CN112299872A - 一种胶凝砂砾石及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及胶凝砂砾石生产技术领域，尤其涉及一种胶凝砂砾石及其制备方法，由砂砾石材料母料、水、水泥、粉煤灰、轻质颗粒、磁粉、丙烯酸酯、外加剂、虾壳粉制成，包括前处理、球磨处理、备料、配制胶凝材料、配制胶凝砂砾石基料、配制改性胶凝砂砾石步骤，本发明制备出的胶凝砂砾石具有力学强度高、抗渗性和耐冻性高的优点，本发明添加了磁粉，使得结构密度能稳定保持不被破坏，具有自愈能力、具有耐高温性，添加了虾壳粉的胶凝砂砾石可以有效防止高温引起的胶凝砂砾石筑坝结构变形问题。
Description
技术领域
本发明涉及胶凝砂砾石生产技术领域，尤其涉及一种胶凝砂砾石及其制备方法。
背景技术
胶凝砂砾石筑坝技术是国际上发展起来的新型筑坝技术，其特点是采用胶凝材料和工程现场的砂砾石材料(如，砂、石、砾石等)拌和筑坝，再使用高效率的土石方运输机械和压实机械进行施工。与常规混凝土筑坝技术比，胶凝砂砾石筑坝的技术特点是：仅剔除现场砂砾石料中超大粒径的骨料，不需要筛分、水洗等处理；此外，胶凝材料的用量少；并且，施工速度快30％以上，节约成本近50％。因此胶凝砂砾石筑坝技术具有经济、环保、施工快速等优点。
但是,现有方法制备的胶凝砂砾石存在力学强度较低以及抗渗性和耐冻性差的缺点，在筑坝过程中还需要单独进行防渗和防冻施工，会提高筑坝成本和施工周期。为此，《胶凝砂砾石坝筑坝材料特性研究与工程应用》(冯炜于2013年发表)在胶凝砂砾石中掺加引气剂，采用气冻和水冻两种方式进行了抗冻性试验，但是胶凝砂砾石耐水冻性较差，耐气冻性较好，但效果不是特别理想。在文献《用轻质颗粒材料改善贫胶凝砂砾石耐久性的研究》(张守杰等人于2017年发表中)虽然表明了橡胶粉可改善贫胶凝砂砾石的抗冻性，但是相较于基准组未掺任何物质的贫胶凝砂砾石，掺加橡胶粉的贫胶凝砂砾石28d抗压强度均有大幅度降低，且掺加陶砂和EPS粒子的贫胶凝砂砾石抗渗性大幅度下降。
专利申请号CN201410184217.2公开了加浆振捣胶凝砂砾石的制备方法及其产品，方法包括以下步骤：a、于施工现场采集天然砂砾石，剔除粒径150mm以上的颗粒，并以此级配变化的砂砾石作为配制母体材料用的砂砾石料；b、将水、水泥、粉煤灰和砂砾石料按一定比例混合配制胶凝砂砾石作为母体材料；c、以配制的母体材料按照一定的加浆率加浆制备加浆振捣胶凝砂砾石，其中，该加浆率确定方式为：分别以最细级配和平均级配的砂砾石料的胶凝砂砾石作为母体材料制备加浆振捣胶凝砂砾石，并通过检测试样的性能选择确定合适的加浆率，该方法制成的加浆振捣胶凝砂砾石具有力学强度较高、抗渗性能好、抗冻耐久性好、成本低的特性，但该方法需要通过检测试样的性能选择合适的加浆率，同时为了满足工程应用的要求，还需要掌握工程现场胶凝砂砾石的天然级配状况；再将各粒径的骨料按照其天然级配范围内的边界级配进行配制，这增加了制备方法的复杂性，同时影响了产品的质量稳定性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种胶凝砂砾石及其制备方法，制备出的胶凝砂砾石具有力学强度高、抗渗性和耐冻性高的优点，本发明添加了磁粉，使得结构密度能稳定保持不被破坏，具有自愈能力、具有耐高温性，添加了虾壳粉的胶凝砂砾石可以有效防止高温引起的胶凝砂砾石筑坝结构变形问题。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种胶凝砂砾石，按重量份计由如下材料制成：1000-1500份母料、100-130份水、80-130份水泥、70-130份粉煤灰、300-400份轻质颗粒、120-140份磁粉、100-120份丙烯酸酯、10-20份外加剂、150-180份第一组分虾壳粉、200-230份第二组分虾壳粉。
