CN115304327B - 尾矿坝防渗墙塑性混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尾矿坝防渗墙塑性混凝土及其制备方法。适用于尾矿(库)坝及其围堰、拦水坝等工程的防渗墙塑性混凝土制备及施工。本发明所采用的技术方案是：一种塑性混凝土，其特征在于：原材料包括水泥、粗骨料、细骨料、石粉、橡胶粉、改性土、减水剂、引气剂、杜拉纤维和水；该塑性混凝土的水胶比0.5～1.0，砂率70％～100％，单位用水量280～350kg/m³。

Description

尾矿坝防渗墙塑性混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种尾矿坝防渗墙塑性混凝土及其制备方法。适用于尾矿(库)坝及其围堰、拦水坝等工程的防渗墙塑性混凝土制备及施工。

背景技术

混凝土防渗墙是一种有效的处理基础渗漏和工程除险的防渗技术，它是在松散透水地基或尾矿(库)坝及其围堰、拦水坝体中连续造孔成槽，以泥浆固壁，在泥浆下浇筑混凝土而成的起防渗作用的地下连续墙。在尾矿(库)坝及其围堰、拦水坝建设或加固除险等施工中，由于建筑物的填料主要为粘土、粉土、砂砾石或石渣混合料，土料质量较差，这就要求防渗体具有较强的适应变形能力，否则，极易造成防渗墙变形开裂，给工程带来极大的安全隐患。

现有的防渗墙通常采用混凝土或塑性混凝土的技术方案，塑性混凝土是一种水泥用量较低，并掺加较多的膨润土、粉煤灰等材料的大流动性混凝土，是一种柔性材料，可以很好的与较软的基础相适应，同时又具有很好的防渗性能。受限于各地塑性混凝土的原材料性能限制，配制的塑性混凝土性能差异也较大。塑性混凝土既要满足强度和变形性能要求，而且还需具有高抗渗性，如何保证塑性混凝土的性能对工程安全具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种塑性混凝土、塑性混凝土制备方法及尾矿坝防渗墙。

本发明所采用的技术方案是：一种塑性混凝土，其特征在于：原材料包括水泥、粗骨料、细骨料、石粉、橡胶粉、改性土、减水剂、引气剂、杜拉纤维和水；

该塑性混凝土的水胶比0.5～1.0，砂率70％～100％，单位用水量280～350kg/m³；

所述粗骨料用量为0～300kg/m³；细骨料用量为1000～1200kg/m³；石粉掺量为胶凝材料质量的10％～20％；橡胶粉掺量为胶凝材料质量的5％～10％；改性土掺量为胶凝材料质量的20％～35％；减水剂掺量为胶凝材料质量的0.6％～1.2％；引水剂掺量为胶凝材料质量的0.02％～0.05％；杜拉纤维掺量为混凝土体积份数的0.05％～0.10％，其中胶凝材料质量为水泥+石粉+橡胶粉+改性土的总质量。

所述水泥采用低热或中热硅酸盐水泥。

所述粗骨料为5～20mm碎石用水泥和橡胶粉按1:1配制的浆液浸润处理后进行沥干风干制得。

所述细骨料的细度模数为2.8～3.2。

所述石粉为45μm方孔筛筛余不大于15％的细粉。

所述橡胶粉为通过80μm方孔筛析并经过了10％溶度NaOH溶液浸泡24h的橡胶粉碎。

所述改性土为有机质含量小于5％的中、高可塑性粘土，晒干粉磨过1.0mm筛后，掺0％～80％蒙脱石或/和多水高岭石、水铝英石粉使塑性指数≥50％后，再掺总重量1％～2％Na₂CO₃和0.1％～0.2％羟丙基甲基纤维素醚。

所述杜拉纤维为抗拉强度≥270MPa，弹性模量≤3.8GPa的聚丙烯短纤维。

一种所述塑性混凝土的制备方法，其特征在于：

按比例称取水泥、石粉、橡胶粉、改性土，混合均匀，制成混凝土粉料；

按比例称取水、细骨料、粗骨料、杜拉纤维、减水剂、引气剂，将粗骨料、细骨料倒入搅拌锅中搅拌，再将混凝土粉料、减水剂、杜拉纤维倒入搅拌锅中搅拌，再将水和引气剂在搅拌过程中加入继续搅拌，制成塑性混凝土。

