用率，降低配合比中水泥的含量。
24.本发明加入的地铁渣土是经过预处理的材料，天然含水率为10.8%，其液限为48.9%，塑限为22.9%，塑性指数为26%。将地铁渣土研磨至80μm以下，渣土会经过粉磨后会形成水化成核点，且渣土颗粒表面粗糙，与凝胶材料界面啮合能力强，提高了渣土粉末与凝胶材料界面的粘结性，在掺量较少的情况下会促进反应进行，促进抗压强度增长。
25.本发明加入的再生微粉也可作为回收利用的绿色新材料，将建筑固废大块进行破碎，将建筑固废材料直径降到10mm，再进行精细化制作，最后使用负压筛析仪测其细度，测得45μm方孔筛筛余量小于10%。此时再生微粉制作完成。此再生微粉制作适合大规模建筑固废再利用，其材料成本低，制作工序相对简洁，回收利用率高，符合国家道路建筑绿色施工长远发展战略。
26.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种道路回填材料，其特征在于，包括如下组分配比：再生微粉60～70份，水泥240～250份，自来水600～610份，地铁渣土1033～1043份。2.根据权利要求1所述的一种道路回填材料，其特征在于，所述地铁渣土天然含水率为10.8%，其液限为48.9%，塑限为22.9%，塑性指数为26%。3.根据权利要求1所述的一种道路回填材料，其特征在于，所述地铁渣土的粒径小于80μm。4.根据权利要求1至3任一所述的道路回填材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、将建筑固废进行自然晾晒，其中大块建筑垃圾通过物理破碎，将建筑垃圾中的不可利用部分挑出剔除，将可利用部分放入烘箱机中进行24小时、75度烘制，使材料水分完全蒸发；步骤2、将烘干的原料通过破碎机进行初步破碎，破碎之后利用振筛机筛分破碎后的建筑固废，获取粒径小于1.18mm的细料，放入烘箱中进行烘干；步骤3、将烘干后的细料放入球磨机进行研磨，制作再生微粉。步骤4、对制作的再生微粉以及地铁施工产生的地铁渣土进行综合利用，将材料水固比固定为0.45，灰水比固定为0.5，将水泥、渣土和再生微粉放入搅拌机中进行混合干拌，加入适量水再次搅拌直到材料完全拌合均匀即可进行现场施工使用。5.根据权利要求4所述的道路回填材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的不可利用部分包括编制塑料袋，钢筋，木屑。6.根据权利要求4述的道路回填材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中筛分过程如下：抛弃粒径大于4.75mm的细料，粒径介于4.75mm～1.18mm的细料使用破碎机进行二次破碎，保留粒径小于1.18mm的细料；利用筛分机筛分二次破碎后的骨料，获取1.18mm～0.3mm的细料及粒径小于0.3mm的细料，丢弃粒径大于1.18mm的细料。7.根据权利要求6所述的道路回填材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，初步破碎采用颚式破碎机，二次破碎采用对辊破碎机。8.根据权利要求4所述的道路回填材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中研磨过程如下：1.18mm～0.3mm的细料研磨时间为20min，粒径小于0.3mm的细料研磨时间为10min。9.根据权利要求4所述的道路回填材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中干拌时间为3分钟。

技术总结
本发明提供一种道路回填材料及制备方法，回填材料包括如下组分配比：再生微粉60～70份，水泥240～250份，自来水600～610份，地铁渣土1033～1043份。该材料利用再生微粉、地铁渣土、粉煤灰制作道路回填材料，具有合适的强度，既可以满足大多数回填场景，同时还可以进行二次开挖回填，降低了道路施工难度，缩短施工工期。实现了再生微粉、地铁渣土、粉煤灰的资源化价值和环境价值，降低碳排放，实现施工工艺绿色化转型。色化转型。


技术研发人员：高树金 门燕青 曹建新 李幸 李秀领 苏振鹏
受保护的技术使用者：山东建筑大学
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/24