一種用于寒區(qū)的土工填料的制作方法

專利名稱：：一種用于寒區(qū)的土工填料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于土木建筑材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于寒區(qū)的土工填料。
背景技術(shù)：
：我國有超過三分之二的國土位于常年或季節(jié)性寒區(qū)，在這些地區(qū)修筑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筑工程的破壞問題，填土發(fā)生凍脹、隆起和開裂。軟弱地基填土容易產(chǎn)生承載力不夠以及不均勻沉降。這樣的難題不加以防范，就可能引起路面破壞、地基失穩(wěn)和變形過大等工程災(zāi)害。盡管國內(nèi)外公開了采用聚苯乙烯塊體作為填筑材料；可以一定程度防止凍張破壞和減小填料重度，但對于不規(guī)則形狀的填筑和強度要求較高的填筑，聚苯乙烯塊體的切割會增加設(shè)備使用量和施工周期，強度不夠還會導(dǎo)致過大的變形破壞。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供一種用于寒區(qū)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(zhì)中混合制成凝固體，用于生產(chǎn)，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(huán)境的污染，節(jié)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(yōu)于工程填土。本發(fā)明的目的是由以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種用于寒區(qū)的土工填料由下列質(zhì)量百分比的原料配比制成廢鑄砂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，其特征在于它是由下列質(zhì)量百分比的原料配比所制成廢鑄砂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，其特征在于它是由下列質(zhì)量百分比的原料配比所制成廢鑄砂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，其特征在于它是由下列質(zhì)量百分比的原料配比所制成廢鑄砂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，其特征在于它是由下列質(zhì)量百分比的原料配比所制成廢鑄砂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，其特征在于它是由下列質(zhì)量百分比的原料配比所制成廢鑄砂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，其特征在于它是由下列質(zhì)量百分比的原料配比所制成廢鑄砂50.2%、粉煤灰26.5%、水泥7.7%、聚苯乙烯顆粒0.5%、水15.1%。本發(fā)明中的粉煤灰按國家標(biāo)準(zhǔn)GBT1596—2005"用于水泥和混凝土中的粉煤灰"中F類III級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，對細(xì)度、含水量沒有另外的要求，要求燒失量小于15%，三氧化硫含量小于3%，廢鑄砂為鑄造工業(yè)固體廢棄物，粒徑需要小于l.Omm，水泥為32.5#普通硅酸鹽水泥，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(zhì)的潔凈水，一般自來水即可。本發(fā)明的機理本發(fā)明材料中的廢鑄砂顆粒細(xì)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，有利于填料的密實和產(chǎn)生較高的抗剪強度，廢鑄砂顆粒礦物成分以穩(wěn)態(tài)二氧化硅(Si02)為主，性質(zhì)穩(wěn)定。本發(fā)明材料中的粉煤灰顆粒不僅細(xì)小，級配在0.075-0.5mm，有利于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(zhì)下，粉煤灰顆粒表面游離氧化鈣(Ca02)和二氧化硅(Si02)與硫酸鹽產(chǎn)生水化反應(yīng)生成水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠，將周圍顆粒介質(zhì)膠結(jié)，同時，粉煤灰顆粒比表面積大，有利于顆粒與水分充分接觸和發(fā)生水化反應(yīng)。本發(fā)明材料中的水泥具備很強的水化反應(yīng)活性，可以迅速形成水化產(chǎn)物，包括硅酸三鈣3CaO.Si02(C3S)、硅酸二鈣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(zhì)膠結(jié)，形成一定強度，增加材料的整體性和抗腐蝕性。本發(fā)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%，摻加到填料中后可以明顯減小填料的熱傳導(dǎo)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(huán)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。一種用于寒區(qū)的土工填料的制作與使用方法將上述原材料混合攪拌均勻后就可作為填筑工程的土工填料。本發(fā)明在實際應(yīng)用時可使用傳統(tǒng)的攪拌和填筑法施工，這些施工方式所需大型設(shè)備較少，可以較大幅度節(jié)約成本。將本發(fā)明用于填筑工程時，抗凍脹性、強度整體性和低密度性優(yōu)于工程填土，可以達到寒區(qū)填筑工程的目的。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，主要有以下優(yōu)點和效果(1)采用廢鑄砂和粉煤灰為主要原料配方，在填筑工程材料的制作上，避免了大量使用工程填土為原料，節(jié)約了土地資源，變廢為寶，保護環(huán)境。(2)本發(fā)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，便于推廣應(yīng)用。(3)本材料為自硬性材料，與使用工程填土作為填筑材料相比，填筑后強度、整體性和抗凍脹性得到提高，有助于防止凍融循環(huán)破壞。(4)本材料為熱不敏性材料，與使用工程填土作為填筑材料相比，在凍融循環(huán)作用下的熱傳導(dǎo)率低，受寒區(qū)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(fā)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筑材料相比，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筑材料相比，通過調(diào)整組份配比，可以調(diào)整或提高材料強度。