一种尾矿坝防渗墙，其特征在于：采用权利要求1～8任意一项所述塑性混凝土施工而成。

本发明的有益效果是：本发明用低热硅酸盐水泥或中热硅酸盐水泥+高掺量石粉+橡胶粉+改性土+杜拉纤维的材料组合方案，降低塑性混凝土的渗透系数的同时，可以使塑性混凝土满足28d抗压强度3～6MPa，弹性模量小于1000MPa，极大的优于现有技术制备的塑性混凝土，同时耐久性也有明显的改善。

本发明通过对粘土改性，以粉剂的形式进行塑性混凝土的拌和，解决了现有技术加入粘土、膨润土后不能获得均匀的拌和物的问题，同时也避免了以泥浆方式加入，对用水量、粘土的掺入量、水胶比等控制不准确而对质量产生的不利影响。

本发明通过增加引气剂的掺量，使塑性混凝土拌和物的含气量高达10％～15％，同时配合杜拉纤维的材料特性，可以在大量降低早期的干缩的同时，有效降低混凝土弹性模量，较大的优于现有技术方案。

本发明粗骨料为预处理后进行沥干风干制得，可以降低骨料弹模对混凝土弹模的影响。

本发明细骨料的细度模数为2.8～3.2，可提高混凝土中的砂率而使得粗骨料的相对比例降低，从而使混凝土弹性模量相对降低。

本发明制备的塑性混凝土，其水泥胶结物的粘结力低，具有含气量高，强度低，塑性大，弹性模量低，弹强比小，极限变形大，抗渗性能较高的特点，用于实际施工中可较好适应围土变形，提高防渗墙的抗裂性能，大大增强了防渗墙的安全性。

本发明的塑性混凝土方案中可以采用的骨料、石粉以及改性土，可通过尾矿坝施工开挖山石料、岩土资源的就地利用和工程衍生料等资源获得，满足工程设计的同时，更绿色环保，且制备方法简单易操作，适合大规模生产。

具体实施方式

本实施例为一种用于尾矿坝防渗墙的塑性混凝土，其原料由水泥、粗骨料、细骨料、石粉、橡胶粉、改性土、减水剂、引气剂、杜拉纤维和水组成，该塑性混凝土的水胶比0.5～1.0，砂率70％～100％，单位用水量280～350kg/m³。

本例中粗骨料用量为0～300kg/m³；细骨料用量为1000～1200kg/m³；石粉掺量为胶凝材料质量(水泥+石粉+橡胶粉+改性土的总质量)的10％～20％；橡胶粉掺量为胶凝材料质量的5％～10％；改性土掺量为胶凝材料质量的20％～35％；减水剂掺量为胶凝材料质量的0.6％～1.2％；引水剂掺量为胶凝材料质量的0.02％～0.05％；杜拉纤维掺量为混凝土体积份数的0.05％～0.10％。

本实施例中水泥为满足《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥》(GB/T 200)技术要求的P.LH 42.5低热硅酸盐水泥、P.MH 42.5中热硅酸盐水泥，采用低热或中热硅酸盐水泥，降低前期水化热，减少塑性混凝土早期干缩裂缝。

本例中粗骨料为尾矿坝施工中开挖山石破碎而成的5～20mm碎石(其质量满足《建设用卵石、碎石》(GB/T 14685)技术要求)，经预处理技术进行预处理后得到。粗骨料的预处理技术为将碎石用水泥和橡胶粉按1:1配制的浆液浸润处理30min，完成后进行沥干风干制得经预处理的粗骨料。骨料特别是粗骨料的弹性模量对混凝土的弹性模量有直接影响，粗骨料弹模越大，则混凝土弹模也增大，进行预处理制成的粗骨料，可有效的降低粗骨料高弹性模量对塑性混凝土弹性模量的影响。

本实施例中细骨料为尾矿坝施工中开挖山石料破碎而成，其质量满足《建设用砂》(GB/T 14684)技术要求，细度模数为2.8～3.2。通过采用尾矿坝施工开挖山石料加工破碎。限制细骨料得细度模数，可提高混凝土中的砂率而使得粗骨料的相对比例降低，从而使混凝土弹性模量也相对降低。