进一步改进在于：所述轻质颗粒由陶砂、聚苯乙烯颗粒和橡胶粉按照1:1.5:1的比例混合而成。
进一步改进在于：所述外加剂由引气减水剂和早强剂按照3:1的比例混合而成。
进一步改进在于：所述第一组分虾壳粉和第二组分虾壳粉的细度为45-70目。
进一步改进在于：所述橡胶粉由细度由细度为20目、45目和80目的橡胶粉按照2:2:3的比例混合而成。
一种胶凝砂砾石的制备方法，包括以下步骤：
1)前处理，将施工现场的砂砾石材料中80毫米以上的大骨料进行剔除，同时对砂砾石材料中夹杂的塑料、树枝、大泥块等非石料材质的杂物进行剔除，剩余的作为母料；
2)将母料经球磨处理，去除母料的尖锐棱角，并收集尖锐棱角的母料作为辅助添加料备用；
3)备料：准备母料、水、水泥、粉煤灰、轻质颗粒、磁粉、丙烯酸酯、外加剂、第一组分虾壳粉、第二组分虾壳粉；
4)配制胶凝材料：将水泥和粉煤灰先混合拌匀，再加水继续混合均匀，得到胶凝材料，然后将胶凝材料按照1:9的比例分成第一胶凝材料和第二胶凝材料；
5)配制胶凝砂砾石基料：将母料、辅助添加料、陶砂和聚苯乙烯颗粒进行混合，得到混合颗粒材料，然后对混合颗粒材料进行均质5-8min，再加入丙烯酸酯进行拌料，然后加入第一胶凝材料进行混合拌料，最后再加入第一组分虾壳粉和橡胶粉进行混合拌料，得到胶凝砂砾石基料；
6)配制改性胶凝砂砾石：在配制胶凝砂砾石基料后立刻加入外加剂和第二胶凝材料再继续混合，先将外加剂中的引气减水剂加入胶凝砂砾石基料内，并搅拌10-15min，最后将早强剂加入胶凝砂砾石基料内，继续搅拌10-20min，然后加入磁粉进行搅拌处理后，采用非磁性金属性质的均质设备进行均质处理10-12min，得到改性胶凝砂砾石；
7)将第二组分虾壳粉以振捣的方式加入到改性胶凝砂砾石中，得成品胶凝砂砾石。
进一步改进在于：所述步骤4)中混合采用机械搅拌，速率为80-120r/min。
进一步改进在于：所述步骤5)中加入丙烯酸酯进行拌料时，丙烯酸酯分2-3次加入到混合颗粒材料中，每加入一次丙烯酸酯后进行拌料10-20min。
进一步改进在于：所述步骤5)中加入第一组分虾壳粉和橡胶粉前预先将第一组分虾壳粉和橡胶粉混合拌匀，得到混合粉末，再将混合粉末分3-4次加入，每加入一次混合粉末后进行拌料5-8min。
进一步改进在于：所述步骤5)中加入第一胶凝材料进行混合拌料时，混合拌料时间控制为30-40min，混合拌料速率控制为120-140r/min。
本发明的有益效果：
1)本发明的胶凝砂砾石具有力学强度高的优点；本发明以虾壳粉为主要成分，解决了胶凝砂砾石力学强度低的问题，添加虾壳粉能够使得胶凝砂砾石内部的各种组成成分的排列紧密性更好，用于筑坝时，形成的结构密度高；同时，本发明通过球磨处理，能够保证母料形成的结构紧密性好；
2)抗渗性和耐冻性优；在制备过程中加入由引气减水剂和早强剂组合的外加剂，配合丙烯酸酯和轻质颗粒，有效地提高了胶凝砂砾石的抗渗性和耐冻性；同时，将脱落的尖锐棱角的母料作为辅助添加料加入后能够填充砂砾石材料母料之间的间隙，从而进一步能够提高抗渗性；
