一种约束再生混凝土新型桩及其施工方法

本发明涉及一种约束再生混凝土新型桩及其施工方法，属于交通工程领域。

背景技术：

1、随着工业化和城市化进程发展，建筑垃圾日益增多，我国建筑垃圾的总量已占到城市垃圾总量的1/3以上，建筑垃圾主要为废弃的混凝土块、废弃砖瓦块、碎石块等。绝大部分建筑垃圾未经任何处理便被运往郊外或乡村，露天堆放或填埋，耗用大量的征用土地费、垃圾清运费等建设经费，同时清运和堆放过程中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染。建筑垃圾随意堆放容易产生安全隐患，由于发酵和雨水淋溶、冲刷和浸泡下渗出的渗滤液会造成地表水和地下水的严重污染。将废弃建筑垃圾破碎作为再生骨料制备再生混凝土可实现建筑垃圾的资源化再利用，但建筑垃圾在破碎时容易在骨料中产生大量裂缝和孔隙导致再生混凝土强度和耐久性不足从而限制了其应用推广。此外，我国有大量矿山堆填的尾矿近百亿吨而综合利用率有待提高，尾矿的大量堆填同样占用大量土地、污染环境并耗费大量维护资金。

2、目前桩体制备主要采用普通硅酸盐水泥、砂、石等传统建筑材料，然而硅酸盐系列水泥的生产造成大量碳排放，因砂石开采破坏了自然资源和生态环境已逐渐被限制和叫停，这造成碎石、河砂资源短缺和价格飞涨。因此，将建筑垃圾和工业废渣高效率资源化再利用并研发一种致密、高强、低碳、经济并具有良好承载性能和耐久性的约束再生混凝土新型桩具有重要的工程价值和社会意义。

3、约束固化技术是在固化土桩的基础上提出的土体加固新方法，其采用含有膨胀组分固化剂与约束管有机结合产生多重增强效果，具体见专利《固化土桩的施工方法》(zl201610183422.6)和《污染土的处理方法》(201610184702.9)。然而，约束固化技术使用硅酸盐系列水泥作为胶结材料产生了大量碳排放，而且在固化剂中胶结组分和膨胀组分含量不变条件下，采用不同水化速率的胶结组分和不同水化速率的膨胀组分的固化剂组合，会使得形成的固化土强度和约束固化土增强桩身强度均有显著差异，导致固化剂膨胀能无法有效控制和固化剂膨胀能利用效率低。专利《一种钢管再生混凝土复合载体桩及其制备方法》(201510040277.1)采用将建筑垃圾在桩底孔夯实、再夯扩硬性再生混凝土形成干硬性再生混凝土和分拣后的建筑垃圾构成的行扩体的方法，高效利用了旧有建筑拆除后产生的建筑垃圾，但该发明的核心仍为现有再生混凝土技术。专利《一种组合桩和组合桩、组合桩基础的组合施工方法及用途》(03126784.x)采用将空心桩身、实心桩身、扩大桩身、伸缩桩身的多种多重复合、混合构成组合桩和组合技术方法，可实现单桩承载力显著提高并降低成本的技术效果，但各单一桩体仍采用传统桩技术方法制备。

4、基于此，本发明提出一种约束再生混凝土新型桩及其施工方法。

技术实现思路

1、本发明提出一种约束再生混凝土新型桩及其施工方法，旨在提供一种致密、高强、低碳、经济并具有良好承载性能和耐久性的约束再生混凝土新型桩；解决了建筑垃圾在破碎时容易在骨料中产生大量裂缝和孔隙导致再生混凝土强度和耐久性不足的技术难题，使再生混凝土具有致密结构和高强度及良好耐久性的特征；利用工业废渣完全替代硅酸盐系列水泥作为胶结组分，实现约束条件下胶结组分和膨胀组分的高效协同固化效果，使固化剂利用效率大幅度提高，同时大幅度提高了工业废渣的综合利用效率；节省了对传统建筑材料的消耗，降低了桩体制备的工程费用，实现了桩体的低碳制备。

