剩土处理方法、土壤浇注料及用其灌注建筑构件的方法 【发明领域】
本发明涉及一种建筑剩土(施工土)的处理方法及用该方法制得的土壤浇注料和用该浇注料灌注建筑构件的方法，更具体地说，涉及一种将建筑剩土用于构件填埋、构件内部深处灌注和空洞部位的填充的方法及用该方法制得的土壤浇注料。
【发明背景】
流体浇注材料，起源于70年代末期，在建筑物基础及各种建筑埋设物的填埋、狭小间隙部位的深层灌注等施工过程中，人们对当时仅用山砂而不完全凝固状态下的填充物施工时遇到的下述问题深感头疼：
第一，可以利用地土壤和山砂等的种类很少，而很难使用含水量高的粘性土及细颗粒土等作为原料。
第二，由于土壤和山砂等不具有流动性(自流性)，无法充分填埋灌注构件的深奥部位和复杂狭小的空间，因此使得填埋或灌注后的构件仍然带有未填充的空间，从而影响了施工效果。
第三，用山砂或土壤直接填埋后，需要夯实，因此不适用于一些如下水道、通信电缆的地下埋设物的周围等不适合夯实的生活设施的施工场合。
第四，使用山砂和土壤等无法得到所需的强度要求。
第五，因受表面流水、浸透水等浸食，山砂和土壤的透水性高，遮水性差，填埋、灌注后常出现水土流失和空洞化现象。此外，由于无粘着力、不能自动硬化，并且间隙大，在自然环境下的流失严重，甚至出现体积收缩、坍塌现象。
因此，迫切需要开发一种能够在灌注后自动硬化的浇注材料和施工方法。
【发明内容】
发明概述
本发明的一个目的就是提供一种建筑剩土的处理方法，该方法能够有效地将建筑剩土用于建筑物基础及各种建筑埋设物的填埋、狭小间隙部位的深层灌注等施工。
本发明的另一个目的是提供一种土壤浇注料，该浇注料可以用来填埋建筑构件、灌注构件的深奥部位或填充构件的空洞部位。
本发明的再一个目的是提供一种建筑构件的浇注方法。
为了实现上述目的，本发明人进行了大量深入细致的研究，结果发现，利用建筑剩土配制成土壤浇注料用于建筑构件的填埋、灌注或填充，可以使构件填埋、构件内部深处灌注和空洞部位填充的成本降低，效果得以改善。
本发明提供了一种建筑剩土的处理方法，包括如下步骤：
(a)任选地将土壤干式分级，除掉所含的杂质；
(b)向分级后的土壤中加入水并搅拌直至能够自动流动的解泥步骤；
(c)将无水硫酸钙和水泥以(0.03-0.15)∶1的比例混合，
(d)向(b)中得到的混合物中加入砂子以及(c)中得到的混合物并搅拌，形成浇注料，砂子的加入量占浇注料总重量的10-80％(重量)，(c)中得到的混合物的加入量为100-500kg/m3(浇注料)。
本发明还提供了一种自流性的土壤浇注料，包含：(a)50-90重量份的土壤；(b)20-60重量份的砂子；(c)3-15重量份的硫酸钙；(d)10-40重量份的水泥；以及20-80重量份的水。
此外，本发明还提供了一种建筑构件的浇注方法，包括使用本发明的浇注料灌注建筑构件的步骤。
优选实施方案的详细描述
除非另外指明，本发明中术语的具体含义如下：
“建筑剩土”是指在建筑过程中掘出的剩余土壤。
“自流性”也称为“流体性”，是指能够在施工浇注时呈流体状自动流入指定灌注的构件内的性质。自流性(流动性)采用日本检测标准JHS-A-313-1992进行测定。
“干式分级”是指经过筛网(筛子或筛分机)，分离除去混杂在建筑剩土(原料用土)中的大石块、树根和草木等杂质的分离方法。
“解泥”是指为防止材料分离，在原料用土中加水调整其比重而制成具有泥浆的过程。