3)具有自愈能力；本发明添加了磁粉，使得结构密度能稳定保持不被破坏，具有自愈能力；
4)具有耐高温性；添加了虾壳粉的胶凝砂砾石具有耐高温性，有效防止高温引起的胶凝砂砾石筑坝结构变形问题。
附图说明
图1为本发明方法流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
根据图1所示，本实施例提出一种胶凝砂砾石的制备方法，包括以下步骤：
1)前处理，将施工现场的砂砾石材料中80毫米以上的大骨料进行剔除，同时对砂砾石材料中夹杂的塑料、树枝、大泥块等非石料材质的杂物进行剔除，剩余的作为母料；
2)将母料经球磨处理，去除母料的尖锐棱角，并收集尖锐棱角的母料作为辅助添加料备用；
3)备料：按重量份计准备如下材料：1000份母料、100份水、80份水泥、70份粉煤灰、300份轻质颗粒、120份磁粉、100份丙烯酸酯、10份外加剂、150份第一组分虾壳粉、200份第二组分虾壳粉，其中，所述轻质颗粒由陶砂、聚苯乙烯颗粒和橡胶粉按照1:1.5:1的比例混合而成，所述外加剂由引气减水剂和早强剂按照3:1的比例混合而，所述第一组分虾壳粉和第二组分虾壳粉的细度为60目，所述橡胶粉由细度由细度为20目、45目和80目的橡胶粉按照2:2:3的比例混合而成；
4)配制胶凝材料：将水泥和粉煤灰先混合拌匀，混合采用机械搅拌，速率为100r/min，再加水继续混合均匀，得到胶凝材料，然后将胶凝材料按照1:9的比例分成第一胶凝材料和第二胶凝材料；
5)配制胶凝砂砾石基料：将母料、辅助添加料、陶砂和聚苯乙烯颗粒进行混合，得到混合颗粒材料，然后对混合颗粒材料进行均质6min，再加入丙烯酸酯进行拌料，加入丙烯酸酯进行拌料时，丙烯酸酯分3次加入到混合颗粒材料中，每加入一次丙烯酸酯后进行拌料15min，然后加入第一胶凝材料进行混合拌料，混合拌料时间控制为30-40min，混合拌料速率控制为130r/min，最后再加入第一组分虾壳粉和橡胶粉进行混合拌料，加入第一组分虾壳粉和橡胶粉前预先将第一组分虾壳粉和橡胶粉混合拌匀，得到混合粉末，再将混合粉末分3次加入，每加入一次混合粉末后进行拌料6min，得到胶凝砂砾石基料；
6)配制改性胶凝砂砾石：在配制胶凝砂砾石基料后立刻加入外加剂和第二胶凝材料再继续混合，先将外加剂中的引气减水剂加入胶凝砂砾石基料内，并搅拌12min，最后将早强剂加入胶凝砂砾石基料内，继续搅拌15min，然后加入磁粉进行搅拌处理后，采用非磁性金属性质的均质设备进行均质处理10min，得到改性胶凝砂砾石；
7)将第二组分虾壳粉以振捣的方式加入到改性胶凝砂砾石中，得成品胶凝砂砾石。
实施例2
根据图1所示，本实施例提出一种胶凝砂砾石的制备方法，包括以下步骤：
1)前处理，将施工现场的砂砾石材料中80毫米以上的大骨料进行剔除，同时对砂砾石材料中夹杂的塑料、树枝、大泥块等非石料材质的杂物进行剔除，剩余的作为母料；
2)将母料经球磨处理，去除母料的尖锐棱角，并收集尖锐棱角的母料作为辅助添加料备用；
3)备料：按重量份计准备如下材料：1300份母料、115份水、100份水泥、100份粉煤灰、350份轻质颗粒、130份磁粉、110份丙烯酸酯、15份外加剂、165份第一组分虾壳粉、215份第二组分虾壳粉，其中，所述轻质颗粒由陶砂、聚苯乙烯颗粒和橡胶粉按照1:1.5:1的比例混合而成，所述外加剂由引气减水剂和早强剂按照3:1的比例混合而，所述第一组分虾壳粉和第二组分虾壳粉的细度为60目，所述橡胶粉由细度由细度为20目、45目和80目的橡胶粉按照2:2:3的比例混合而成；
