CN107244822B - 富浆振捣胶结砂砾石制备及用于防渗保护结构施工的方法 - Google Patents

富浆振捣胶结砂砾石制备及用于防渗保护结构施工的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种富浆振捣胶结砂砾石制备及用于防渗保护结构施工的方法，在施工现场采集天然砂砾石，根据钻石带理论确定水胶比，然后将筛分完成的砂砾石母料与水、水泥、粉煤灰和外加剂按比例进行一次拌合制成胶凝砂砾石；再运输至浇筑仓附近，与水泥净浆按比例进行二次拌合；最后入仓进行人工振捣。本发明从施工成本和环境角度出发，利用坝址附近砂砾石，在此基础上增加胶凝材料用量，形成富浆振捣胶结砂砾石作为胶结砂砾石坝得防渗保护结构，施工现场无需布置骨料加工设备，施工成本得到了控制，符合胶凝砂砾石坝作为一种环境友好型坝的初衷；且避免了在仓面人工加浆振捣时浆液分布不均匀，在拆模后出现蜂窝麻面问题。

Description

富浆振捣胶结砂砾石制备及用于防渗保护结构施工的方法
技术领域
本发明涉及胶凝砂砾石坝施工技术领域，具体为富浆振捣胶结砂砾石制备及用于防渗保护结构施工的方法。
背景技术
胶凝砂砾石坝作为一种新坝型，目前国内在围堰等临时工程中有了较多的应用。但在永久工程中应用还刚处于起步阶段，而其胶凝材料用量少、砂石骨料要求低导致其长期耐久性指标相对较低。在水利水电工程应用中，坝体只要设置了有效的防渗保护结构，其内部结构基本处于干燥状态，也基本不会受到冻融影响。但是，在工程现场，胶凝砂砾石坝对筑坝材料要求比较低，现场无需布置骨料加工设备。所以，如果采用常规混凝土面板或变态混凝土作为胶凝砂砾石坝的防渗保护结构，施工现场则必须布置骨料加工设备，这样就导致施工成本很难控制，更破坏了胶凝砂砾石坝作为一种环境友好型坝的初衷。
随着越来越多的人开始关注大坝与环境之间的关系，建设成本低、施工效率高及环境影响小的筑坝技术也日益成为坝工界追求的目标。在充分结合混凝土坝和土石坝各自优点的基础上，并结合国内外相关研究，提出一种集材料合理化、设计合理化以及施工合理化于一体的胶结砂砾石坝，使简易处理的砂砾石骨料与少量胶凝材料经过拌合，充分利用效率比较高的机械化施工，形成位于土石坝散粒体和混凝土坝固结体之间的一种过渡性的连续体材料。通过“宜材适构”和“功能分区”的筑坝理念，基本做到零弃料，物尽其用，降低环境压力。该筑坝技术对我国面广量大的中小型水利水电工程具有重要的现实意义。
胶结砂砾石的胶凝材料用量较少，长期耐久性指标相对较低。在水利水电工程应用中，坝体只要设置了有效的防渗保护结构，其内部结构基本处于干燥状态，也基本不会受到冻融影响。所以，为了保障大坝长期运行安全，大坝表面应设置防渗保护结构。
现有胶结砂砾石坝工程防渗保护结构多采用常态、碾压变态混凝土或变态胶结砂砾石等形式，但是，在胶结砂砾石坝工程应用现场，胶结砂砾石坝对筑坝材料要求比较低，仅需剔除超径骨料无须水洗即可，现场无需布置骨料加工设备。所以，对于中小型水利水电工程，如果采用常规混凝土面板或变态混凝土作为胶结砂砾石坝的防渗保护结构，施工现场则必须布置骨料加工设备，这样就导致施工成本很难控制，更破坏了胶凝砂砾石坝作为一种环境友好型坝的初衷。并且，由于专用拌合设备只能拌制干硬性材料，且设备本身缺陷导致骨料离析严重，以及骨料粒径大，导致在仓面人工加浆振捣，浆液分布不均匀，在拆模后出现蜂窝麻面问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供富浆振捣胶结砂砾石的制备方法及其用于防渗保护结构的施工方法，该方法不必在施工现场布置骨料加工设备，符合胶凝砂砾石坝作为一种环境友好型坝的初衷，且可避免仓面人工加浆振捣时浆液分布不均匀，拆模后出现蜂窝麻面等问题。技术方案如下：