“一轴抗压强度”是指本发明在自流性土壤浇注料在浇注并硬化后的压缩强度(kg/cm3)。通过日本检测标准JIS A 1216规定的材料抗破坏性试验进行测定。
“材料浮游率”是指材料浮水率，即由于分层(下层为材料，上层为浮水)产生的位于浇注料上层的水的数值，用来表示自流性浇注料的材料分层难易程度。材料浮游率采用日本检测标准JSCE-F522-1886进行测定。
“深层灌注”是指建筑施工中将浇注料向构件物的一般浇注方法难以达到的深奥复杂的部位以及狭小地下空间进行浇注、填充和填埋的方法，也称为深层浇注。
“粘聚性微细物”是指粘土中比粘土粒子稍粗的细粒土壤。优选地，其粒度为0.074-0.005mm范围内。
“空气式处理”是指向自流性浇注料中补充气泡的方法。具体地说，是使浇注料中含有微小气泡从而减轻其密度的处理方法。
“配级配料检测”是指按工程施工的实际要求，在施工灌注时将配制的浇注料调整到设定的自流性数值、制品密度、制品的材料浮游率等。以及材料灌注干燥的各阶段中的力学强度等检测，称为配级检测。而添加各种材料数量称为配料检测。
本发明提供了一种建筑剩土的处理方法，包括如下步骤：
(a)任选地将土壤干式分级，除掉所含的杂质；所述杂质包括大的石块、树根、草木等；优选地，经过分级后的土壤的平均粒度小于10mm；
(b)向分级后的土壤中加入水并搅拌直至能够自动流动的解泥步骤；
(c)将无水硫酸钙和水泥以(0.03-0.15)∶1，优选(0.04-0.085)∶1的比例混合，
(d)向(b)中得到的混合物中加入砂子以及(c)中得到的混合物并搅拌，形成浇注料，砂子的加入量占浇注料总重量的10-80％(重量)，(c)中得到的混合物的加入量为100-500kg/m3(浇注料)。
步骤(a)中使用的土壤主要是指建筑施工现场的剩土，此外，也可使用经空气式处理或经机械化处理的脱水拌合土渣状的土壤。优选地，使用土壤时应首先分离除去混杂在加工土中的卵石、树根、草木等。此外，由于所使用的剩余土壤的性质和品质不同，需要充分进行分级处理。优选地，可以在步骤(a)中将剩余土壤分级成为各种粒度的土壤，也可以简单地通过分级将过大的土壤除去。优选用筛子，特别是自动筛分机进行所述干式分级。适用的分级后土壤的粒度优选为10mm以下。在混合搅拌时，在不影响材料性质的前提下，应尽可能选择细颗粒含量较多的土壤，并调整浆料的密度(比重)以确保其性能的稳定。应当指出，根据使用目的和建筑剩土的状况，还可以将建筑剩土直接进行解泥，从而省略分离分级步骤。
优选的分级后土壤的组成如下：
自然含水比(％)： 50.0％-95％
土壤颗粒密度(g/cm3)： 2.3-3.0
粒度构成：
碎瓦石 (2mm以上) 0-30％
砂 (2-0.074mm范围) 0-95％
粘聚性微细物(0.074-0.005mm范围) 0-50％
粘土 (0.005mm以下) 0-30％
应当指出，还可以根据使用目的和建筑剩土的状况，将建筑剩土直接制成流体化材料的主要原料。另外，当使用水含量高的粘土时，将其进行解泥后，用作流体化的软性材料的主要材料。
步骤(b)中，水的加入量并没有特别的限制，但是，从节约用水的角度考虑，优选地，加入的水量应当在使土壤和水的混合物能够达到施工所需的自流性的基础上尽可能地少。优选地，在进行步骤(d)之前将已解泥的土壤的密度调整到1.3-2.3g/cm3。