4)配制胶凝材料：将水泥和粉煤灰先混合拌匀，混合采用机械搅拌，速率为100r/min，再加水继续混合均匀，得到胶凝材料，然后将胶凝材料按照1:9的比例分成第一胶凝材料和第二胶凝材料；
5)配制胶凝砂砾石基料：将母料、辅助添加料、陶砂和聚苯乙烯颗粒进行混合，得到混合颗粒材料，然后对混合颗粒材料进行均质6min，再加入丙烯酸酯进行拌料，加入丙烯酸酯进行拌料时，丙烯酸酯分3次加入到混合颗粒材料中，每加入一次丙烯酸酯后进行拌料15min，然后加入第一胶凝材料进行混合拌料，混合拌料时间控制为30-40min，混合拌料速率控制为130r/min，最后再加入第一组分虾壳粉和橡胶粉进行混合拌料，加入第一组分虾壳粉和橡胶粉前预先将第一组分虾壳粉和橡胶粉混合拌匀，得到混合粉末，再将混合粉末分3次加入，每加入一次混合粉末后进行拌料6min，得到胶凝砂砾石基料；
6)配制改性胶凝砂砾石：在配制胶凝砂砾石基料后立刻加入外加剂和第二胶凝材料再继续混合，先将外加剂中的引气减水剂加入胶凝砂砾石基料内，并搅拌12min，最后将早强剂加入胶凝砂砾石基料内，继续搅拌15min，然后加入磁粉进行搅拌处理后，采用非磁性金属性质的均质设备进行均质处理10min，得到改性胶凝砂砾石；
7)将第二组分虾壳粉以振捣的方式加入到改性胶凝砂砾石中，得成品胶凝砂砾石。
实施例3
根据图1所示，本实施例提出一种胶凝砂砾石的制备方法，包括以下步骤：
1)前处理，将施工现场的砂砾石材料中80毫米以上的大骨料进行剔除，同时对砂砾石材料中夹杂的塑料、树枝、大泥块等非石料材质的杂物进行剔除，剩余的作为母料；
2)将母料经球磨处理，去除母料的尖锐棱角，并收集尖锐棱角的母料作为辅助添加料备用；
3)备料：按重量份计准备如下材料：1500份母料、130份水、130份水泥、130份粉煤灰、400份轻质颗粒、140份磁粉、100-120份丙烯酸酯、20份外加剂、180份第一组分虾壳粉、230份第二组分虾壳粉，其中，所述轻质颗粒由陶砂、聚苯乙烯颗粒和橡胶粉按照1:1.5:1的比例混合而成，所述外加剂由引气减水剂和早强剂按照3:1的比例混合而，所述第一组分虾壳粉和第二组分虾壳粉的细度为60目，所述橡胶粉由细度由细度为20目、45目和80目的橡胶粉按照2:2:3的比例混合而成；
4)配制胶凝材料：将水泥和粉煤灰先混合拌匀，混合采用机械搅拌，速率为100r/min，再加水继续混合均匀，得到胶凝材料，然后将胶凝材料按照1:9的比例分成第一胶凝材料和第二胶凝材料；
5)配制胶凝砂砾石基料：将母料、辅助添加料、陶砂和聚苯乙烯颗粒进行混合，得到混合颗粒材料，然后对混合颗粒材料进行均质6min，再加入丙烯酸酯进行拌料，加入丙烯酸酯进行拌料时，丙烯酸酯分3次加入到混合颗粒材料中，每加入一次丙烯酸酯后进行拌料15min，然后加入第一胶凝材料进行混合拌料，混合拌料时间控制为30-40min，混合拌料速率控制为130r/min，最后再加入第一组分虾壳粉和橡胶粉进行混合拌料，加入第一组分虾壳粉和橡胶粉前预先将第一组分虾壳粉和橡胶粉混合拌匀，得到混合粉末，再将混合粉末分3次加入，每加入一次混合粉末后进行拌料6min，得到胶凝砂砾石基料；
6)配制改性胶凝砂砾石：在配制胶凝砂砾石基料后立刻加入外加剂和第二胶凝材料再继续混合，先将外加剂中的引气减水剂加入胶凝砂砾石基料内，并搅拌12min，最后将早强剂加入胶凝砂砾石基料内，继续搅拌15min，然后加入磁粉进行搅拌处理后，采用非磁性金属性质的均质设备进行均质处理10min，得到改性胶凝砂砾石；