一种富浆振捣胶结砂砾石的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在施工现场采集天然砂砾石，剔除粒径80mm以上的颗粒，并以此级配的砂砾石作为配制母体材料用的砂砾石料；
步骤2：对上述砂砾石料进行筛分、复掺或外掺，以控制钻石带大小，即天然砂砾石的最细级配作为第一边界级配，以天然砂砾石的平均级配作为第二边界级配；
步骤3：分别确定第一边界级配和第二边界级配各自的水胶比，然后取二者的最小值作为富浆振捣胶结砂砾石的水胶比；
步骤4：以上述水胶比进行第一边界级配和第二边界级配试验，使结果满足富浆振捣胶结砂砾石性能要求，分别得到第一边界级配和第二边界级配胶凝材料用量，取较大的值作为富浆振捣胶结砂砾石的胶凝材料用量；
步骤5：根据上述凝胶材料用量，以工作性满足施工要求，适时调整用水量，最后进行富浆振捣砂砾石拌合。
进一步的，所述富浆振捣砂砾石拌合通过将母体材料一次性拌合成型。
更进一步的，所述富浆振捣砂砾石拌合采用二次加浆拌合，具体为：根据确定好的水胶比、胶凝材料用量和用水量先拌制富浆干硬性凝砂砂砾石，再在仓面附近与水泥净浆进行二次拌合得到富浆振捣胶结砂砾石。
更进一步的，所述二次加浆拌合中采用水灰比为0.8的水泥净液，加浆量根据现场塌落度试验满足5～12cm确定，加浆量质量比在5％～20％。
一种富浆振捣胶结砂砾石用于防渗保护结构的施工方法，所述富浆振捣胶结砂砾石用于垫层、防渗层或/和保护层的施工，施工步骤如下：
步骤a：将筛分完成的砂砾石母料与水、水泥、粉煤灰和外加剂按比例进行一次拌合制成富浆干硬性胶凝砂砾石；
步骤b：将制备好的富浆干硬性胶凝砂砾石运输至浇筑仓附近，再与水泥净浆按比例进行二次拌合，得到富浆振捣胶结砂砾石；
步骤c：将二次拌合得到富浆振捣胶结砂砾石入仓进行人工振捣；
步骤d：振捣完毕进行下一层浇筑或进行养护工作。
本发明的有益效果是：本发明从施工成本和环境角度出发，利用坝址附近砂砾石，在此基础上增加胶凝材料用量，形成富浆振捣胶结砂砾石作为胶结砂砾石坝得防渗保护结构，施工现场无需布置骨料加工设备，施工成本得到了控制，符合胶凝砂砾石坝作为一种环境友好型坝的初衷；且避免了在仓面人工加浆振捣时浆液分布不均匀，在拆模后出现蜂窝麻面问题。
附图说明
图1为本发明富浆振捣胶结砂砾石的级配控制示意图。
图2为本发明富浆振捣胶结砂砾石的钻石带理论示意图。
图3为本发明二次加浆拌合施工工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。本实施例关于富浆振捣胶结砂砾石配合比设计方法及其现场常态拌合和加浆拌合的两种施工工艺方法。
一种富浆振捣胶结砂砾石的制备方法包括以下内容：
步骤1：于施工现场采集天然砂砾石，剔除粒径80mm以上的颗粒，并以此级配的砂砾石作为配制母体材料用的砂砾石料。以此得到的砂砾石级配离散性比较大，应对骨料离散程度进行简单的筛分、复掺或外掺，控制钻石带大小，关于其代表性级配确定如下：以天然砂砾石的最细级配作为第一边界级配，以天然砂砾石的平均级配作为第二边界级配，如图1所示。
步骤2：根据工作性和相应的强度及其耐久性指标进行水胶比配制，得到相应的胶凝材料用量，用水量及外加剂作为母体材料。
常规混凝土配合比设计为点控制，而富浆振捣胶结砂砾石为面控制，此面称之为钻石带，为了使设计指标做到可控，提出钻石带理论：以上述第一边界级配、第二边界级配的砂砾石料进行配合比设计试验，分别满足工程设计强度、配制强度要求，如图2所示。