步骤(c)中，“无水硫酸钙”优选为水分含量为0.01-0.03％的CaSO4，优选具有如下组成和比表面积的CaSO4：
CaSO4 97.0-99.0％
CaO 40.0-42.9％
SO3 57.0-58.0％
水分 0.01-0.03％
比表面积(cm2/g) 3,500-4,500cm2/g。
步骤(c)中所述的水泥优选使用普通水泥，如32.5#或32.5R#普通水泥。
本发明中，将(c)中得到的无水硫酸钙和水泥的混合物称为“特殊混凝土水泥”。
优选地，无水硫酸钙的加入量控制在使其与水泥的混合物的SO3含量为3％-15％(重量)的范围内，更优选4.0-8.5％(重量)。
可以用于本发明步骤(d)中的砂子包括人工砂和天然砂。砂子的加入量、以及步骤(c)中得到的无水硫酸钙和水泥的混合物的用量可以根据实际需要例如按所需达到的预定范围、密度、抗压强度、材料浮游率进行选择。
优选地，步骤(d)中无水硫酸钙和水泥的混合物的用量控制在100-500kg/m3，优选为100-180kg/m3范围。无水硫酸钙有助于调整自流性和凝固时间等。具体地说，无水硫酸钙可以将自流性维持在一定的数值范围，也可赋予处于凝固(自硬化)状态的浆料以自流性，并提高其固化速度，使浇注料成为速硬性混合材料。无水硫酸钙和水泥的混合物的加入量为100kg/m3以下时，由于水泥量少，在搅拌混合时很难使水泥均匀分散在浇注料中。此外，如果加入量超过500kg/m3时，搅拌混合时会出现水泥结块(硬块)现象，因此得不到均匀的浇注料。
当水泥用量为100重量份时，硫酸钙的添加量控制在3-15重量份的范围内。当添加量在3％以下时，得到的浇注料的强度和仅使用普通水泥得到的浇注料的强度相差不多，说明此时硫酸钙未能起到作用。当添加量在15％以上时，制品中会发生膨胀应力效应。
优选在调制过程中控制浇注料的密度和浇注料中各组分的比例以使浆料保持稳定。
根据需要达到的强度值和制品流动性值，按照图1可以推出需要控制的制品密度。优选地，浇注料的密度控制为1.3-1.8g/cm3，更优选1.55±0.05g/cm3，以得到稳定的土壤浇注料。如果密度大于1.8g/cm3，浇注料的自流性差，此时的流动性数值通常小于120mm。如果密度小于1.3g/cm3，此时的流动性数值通常大于500mm，浇注效果将变差。
优选地，在步骤(d)中将所需的材料流动性数值控制在120mm-500mm。流动性低于120mm的土壤浇注料的自流性太差，难以使用。比如，当采用电动压送泵灌注时，泵会受到阻塞，浇注料本身也无法流入预定地点，出现空洞、空隙现象。如果流动性超过500mm，浇注料过稀，起不到好的浇注效果。具体地说，在浇注、灌注过程中会出现浇注料的分离现象。当材料浮游率超过3％(体积)时，水和制品中的其他材料会完全分离。
根据本发明的优选实施方案，在配制浇注浆料的过程中，除了应使浆料达到一定的自流性之外，还要求对各原料进行充分混合搅拌，使得浇注浆料中的各原料不易发生材料分离。随着混凝土水泥的添加量的增加，浇注浆料的浮游浇注浆料值变小。材料浮游率，也称为材料分离抵抗率，优选在3％(体积)以下，更优选小于1％(体积)。因为，如果超过3％，则说明浇注料不够稳定，会影响浇注性能。此时，由于浇注料的材料分离程度太大，甚至无法用压送泵进行作业。
此外，根据本发明的优选实施方案，如果粘土成分较多，因其密度(比重)高，为确保其自流性，也可加入空气使其呈气泡状态以进行混合。
