工程渣土资源化利用的压实型约束水泥土柱及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种工程渣土资源化利用的压实型约束水泥土柱及其施工方法。所述水泥土柱包括水泥土，以及钢管或纤维增强复合材料(FRP)管。本发明专利技术将水泥土与钢管或纤维增强复合材料(FRP)管组合，钢管或FRP管为水泥土提供外围横向约束，通过对管内水泥土进行压实处理，构成一种压实型约束水泥土柱构件，极大地提高了工程渣土的受压力学性能，为工程渣土的高效资源化利用开辟了一条新路径。高效资源化利用开辟了一条新路径。高效资源化利用开辟了一条新路径。

【技术实现步骤摘要】
工程渣土资源化利用的压实型约束水泥土柱及其施工方法


[0001]本专利技术涉及工程废弃物循环利用
，具体涉及一种工程渣土资源化利用的压实型约束水泥土柱及其施工方法。

技术介绍

[0002]近年来随着我国城市化建设的快速发展，每年产生的建筑垃圾约35亿吨以上，这对环境造成危害，其中工程渣土占建筑垃圾总量的70％以上。工程渣土主要为地下工程或基础工程中所产生的弃土。目前国内对工程渣土的资源化利用率只有不到5％，而与此同时发达国家对工程渣土资源化利用率达到了90％以上。我国对工程渣土的处置方式主要有低洼地填埋、基础回填、矿坑回填、围海造田等方式，对于建设规模较大的城市，大规模的工程渣土排放较大程度地依赖于异地处置。随着生态环保要求的日益增高，传统粗放式的工程渣土处置方式已经不能适应我国城市的可持续发展。如何推动工程渣土资源化循环利用，已经成为现代城市快速发展时期考验城市治理能力与治理水平的新课题。
[0003]钢材或纤维增强复合材料(FRP)凭借其轻质高强的优良性能，在土建工程中作为约束或结构材料得到了广泛应用。目前，在实际工程中，钢管混凝土结构和纤维增强复合材料(FRP) 约束混凝土结构应用较多，对混凝土进行约束，可以提高其承载力和延性，近年来此类新型组合结构是一个热门的应用与研究方向。
[0004]水泥土是由土、水泥、水以及其它组分按适当比例混合、拌制并经硬化而成的材料。水泥土是一种混合工程材料，其力学性质介于土体和混凝土之间。水泥土可以用作沥青混凝土和水泥混凝土路面下的基层材料，以及大坝和路堤的边坡加固、沟槽
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水库
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浅湖的衬垫、大体积水泥土筑堤、地基稳定、路面基层、边坡加固、防渗里衬等工程材料。水泥土的突出优点是可就地取材，减少运输，施工方便，价格低廉，大量推广应用水泥土技术，可取得显著的经济效益。
[0005]传统钢管或FRP管约束混凝土柱需要消耗大量砂石和水泥等资源，制造水泥这种建筑材料所排放的二氧化碳就占了全球二氧化碳排放量的7％，而中国则包揽了全球近一半的水泥生产量和水泥生产中的碳排放量，给我国实现“双碳”目标造成了巨大的压力。传统未经压实处理且无横向约束的水泥土的力学性能较差，无侧限抗压强度仅为0.3～2.0MPa，并且大幅度依赖于水泥的掺量，给水泥土的应用造成了很大的限制与约束(王子涵，大直径水泥土复合钢管桩水平承载特性研究，[D]，东南大学，2021.)。因此需要一种新的方法来解决现有工程中水泥土的抗压强度明显偏低且水泥用量相对偏高等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供了一种工程渣土高效资源化利用的压实型约束水泥土柱及其施工方法。
[0007]本专利技术将水泥土与钢管或纤维增强复合材料(FRP)管组合，钢管或FRP管为水泥土提供横向约束，通过对管内水泥土进行压实处理，构成一种压实型约束水泥土柱构件，极大
地提高了工程渣土的受压力学性能，为工程渣土的高效资源化利用开辟了一条新路径。
[0008]为了实现本专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案。
[0009]本专利技术提供的一种工程渣土资源化利用的压实型约束水泥土柱，包括水泥土，以及钢管或纤维增强复合材料(FRP)管，所述水泥土按照质量份数计，包括以下原料：
[0010]扣除所含水分之后的工程渣土
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100～140份；
[0011]水泥
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0～15份；
[0012]水(包括工程渣土所含水分)
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0～25份；
[0013]所述水泥土位于钢管或FRP管内部，通过对管内水泥土进行压实处理，构成一种压实型约束水泥土柱构件。
[0014]进一步地，所述工程渣土为地下工程或基础工程中所产生的弃土。
[0015]进一步地，所述钢管或FRP管的横截面形状为圆形、矩形或其它多边形。