钻石带为由砂砾石最粗级配、平均级配和最细级配组成的级配包络线；钻石带理论为：以最细级配、平均级配的砂砾石料进行配合比设计试验，分别满足工程设计强度、配制强度要求。
以钻石带理论分别确定第一边界级配和第二边界级配，分别进行配合比设计，满足各自的性能要求，得到相应的水胶比，然后取二者的最小值作为富浆振捣胶结砂砾石的水胶比。再以上述水胶比进行第一边界级配和第二边界级配试验，使结果满足富浆振捣胶结砂砾石性能要求，分别得到第一边界级配和第二边界级配胶凝材料用量，取较大的值作为富浆振捣胶结砂砾石的胶凝材料用量
根据实验室得到的胶凝材料用量，在施工现场由于骨料级配离散比较大，根据确定的胶凝材料用量，以工作性满足要求，适时调整用水量。最后进行富浆振捣砂砾石配合比，具体拌合工艺如下：
a、在现场胶凝振捣胶结砂砾石可以一次常态拌合，即把母体材料一次性拌合成型；
b、在不满足一次常态拌合的前提下，可以进行二次加浆拌合。
本实施例加浆拌合具体工艺过程是首先拌制富浆干硬性砂砾石，在此基础上再仓面附近进行二次加浆拌合。
二次加浆拌合的胶凝材料用量与一次常态拌合用量相同，单位用水量具体根据现场VC值试验满足(2～5S)确定。
富浆振捣胶结砂砾石二次加浆拌合采用水灰比为0.8的浆液，加浆量根据现场塌落度试验满足(5～12cm)确定，加浆量一般在5％～20％(质量比)。
用于防渗保护结构其具体施工工艺流程如下：
富浆振捣胶结砂砾石可用于垫层、防渗层和保护层的施工，一次常态拌合施工工艺流程与常态混凝土施工没有本质却别；二次加浆拌合施工工艺流程如图3所示。具体步骤如下：
步骤a：将筛分完成的砂砾石母料与水、水泥、粉煤灰和外加剂按比例进行一次拌合制成富浆干硬性胶凝砂砾石；
步骤b：将制备好的富浆干硬性胶凝砂砾石运输至浇筑仓附近，再与水泥净浆按比例进行二次拌合，得到富浆振捣胶结砂砾石；
步骤c：将经过二次拌合的富浆振捣胶结砂砾石入仓进行人工振捣；
步骤d：振捣完毕进行下一层浇筑或进行养护工作。
为便于理解，下面以取自料源地的天然砂砾石为材料，制备一种设计强度为C9020W906F9050，配制强度为24.2MPa，(保证率P取85％)的富浆振捣胶结砂砾石作为本发明的实施例来具体说明本发明的技术效果。
本实例中的天然砂砾石，采集22组，去最粗级配、最细级配和平均级配如表1。
表1砂砾石骨料颗粒级配比例(骨料最大粒径80mm)
以最细级配和平均级配的砂砾石作为母体材料，其配成母体材料的具体的配合比和强度如表2、表3所示，试验方法采用SL352-2006《水工混凝土试验规程》。
表2包络线最细和平均级配配合比设计
表3包络线最细和平均级配配合比实验结果
选取0.60的水胶比，最细级配对应的胶凝材料用量225kg/m3；平均级配对应的胶凝材料用量200kg/m3；选取胶凝材料用量为225kg/m3，根据工作性确定用水量。
富浆干硬性材料初次拌合，胶凝材料用量与常态拌合用量，单位用水量具体根据现场VC值试验满足(2～5S)确定，具体配比如表4所示。
表4富浆干硬性胶结砂砾石初次配合比设计及试验结果
根据胶结砂砾石筑坝材料的特点及变态混凝土配合比设计经验，在富浆干硬性砂砾石配合比试验的基础上，主要考查加浆量(灰浆与胶结砂砾石重量比)、粉煤灰掺量、水胶比、拌合时间(以拌合次数计算)4因素对加浆拌合胶结砂砾石性能的影响。用正交设计安排试验，选用L16(43×23)正交表，其水平因素见表5，配比表6，根据正交表设计，实验结果见表7。
表5净浆配合比试验设计水平因素表
表6加浆拌合二次拌合材料配合比
试验编号 水胶比 拌合次数 加浆量(％) 粉煤灰掺量(％) 引气剂(％) 减水剂(％)