根据上面所述的建筑剩土的处理方法，本发明还提供了自流性土壤浇注料，包含：(a)50-90重量份，优选70-80重量份的土壤；(b)20-60重量份，优选30-50重量份的砂子；(c)3-15重量份，优选4-8.5重量份的硫酸钙；(d)10-40重量份，优选20-30重量份的水泥；以及20-80重量份，优选40-70重量份的水。
本发明优选的浇注料中，所述的分级后的土壤的粒度小于10mm。
优选地，本发明浇注料中使用的水泥为普通水泥32.5或普通水泥32.5R。
浇注料的密度优选为1.3-1.8g/cm3，更优选为1.50-1.60g/cm3。
浇注料的按照日本检测标准JHS-A-313-1992测定的流动性数值优选为120-500mm。
无水硫酸钙的含量优选为使其与水泥的混合物的SO3含量为3-15％(重量)，更优选4.0％-8.5％(重量)的含量。
优选地，本发明的自流型浇注料的透水系数为10-6-10-8cm/sec，即本发明浇注料的透水性差。如果其中含有瓦片、粗砂，则透水性还将进一步降低。其中所述的透水性是指在地下水位高的场所中地下水或表面流水浸透所使用的材料的程度。一般情况下，土壤的透水系数为10-2-10-3ucm/sec，远大于本发明浇注料的透水性。
此外，本发明还提供了一种建筑构件的浇注方法，包括使用上面所述的本发明浇注料灌注建筑构件的步骤。
根据本发明的浇注方法，可以借助各种传输工具将(d)中制得的土壤浇注料送至填埋、灌注或填充现场。可以用于本发明建筑剩土处理方法的装置可以是，例如，设置在水泥厂内的大型固定式成套装置，设置在施工现场的半固定式装置，或者车载式可移动成套装置或灌装车。可以根据现场条件和制造能力等不同加以适当选择。可以从上述装置中采用马达压送方式灌注或直接灌注方式进行施工。
填埋时，将土壤浇注料直接送到需要填埋的构件处即可。
本发明的建筑剩土的处理方法和自流型特凝土浇注料可以用于很多种场合，例如，各种生活设施的埋设物，如下水道、煤气管、电缆管的填埋，各种混合构件埋设物、地铁、建筑基础等的狭小空间的填埋，废弃坑等不需要的地下空洞的填埋和填充，在水中进行堆土的工程，防止填埋部位在地震时发生液化，以及防止地基被水浸透并侵蚀，以及用于在浇注后需要凝固(硬化)的均质土构造体的结构建筑工程等。
通过控制浇注料的流体性，即便在任何复杂、狭小的埋设地点也能进行灌注。采用本发明浇注料进行灌注，可根据使用目的和场合的不同容易地控制固化强度。甚至能够达到在填埋材料后可以再次进行挖掘的固化程度。
此外，采用本发明的建筑剩土处理方法和浇注料可以有效合理地对埋设的构件进行补强，并改善填埋施工的效果。
此外，本发明的自流性土壤浇注料的品质相当稳定，而这一点对于建筑施工来讲是非常重要的。
附图的简要说明
图1是土壤浇注料中使用特殊混凝土水泥，添加量为100kg/m3时，其一轴抗压强度(浇注7天后的材料强度)、流动性数值与制品密度的关系图。根据要求达到的浇注7天后的材料强度，可以推导出所需的制品流动性数值和制品密度。
图2是土壤浇注料中混凝土水泥(普通水泥(等级32.5)、特殊混凝土水泥(即无水硫酸钙与普通水泥(等级32.5和/或32.5R)的混合物，下文同)两种情况)的添加量与一轴抗压强度(材料浇注后3天)的关系的对比示意图。由其可见，本发明的浇注料的强度要高于用普通水泥的浇注强度。