7)将第二组分虾壳粉以振捣的方式加入到改性胶凝砂砾石中，得成品胶凝砂砾石。
对比例
准备1250份砂砾石材料母料、115份水、100份水泥、100份粉煤灰和10份外加剂，然后剔除砂砾石材料母料中80毫米以上的大骨料，根据设计和施工要求，将原有砂砾石料中剔除，然后将水、水泥和粉煤灰制成胶凝材料，最后将胶凝材料与砂砾石材料母料、外加剂进行混合，得到胶凝砂砾石。
实验例一
取实施例一、实施例二以及实施例三中制备出的胶凝砂砾石作为实验样本，分别标记为第一胶凝砂砾石、第二胶凝砂砾石和第三胶凝砂砾石，然后以对比例中制备出的胶凝砂砾石作为对比样本，标记为对比胶凝砂砾石，然后对第一胶凝砂砾石、第二胶凝砂砾石、第三胶凝砂砾石以及对比胶凝砂砾石进行90d龄期性能检测，得出表1所示结果:
表1
| 含气量(％) | 抗压强度(MPa) | 抗渗等级 | |
| 第一胶凝砂砾石 | 6.3 | 20.7 | W12 |
| 第二胶凝砂砾石 | 6.2 | 21.5 | W12 |
| 第三胶凝砂砾石 | 6.5 | 21.1 | W12 |
| 对比胶凝砂砾石 | 7.3 | 17.8 | W9 |
根据表1结果可以得出，本发明实施例一、实施例二以及实施例三中制备出的第一胶凝砂砾石、第二胶凝砂砾石和第三胶凝砂砾石的抗压强度在20MPa以上，抗渗等级均在W10以上。
实验例二
取实施例一、实施例二以及实施例三中制备出的胶凝砂砾石，然后切割成100cm*100cm的试验块，作为实验样本，分别标记为胶凝砂砾石A、胶凝砂砾石B和胶凝砂砾石C，然后以对比例中制备出的胶凝砂砾石作为对比样本，标记为胶凝砂砾石X，然后对胶凝砂砾石A、胶凝砂砾石B和胶凝砂砾石C以及胶凝砂砾石X进行耐高温检测，将胶凝砂砾石A、胶凝砂砾石B和胶凝砂砾石C以及胶凝砂砾石X放入分别放入四个高温检测箱内，将高温检测箱温度如下表2所示温度进行控制：
表2
分别对经过第一周期实验温度、第二周期实验温度和第三期实验温度加热后胶凝砂砾石A、胶凝砂砾石B、胶凝砂砾石C以及胶凝砂砾石X进行轴心抗压强度检测，得到表3所示结果：
表3
由表3可以得出，在40℃、55℃以及75℃的高温下，本发明制备出的胶凝砂砾石A、胶凝砂砾石B和胶凝砂砾石C轴心抗压强度均保持在20MPa以上，高温对轴心抗压强度的影响几乎可以忽略。
本发明的胶凝砂砾石具有力学强度高的优点；本发明以虾壳粉为主要成分，解决了胶凝砂砾石力学强度低的问题，添加虾壳粉能够使得胶凝砂砾石内部的各种组成成分的排列紧密性更好，用于筑坝时，形成的结构密度高；同时，本发明通过球磨处理，能够保证母料形成的结构紧密性好；
抗渗性和耐冻性优；在制备过程中加入由引气减水剂和早强剂组合的外加剂，配合丙烯酸酯和轻质颗粒，有效地提高了胶凝砂砾石的抗渗性和耐冻性；同时，将脱落的尖锐棱角的母料作为辅助添加料加入后能够填充砂砾石材料母料之间的间隙，从而进一步能够提高抗渗性；
具有自愈能力；本发明添加了磁粉，使得结构密度能稳定保持不被破坏，具有自愈能力；