2、本发明提出一种约束再生混凝土新型桩及其施工方法，具体为：约束再生混凝土新型桩的制备材料包括约束管、固化剂、再生粗骨料、再生细骨料、水、外加剂；约束管的材料包括不限于刚性材料和柔性材料以及两种类型材料的组合；固化剂由胶结组分和膨胀组分组成，采用水化速率缓慢类型材料作为固化剂的胶结组分，同时采用快速水化膨胀类型材料作为固化剂的膨胀组分，胶结组分由工业废渣和碱激发剂组成，膨胀组分全部水化完成时胶结组分水化完成率≤30%，胶结组分和膨胀组分在固化剂中所占的质量比例分别为25~80：20~75；再生粗骨料和再生细骨料均为废弃建筑垃圾破碎后筛分得到的连续级配骨料，再生粗骨料粒径范围为4.75~25mm，再生细骨料粒径范围为0.075~4.75mm，建筑垃圾包括不限于废弃混凝土、废弃烧结砖、废弃瓷砖、废弃花岗岩、废弃砂石等；外加剂包括不限于减水剂、泵送剂、引气剂、防水剂、阻锈剂、防冻剂等；固化剂、再生粗骨料、再生细骨料、水、外加剂的质量比例范围为1~8.2：3~8.8：2~6.8：0.3~4.2：0.1~0.6；将固化剂、再生粗骨料、再生细骨料、水、外加剂按质量比例拌合均匀灌入提前植入地基中的约束管内并振捣密实形成具有致密、高强、耐久性良好的约束再生混凝土新型桩；约束管提供的极限约束应力与再生混凝土强度之比大于0.6。

3、本发明所述约束再生混凝土新型桩的施工方法为：

4、首先，根据约束再生混凝土新型桩的再生混凝土强度和约束再生混凝土新型桩身强度的设计值，确定约束管的材料组成和尺寸，确定固化剂、再生粗骨料、再生细骨料、水、外加剂的质量比例，确定固化剂中胶结组分和膨胀组分的材料组成和配比；

5、其次，将约束管提前植入地基，当约束管为刚性管材时安装桩尖后直接将约束管植入地基，当约束管为柔性管材时需借助可回收刚性套管将约束管植入地基；

6、最后，将固化剂、再生粗骨料、再生细骨料、水、外加剂按质量比例拌合均匀灌入提前植入地基中的约束管内并振捣密实形成约束再生混凝土新型桩，达到养护龄期时检测约束再生混凝土新型桩的性能。

7、本发明所述刚性材料包括不限于钢管、聚氯乙烯管、聚乙烯管、增强高密度聚乙烯管、聚丁烯管、聚丙烯管、纤维编织缠绕拉挤管等，所述柔性材料包括不限于纤维增强复合材料布等。

8、本发明所述胶结组分为水化速率缓慢类型材料，其水化产生的胶结水化物包括不限于水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硅铝酸钙等；所述胶结组分是由工业废渣和碱激发剂组成，工业废渣和碱激发剂在所述胶结组分中所占的质量比例分别为75~100：0~25；所述工业废渣包括不限于矿渣、铜渣、钢渣、磷渣、粉煤灰、煤矸石、硅灰、赤泥、炉底灰、稻壳灰、煅烧灰、窑灰、固硫渣等的一种或多种组合；所述碱激发剂包括不限于生石灰、熟石灰、活性氧化镁、电石渣、氢氧化钠、水合硅酸钠等的一种或多种组合。

9、本发明所述膨胀组分为快速水化膨胀类型材料，其水化产生的膨胀水化物包括不限于钙矾石、单硫型硫铝酸钙等；所述膨胀组分包括不限于由含铝废渣、石膏类废渣或硫酸盐废渣、碱性废渣等组成的混合物；所述石膏类废渣包括不限于磷石膏、钛石膏、排烟脱硫石膏、有机石膏、苏打石膏、盐石膏、氟石膏、黄石膏、硼石膏等工业废石膏。

10、本发明所述固化剂的组成材料均为工业级，固化剂材料均为比表面积大于200m2/kg的粉体。

11、本发明所述胶结组分需根据胶结组分设计水化速率选择碱激发剂并通过预实验确定胶结组分中胶结材料和碱激发剂的具体配比值；所述膨胀组分需根据水化生成膨胀水化物的化学方程式，按照公知计算方法确定膨胀组分中各组成材料的具体配比值。

12、本发明所述水是指符合《生活饮用水卫生标准》(gb 5749-2022)的饮用水，采用非饮用水时应与饮用水进行对比试验。

13、本发明所述约束再生混凝土新型桩采用公知方式在地基上成孔，约束再生混凝土新型桩的应用范围包括不限于机场工程、道路工程、工业建筑工程等。

14、本发明的优点在于：

15、1、本发明解决了建筑垃圾在破碎时容易在骨料中产生大量裂缝和孔隙导致再生混凝土强度和耐久性不足的技术难题，使再生混凝土具有致密结构和高强度及良好耐久性的特征。

16、2、本发明实现了固化剂利用效率大幅度提高的技术效果，使工业废渣的综合利用效率显著提高，为我国基础设施建设提供了一种致密、高强、低碳、经济并具有良好承载性能和耐久性的约束再生混凝土新型桩。

17、3、本发明使用工业废渣作为胶结材料完全替代硅酸盐系列水泥，使用再生粗骨料完全替代天然粗骨料，使用再生细骨料完全替代天然细骨料，实现了桩体的低碳制备，节约了传统建筑材料消耗，保护了自然生态环境，大幅度节省了工程费用。