图3是土壤浇注料中混凝土水泥(普通水泥(等级32.5)、和特殊混凝土水泥两种情况)的添加量与浇注7天后的一轴抗压强度的关系的对比示意图。(材料浇注后7天)。
图4是土壤浇注料中混凝土水泥(普通水泥(等级32.5)、特殊混凝土水泥两种情况)的添加量与一轴抗压强度(浇注后28天)的关系的对比示意图。。
图5是土壤浇注料中混凝土水泥(普通水泥(等级32.5)、特殊混凝土水泥两种情况)的添加量与制品的流动性数值的关系示意图。
图6是土壤浇注料中混凝土水泥(普通水泥(等级32.5)、特殊混凝土水泥两种情况)的添加量与制品密度(制品比重)的关系示意图。
图7是在使用特殊混凝土水泥的添加量，与制品材料在新鲜、湿润状时的材料浮游率(20小时后)的关系示意图。
图8是采用两种不同的特殊混凝土水泥混合比率，混凝土水泥添加量和一轴抗压强度(材料浇注后3天)的关系示意图。
图9是采用两种不同的特殊混凝土水泥混合比率，混凝土水泥添加量和一轴抗压强度(材料浇注后7天)的关系示意图。
图10是是采用两种不同的特殊混凝土水泥混合比率，混凝土水泥添加量和一轴抗压强度(材料浇注后28天)的关系示意图。
实施例
下面参照实施例并结合附图对本发明进行更为详尽的描述。应当理解，举出这些实施例是为了解释本发明，而不是对本发明从任何方面加以限制。任何不超出本发明精神和实质的改变、替换或修饰都在本发明保护范围之内。
本发明中采用的试验方法如下：
(1)制品的一轴抗压强度(KN/m2或kgf/cm2)试验：
日本混凝土水泥制品的抗压强度(KN/m2或kgf/cm2)试验方法(JISA1216)
(2)制品的流动性数值试验：
日本道路公团基准(JHS-A313-1992)
(3)制品材料浮游率试验：
日本土木学会基准(水中混凝土水泥施工方法的浇注调制浆料的
材料浮游率及膨胀率试验方法)(JSCE-1886)
实施例1 自流性土壤浇注料的制备
将混杂在建筑施工现场的剩余土壤中的卵石、树根、草木等除去，并进行筛分得到粒度小于10mm的土壤，其成分如下所示：
自然含水比(％(重量))： 150
土壤颗粒密度(g/cm3)： 2.60
粒度构成：
碎瓦石 (2mm以上) 10％(重量)
砂 (2-0.074mm范围) 70％(重量)
粘聚性微细物(0.074-0.005mm范围) 10％(重量)
粘土 (0.005mm以下) 10％(重量)
随后，向上述分级后的土壤中加入水并搅拌以进行解泥，制得配制好的泥水土浆料。将泥水土浆料的流动性数值控制在400mm±100mm范围内，将密度控制在1.30±0.1g/cm3范围内。
接着，在上述泥水土浆料中，添加水泥(普通水泥)及砂子，并按施工浇注现场要求的浇注后的硬度等添加无水硫酸钙(无水石膏)制得自流性土壤浇注料，其自流性数值控制在200mm±100mm范围内，将密度控制在1.5±0.2g/cm3范围内，将浇注料的材料浮游率控制在3％(体积)以下。
制备过程中，如果不符合上述目标数值时，可以通过增加或减少配制泥水土浆料量和砂子量进行控制。以达到其自流性、密度、浮游率的目标数值要求。
实施例2 利用自流性土壤浇注料灌注建筑构件
将实施例1中制得的自流性土壤浇注料用混凝土搅拌车或罐装车送到施工现场。根据浇注后所需的技术指标，如强度，和使用量，以及填埋、灌注和填充的作业现场的状况等，将浇注料直接倒入填埋和灌注构件内。在灌注施工口径较小或结构复杂的填充灌注场所，采用电动泵将浇注料泵入构件内部。浇注料依靠自流性充满构件的内部复杂空间。