具有耐高温性；添加了虾壳粉的胶凝砂砾石具有耐高温性，有效防止高温引起的胶凝砂砾石筑坝结构变形问题。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种胶凝砂砾石，其特征在于，按重量份计由如下材料制成：1000-1500份母料、100-130份水、80-130份水泥、70-130份粉煤灰、300-400份轻质颗粒、120-140份磁粉、100-120份丙烯酸酯、10-20份外加剂、150-180份第一组分虾壳粉、200-230份第二组分虾壳粉。
2.如权利要求1所述的一种胶凝砂砾石，其特征在于：所述轻质颗粒由陶砂、聚苯乙烯颗粒和橡胶粉按照1:1.5:1的比例混合而成。
3.如权利要求1所述的一种胶凝砂砾石，其特征在于：所述外加剂由引气减水剂和早强剂按照3:1的比例混合而成。
4.如权利要求1所述的一种胶凝砂砾石，其特征在于：所述第一组分虾壳粉和第二组分虾壳粉的细度为45-70目。
5.如权利要求1所述的一种胶凝砂砾石，其特征在于：所述橡胶粉由细度由细度为20目、45目和80目的橡胶粉按照2:2:3的比例混合而成。
6.一种胶凝砂砾石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)前处理，将施工现场的砂砾石材料中80毫米以上的大骨料进行剔除，同时对砂砾石材料中夹杂的塑料、树枝、大泥块等非石料材质的杂物进行剔除，剩余的作为母料；
2)将母料经球磨处理，去除母料的尖锐棱角，并收集尖锐棱角的母料作为辅助添加料备用；
3)备料：准备母料、水、水泥、粉煤灰、轻质颗粒、磁粉、丙烯酸酯、外加剂、第一组分虾壳粉、第二组分虾壳粉；
4)配制胶凝材料：将水泥和粉煤灰先混合拌匀，再加水继续混合均匀，得到胶凝材料，然后将胶凝材料按照1:9的比例分成第一胶凝材料和第二胶凝材料；
5)配制胶凝砂砾石基料：将母料、辅助添加料、陶砂和聚苯乙烯颗粒进行混合，得到混合颗粒材料，然后对混合颗粒材料进行均质5-8min，再加入丙烯酸酯进行拌料，然后加入第一胶凝材料进行混合拌料，最后再加入第一组分虾壳粉和橡胶粉进行混合拌料，得到胶凝砂砾石基料；
6)配制改性胶凝砂砾石：在配制胶凝砂砾石基料后立刻加入外加剂和第二胶凝材料再继续混合，然后加入磁粉进行搅拌处理后，进行均质处理，得到改性胶凝砂砾石；
7)将第二组分虾壳粉以振捣的方式加入到改性胶凝砂砾石中，得成品胶凝砂砾石。
7.如权利要求6所述的一种胶凝砂砾石的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中混合采用机械搅拌，速率为80-120r/min。
8.如权利要求6所述的一种胶凝砂砾石的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中加入丙烯酸酯进行拌料时，丙烯酸酯分2-3次加入到混合颗粒材料中，每加入一次丙烯酸酯后进行拌料10-20min。
9.如权利要求6所述的一种胶凝砂砾石的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中加入第一组分虾壳粉和橡胶粉前预先将第一组分虾壳粉和橡胶粉混合拌匀，得到混合粉末，再将混合粉末分3-4次加入，每加入一次混合粉末后进行拌料5-8min。
10.如权利要求6所述的一种胶凝砂砾石的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中加入第一胶凝材料进行混合拌料时，混合拌料时间控制为30-40min，混合拌料速率控制为120-140r/min。
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