(8)本材料可以任意成形，可填筑材料聚苯乙烯塊體相比，可以填筑任意形狀空間，不受形狀約束，并且施工簡便、快捷，工作量小，強度高，成本低。(9)本發(fā)明的土工填料可廣泛用作高速公路路堤(圖1)，擋土墻回填工程(圖2)，管線回填工程(圖3)，并可根據(jù)不同的工程要求調(diào)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(biāo)記l-路面、2-隔離填土、3-土工填料、4-原地基。圖2:土工填料用作擋土墻回填工程的示意圖。附圖標(biāo)記3-土工填料、4-原地基、5-擋土墻。圖3:土工填料用作管線回填工程的示意圖。附圖標(biāo)記3-土工填料、4-原地基、6-地下管線護管。圖1是說明本發(fā)明可用于高速公路路堤，不僅可以防止路面發(fā)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(wěn)定性。圖2是說明本發(fā)明可用于擋土墻回填工程，可以防止回填料凍脹、隆起，還可以防止擋土墻發(fā)生側(cè)向變形和開裂，同時也可以減少地基附加應(yīng)力，防止發(fā)生不均勻沉降。圖3是說明本發(fā)明可用于管線回填工程，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(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明中的具體實施方式采用常規(guī)的制造方法。實施例1一種用于寒區(qū)的土工填料的組份及其配合比例的質(zhì)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2一種用于寒區(qū)的土工填料的組份及其配合比例的質(zhì)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3一種用于寒區(qū)的土工填料的組份及其配合比例的質(zhì)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4一種用于寒區(qū)的土工填料的組份及其配合比例的質(zhì)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5一種用于寒區(qū)的土工填料的組份及其配合比例的質(zhì)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6一種用于寒區(qū)的土工填料的組份及其配合比例的質(zhì)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:對用于寒區(qū)的土工填料進行性能試驗測定結(jié)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并成型試塊后，對其進行性能測試，試驗方法和結(jié)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(biāo)準(zhǔn)》。2)試塊的熱傳導(dǎo)系數(shù)的測定，具體參照GB/T50123-1999《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》。表1材料的抗壓強度和熱傳導(dǎo)系數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從以上數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)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(dǎo)系數(shù)可達到0.40-0.74W/(m'K)，28天熱傳導(dǎo)系數(shù)可達到0.35-0.53W/(rtvK)，熱傳導(dǎo)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(1.7xlo3-2.0xl()3kg/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(qū)的填筑工程的土工填料。權(quán)利要求1.一種用于寒區(qū)的土工填料，其特征在于它是由下列質(zhì)量百分比的原料配比所制成廢鑄砂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(jù)權(quán)利要求1所述的土工填料，其特征在于它是由下列質(zhì)量百分比的原料配比所制成廢鑄砂60%、粉煤灰17.8%、水泥3.7%、聚苯乙烯顆粒0.6%、水17.9%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土工填料，其特征在于它是由下列質(zhì)量百分比的原料配比所制成-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(jù)權(quán)利要求1所述的土工填料，其特征在于它是由下列質(zhì)量百分比的原料配比所制成廢鑄砂56.4%、粉煤灰16.9%、水泥8.7%、聚苯乙烯顆粒1.0%、水17%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土工填料，其特征在于它是由下列質(zhì)量百分比的原料配比所制成廢鑄砂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(jù)權(quán)利要求1所述的土工填料，其特征在于它是由下列質(zhì)量百分比的原料配比所制成廢鑄砂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(jù)權(quán)利要求1所述的土工填料，其特征在于它是由下列質(zhì)量百分比的原料配比所制成廢鑄砂50.2%、粉煤灰26.5%、水泥7.7%、聚苯乙烯顆粒0.5%、水15.1%。全文摘要一種用于寒區(qū)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(zhì)量百分比配制而成。本發(fā)明的土工填料，經(jīng)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(fā)明的土工填料還可以增強抗凍融性能，熱傳導(dǎo)系數(shù)可達到0.40-0.74W/(m·K)/7天，熱傳導(dǎo)系數(shù)可達到0.350-0.53W/(m·K)/28天。本發(fā)明可以減少寒區(qū)填土工程的凍脹破壞，可以將對環(huán)境產(chǎn)生污染的廢鑄砂和粉煤灰再生為工程中可以應(yīng)用的土工填料。所用的原料為工業(yè)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(yōu)先權(quán)日2008年10月10日發(fā)明者于永堂,安鄧申請人:河海大學(xué)