1 0.8 15 1.5 0 0 0
2 0.8 20 2.0 0 0 1
3 0.8 25 2.5 30 0.02 0
4 0.8 30 3.0 30 0.02 1
5 1.2 15 2.0 30 0.02 0
6 1.2 20 1.5 30 0.02 1
7 1.2 25 3.0 0 0 0
8 1.2 30 2.5 0 0 1
9 1.6 15 2.5 0 0.02 1
10 1.6 20 3.0 0 0.02 0
11 1.6 25 1.5 30 0 1
12 1.6 30 2.0 30 0 0
13 纯水 15 3.0 30 0 1
14 纯水 20 2.5 30 0 0
15 纯水 25 2.0 0 0.02 1
16 纯水 30 1.5 0 0.02 0
表7正交试验抗压强度汇总表
分析得出，从中选取最优浆液配合比为水胶比为0.8、拌合时间(拌合次数)为30次、加浆量为1.5％、减水剂为1％、引气剂为0.02％、粉煤灰掺量为30％。但由于材料本身的离散性很大，且在施工的过程中，工人的操作波动性很大，导致16组抗压试件的最终结果离散型比较大，且同一配比的3组试件数据离散型也比较大，所以二次拌合配合比应尽量简化，减小试验结果的离散型，即最终配合比的选取如下：加强初次拌合，在此基础上对二次拌合的配合比如下：水胶比0.8，加浆量1.5(水泥净量)，拌合次数为25，减水剂、引气剂和粉煤灰掺量均取为0，如表8所示。在初次拌合级配(E1组)试验的基础上进行二次拌合其试验结果如下表9所示。
表8加浆拌合胶结砂砾石配合比实验设计
表9加浆拌合胶结砂砾石配合比实验结果
由于本章试验只对包络线平均级配进行试验，且砂砾石的平均级配代表原材料的整体平均情况，与常态拌合胶结砂砾石平均级配的试验结果进行对比，判断加浆振过程对试验过程强度的影响，如表10所示。为以后加浆拌合胶结砂砾石的配合比设计提供经验参考。
表10常态拌合与加浆拌合胶结砂砾石的强度对比

Claims (3)

1.一种富浆振捣胶结砂砾石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在施工现场采集天然砂砾石，剔除粒径80mm以上的颗粒，并以此级配的砂砾石作为配制母体材料用的砂砾石料；
步骤2：对上述砂砾石料进行筛分、复掺或外掺，以控制钻石带大小，即天然砂砾石的最细级配作为第一边界级配，以天然砂砾石的平均级配作为第二边界级配；
步骤3：分别确定第一边界级配和第二边界级配各自的水胶比，然后取二者的最小值作为富浆振捣胶结砂砾石的水胶比；
步骤4：以上述水胶比进行第一边界级配和第二边界级配试验，使结果满足富浆振捣胶结砂砾石性能要求，分别得到第一边界级配和第二边界级配胶凝材料用量，取较大的值作为富浆振捣胶结砂砾石的胶凝材料用量；
步骤5：根据上述凝胶材料用量，以工作性满足施工要求，适时调整用水量，最后进行富浆振捣砂砾石拌合；所述富浆振捣砂砾石拌合采用二次加浆拌合，具体为：根据确定好的水胶比、胶凝材料用量和用水量先拌制富浆干硬性胶凝砂砾石，再在仓面附近与水泥净浆进行二次拌合得到富浆振捣胶结砂砾石。
2.根据权利要求1所述的富浆振捣胶结砂砾石的制备方法，其特征在于，所述富浆振捣砂砾石拌合通过将母体材料一次性拌合成型。
3.根据权利要求1所述的富浆振捣胶结砂砾石的制备方法，其特征在于，所述二次加浆拌合中采用水灰比为0.8的水泥净液，加浆量根据现场塌落度试验满足5~12cm确定，加浆量质量比在5%~20%。
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