本实施例中石粉为骨料加工系统筛洗出的细粉，45μm方孔筛筛余不大于15％。通过大掺量石粉替换常规方案中的粉煤灰，既可以改善混凝土粉体级配，降低混凝土后期弹性模量，又可以较好解决骨料加工系统处理石粉难题，弃料得到了很好利用，也省去了购买粉煤灰掺合料的成本。

本例中橡胶粉为废旧橡胶粉碎通过80μm方孔筛析，并经过了10％溶度NaOH溶液浸泡24h得到。通过掺橡胶粉，增大浆体体积的同时，可以有效的降低塑性混凝土的弹性模量，同时将废旧橡胶制品资源化利用。

本实施例中改性土为选用当本地有机质含量小于5％的中、高可塑性粘土，晒干粉磨过1.0mm筛后，掺0％～80％蒙脱石或/和多水高岭石、水铝英石粉使塑性指数≥50％、膨胀容≥3.0g/cm³后，再掺总重量1％～2％Na₂CO₃和0.1％～0.2％羟丙基甲基纤维素醚后得到。

本例中通过单掺或复掺0％～80％蒙脱石或/和多水高岭石、水铝英石粉，改变粘土的塑性指数；通过掺入总重量1％～2％Na2CO3，改变粘土的分散性，提高拌和物的均匀性；通过掺入总重量0.1％～0.2％羟丙基甲基纤维素醚，增加塑性混凝土浆体的稠度；通过较大掺量的改性土，利用改性土塑性指数较高的特性，降低塑性混凝土的弹性模量，同时充分利用工程当地地材资源。

本实施例在塑性混凝土中添加有减水率不低于20％的奈系减水剂，减水剂性能满足《混凝土外加剂》(GB 8076)的技术要求，通过高减水率减水剂的掺入，减小拌和用水和胶材用量，增大塑性混凝土密实度，降低塑性混凝土早期干缩。

本例中引气剂为性能满足《混凝土外加剂》(GB 8076)技术要求的引气剂。通过较大掺量的引气剂，使混凝土拌和物的含气量控制在10％～15％，高含气量在提升的塑性混凝土拌和物和易性的同时，可以有效的降低塑性混凝土的弹性模量。

本实施例中杜拉纤维为抗拉强度≥270MPa，弹性模量≤3.8GPa的聚丙烯短纤维。通过掺入与混凝土适应性较好的杜拉纤维，可以明显改善塑性混凝土的耐久性，降低高掺量改性土和高含气量使塑性混凝土早期干缩问题，减少早期收缩裂缝的形成。

本实施例中塑性混凝土的制备方法如下：

按比例称取水泥、石粉、橡胶粉、改性土等粉料，将粉料预先混合均匀，制成混凝土粉料；

按比例称取水、细骨料、粗骨料、杜拉纤维、减水剂、引气剂，将粗骨料、细骨料倒入搅拌锅中搅拌30s，再将混凝土粉料、减水剂、杜拉纤维倒入搅拌锅中，搅拌180～300s，再将水和引气剂在搅拌过程中分三次均匀加入，继续搅拌120～180s后完成塑性混凝土的制备；

制备成型的塑性混凝土在20～25℃下养护不少于72h后脱模，然后标准养护28d。

以下以实施例和对比例1～3对比进行说明：

其中，对比例1与实施例唯一的区别为低热硅酸盐水泥全部等量替换为普通硅酸盐水泥，用于比对说明不同水泥对本实施例性能的影响。对比例2、3为现有两条技术路线下防渗墙塑性混凝土配合比。

其中实施例与现有技术对比例2的区别是将普通硅酸盐水泥全部替换为低热硅酸盐水泥，将掺和料由石粉全部替换为石粉+橡胶粉，将普通骨料替换为经预处理的骨料，将膨润土替换为改性土，并掺杜拉纤维。

其中实施例与现有技术对比例3的区别是将普通硅酸盐水泥全部替换为低热硅酸盐水泥，将掺和料由粉煤灰全部替换为石粉+橡胶粉，将普通骨料替换为经预处理的骨料，将膨润土替换为改性土，引气剂掺量由0.094kg/m³改为0.15kg/m³，并掺杜拉纤维。