[0016]进一步地，所述水泥土中可以掺加或者不惨加短切刚纤维、玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维、合成纤维等纤维中的一种以上。掺加上述纤维时，其掺入量为0.55～50kg/m3。
[0017]进一步地，所述水泥土柱还包括高强水泥砂浆，其抗压强度范围为30MPa～100MPa，位于水泥土上表面与钢管或FRP管的上端开口之间的间隙处，厚度为0～10mm。
[0018]进一步地，所述压实处理是使用压力设备对管内水泥土施加竖向压力以压实水泥土，其中压力设备的压头直径比钢管或FRP管内径小5～10mm。
[0019]本专利技术提供的一种工程渣土资源化利用的压实型管约束水泥土柱的施工方法，包括以下步骤：
[0020](1)将工程渣土、水泥和水按照质量份数放入搅拌机内充分搅拌混合，得到水泥土；
[0021](2)将水泥土填入钢管或FRP管内，直至水泥土与钢管或FRP管的上端开口齐平；
[0022](3)使用压力设备对管内的水泥土施加竖向压力以压实水泥土；
[0023](4)管内的水泥土经过压实后高度下降，重复上述步骤(2)与步骤(3)水泥土的填入与压实操作，直至压实后的水泥土上表面与钢管或FRP管的上端开口之间的距离不超过10mm
[0024](5)最后采用高强水泥砂浆进行封口和找平处理。
[0025]进一步地，步骤(3)所述施加竖向压力的压强范围为20MPa～45MPa。
[0026]进一步地，步骤(3)使用压力设备对管内的水泥土施加竖向压力过程中，钢管的横向应变小于钢材屈服应变，FRP管的横向应变不超过FRP极限应变的80％。
[0027]与现有的技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：
[0028](1)本专利技术中，主要材料为工程产出量大且难以处置的工程渣土，与传统工程渣土处理方式相比，极大地提高了工程渣土的资源化利用率，拓宽了工程渣土的应用领域，为工程渣土资源化利用提供了一种新思路，可以产生显著的经济效益和社会效益。
[0029](2)对比传统FRP约束混凝土或钢管混凝土，本专利技术采用压实型水泥土直接取代混凝土，大幅减少了对砂、石、水泥等资源的消耗，可缓解天然砂石短缺的困境以及生产水泥对环境造成的压力，高度契合绿色发展理念。
[0030](3)本专利技术采用钢管或FRP管与水泥土组合，钢管或FRP管给水泥土提供有效的横向约束作用，使得水泥土的压实处理得以实现，相比未经压实的水泥土极大地提升了其受
压力学性能，使得水泥土的应用范围得到极大拓展。
附图说明
[0031]图1是压实型约束水泥土柱的整体结构示意图；
[0032]图2是压实型约束水泥土柱的横向剖面示意图；
[0033]图3是压实型约束水泥土柱的纵向剖面示意图；
[0034]其中：1
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经过压实的水泥土；2
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钢管或FRP管；3
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高强水泥砂浆。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工程渣土资源化利用的压实型约束水泥土柱，其特征在于，包括水泥土，以及钢管或FRP管；所述水泥土按照质量份数计，包括以下原料：扣除所含水分之后的工程渣土
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100～140份；水泥
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0～15份；水
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0～25份；其中，所述水包括工程渣土所含水分；所述水泥土位于钢管或FRP管内部，通过对管内水泥土进行压实处理，构成一种压实型约束水泥土柱构件。2.根据权利要求1所述的一种工程渣土资源化利用的压实型约束水泥土柱，其特征在于，所述工程渣土为地下工程或基础工程中所产生的弃土。3.根据权利要求1所述的一种工程渣土资源化利用的压实型约束水泥土柱，其特征在于，所述的钢管或FRP管的横截面形状为圆形、矩形或其它多边形。4.根据权利要求1所述的一种工程渣土资源化利用的压实型约束水泥土柱，其特征在于，所述水泥土中掺加短切钢纤维、或玄武岩纤维、或碳纤维、或玻璃纤维、或合成纤维，纤维的掺入量为0.55～50kg/m3。5.根据权利要求1所述的一种工程渣土资源化利用的压实型约束水泥土柱，其特征在于，所述水泥土中不掺加短切钢纤维、或玄武岩纤维、或碳纤维、或玻璃纤维、或合成纤维。6.根据权利要求1所述的一种工程渣土资源化利用的压实型约束水泥土柱，其特征在于，所述水泥土柱还包括高强水泥砂浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴波，何贯贤，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：