按照《水工塑性混凝土试验规程》(DL/T 5303)进行塑性混凝土拌和性能及力学性能试验。

通过实施例和对比例1试验结果可以看出，采用低热硅酸盐水泥配置的塑性混凝土，相对于普通硅酸盐水泥配置的塑性混凝土，流动性更强，凝结时间更长，但28d抗压强度和28d弹性模量均有明显的降低，28d渗透系数有小幅降低。

通过实施例和对比例2试验结果可以看出，本实施例配置的塑性混凝土，相对于现有技术方案采用“普通硅酸盐水泥+常规骨料+大掺量石粉+膨润土”为核心配置的塑性混凝土，流动性略低，凝结时间略有增加，28d抗压强度和28d弹性模量均有明显的降低，28d抗渗等级和28d渗透系数均有较大提升。

通过实施例和对比例3试验结果可以看出，本实施例配置的塑性混凝土，相对于现有技术方案采用“普通硅酸盐水泥+常规骨料+粉煤灰+膨润土”为核心配置的塑性混凝土，流动性略低，凝结时间略有增加，28d抗压强度和28d弹性模量均有明显的降低，28d抗渗等级和28d渗透系数均有较大提升。

通过对比例1～3试验结果可以看出，采用本实施例的配合比替换为普通硅酸盐水泥配置的塑性混凝土，相对于现有技术方案采用普通硅酸盐水泥配置的塑性混凝土，28d弹性模量、28d抗渗等级和28d渗透系数均有显著提升。

本实施例还提供一种尾矿坝防渗墙，其采用本实施例中的塑性混凝土施工而成。

以上实施例仅为本发明的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种塑性混凝土，其特征在于：原材料包括水泥、粗骨料、细骨料、石粉、橡胶粉、改性土、减水剂、引气剂、杜拉纤维和水；

该塑性混凝土的水胶比0.5～1.0，砂率70％～100％，单位用水量280～350kg/m³；

所述粗骨料用量为0～300kg/m³；细骨料用量为1000～1200kg/m³；石粉掺量为胶凝材料质量的10％～20％；橡胶粉掺量为胶凝材料质量的5％～10％；改性土掺量为胶凝材料质量的20％～35％；减水剂掺量为胶凝材料质量的0.6％～1.2％；引水剂掺量为胶凝材料质量的0.02％～0.05％；杜拉纤维掺量为混凝土体积份数的0.05％～0.10％，其中胶凝材料质量为水泥+石粉+橡胶粉+改性土的总质量；

所述水泥选用低热或中热硅酸盐水泥；

所述改性土为有机质含量小于5％的中、高可塑性粘土，晒干粉磨过1.0mm筛后，掺0％～80％蒙脱石或/和多水高岭石、水铝英石粉使塑性指数≥50％、膨胀容≥3.0g/cm³后，再掺总重量1％～2％Na₂CO₃和0.1％～0.2％羟丙基甲基纤维素醚。

2.根据权利要求1所述的塑性混凝土，其特征在于：所述粗骨料为5～20mm碎石用水泥和橡胶粉按1:1配制的浆液浸润处理后进行沥干风干制得。

3.根据权利要求1所述的塑性混凝土，其特征在于：所述细骨料的细度模数为2.8～3.2。

4.根据权利要求1所述的塑性混凝土，其特征在于：所述石粉为45μm方孔筛筛余不大于15％的细粉。

5.根据权利要求1所述的塑性混凝土，其特征在于：所述橡胶粉为通过80μm方孔筛析并经过了10％溶度NaOH溶液浸泡24h的橡胶粉碎。

6.根据权利要求1所述的塑性混凝土，其特征在于：所述杜拉纤维为抗拉强度≥270MPa，弹性模量≤3.8GPa的聚丙烯短纤维。

7.一种权利要求1～6任意一项所述塑性混凝土的制备方法，其特征在于：

按比例称取水泥、石粉、橡胶粉、改性土，混合均匀，制成混凝土粉料；

按比例称取水、细骨料、粗骨料、杜拉纤维、减水剂、引气剂，将粗骨料、细骨料倒入搅拌锅中搅拌，再将混凝土粉料、减水剂、杜拉纤维倒入搅拌锅中搅拌，再将水和引气剂在搅拌过程中加入继续搅拌，制成塑性混凝土。

8.一种尾矿坝防渗墙，其特征在于：采用权利要求1～6任意一项所述塑性混凝土施工而成。