加浆振捣胶凝砂砾石的制备方法及其产品的制作方法[0002]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。[0003]该筑坝技术扩大了坝型选择范围，放宽了筑坝条件，丰富了以土石坝、混凝土坝、砌石坝等为主的筑坝技术体系。通过合理的选择和组合不同筑坝技术，在大坝施工过程中，可以充分利用筑坝材料，减少弃料，以减少环境污染。[0004]胶凝砂砾石筑坝技术中所采用的砂砾石料处理简单，不需要筛分和水洗；并且胶材用量少，通常为80kg/m3左右，低于采用碾压混凝土胶凝材料通常为150kg/m3左右的用量。然而，以胶凝砂砾石作为坝体的支撑结构时，其力学强度较低(通常180天设计强度不高于IOMPa)，并且其存在抗渗性和抗冻耐久性差等缺点。因此，采用胶凝砂砾石筑坝的施工工程中需要有专门的上、下游防渗和抗冻保护层。目前，胶凝砂砾石坝和碾压混凝土坝的保护层都主要由常态混凝土、混凝土面板以及变态碾压混凝土等构成；但采用上述材料作为保护层具有成本高、环保性能差、施工进度慢等缺点。[0005]为了解决上述材料作为大坝保护层出现的问题，发明人研究出一种加浆振捣胶凝砂砾石及其制备方法。
[0006]为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的主要目的在于:提供一种加浆振捣胶凝砂砾石的制备方法，其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、且成本低的特性。[0007]本发明提供的主要技术方案是:
[0008]一种加浆振捣胶凝砂砾石的制备方法，其包括以下步骤:
[0009]a、于施工现场采集天然砂砾石，剔除粒径150mm以上的颗粒，不进行筛分和处理，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；
[0010]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；
[0011]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，该加浆率是基于天然砂砾石自身的边界级配确定的，具体方式为:
[0012]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，并分别以第一边界级配、第二边界级配的砂砾石料分别制备试样，并通过检测试样的性能选择合适的加浆率。
[0013]其中，所述步骤c中，首先以料源地采集的天然砂砾石试样的最细级配、平均级配和最粗级配绘制天然砂砾石级配曲线的包络线，再以天然砂砾石级配曲线中包络线的最细级配作为第一边界级配，以天然砂砾石级配曲线中的平均级配作为第二边界级配，并分别以第一边界级配、第二边界级配的砂砾石料分别制备加浆振捣胶凝砂砾石试样，并通过检测加浆振捣胶凝砂砾石试样的性能选择合适的加浆率。
[0014]其中，当以用最细级配砂砾石料按步骤b配制的胶凝砂砾石作为母体材料时，通过步骤c制备的加浆振捣胶凝砂砾石应满足工程设计要求。
[0015]其中，当以用平均级配砂砾石料按步骤b配制的胶凝砂砾石作为母体材料时，通过步骤c制备的加浆振捣胶凝砂砾石作为工程设计参考对象。
[0016]其中，分别以第一边界级配、第二边界级配的砂砾石料制备的试样，当二者的性能同时符合要求时，其加浆率作为步骤b中的加浆率加浆制备加浆振捣胶凝砂砾石。
[0017]其中，步 骤c中加浆使用的浆液是由减水剂、引气剂、水、水泥及粉煤灰按照一定比例配制成的。
[0018]其中，由减水剂、引气剂、水、水泥及粉煤灰按照一定比例配制成的浆液的流动度为 20s 至 50s。
[0019]根据保护层防渗和抗冻要求，通过水灰比的选择，优选后，浆液的流动度为24s。
[0020]其中，本发明一种方法实施例中，浆液制备步骤中的减水剂、引气剂、水、水泥及粉煤灰的用量如下(每立方米浆液):
[0021]水泥、500至 800kg，
[0022]粉煤灰、300至 600kg，
[0023]减水剂、0.6%至1.0% (胶凝材料用量的重量比)，
[0024]引气剂、0.01%至0.1% (胶凝材料用量的重量比)，
[0025]水、余量，
[0026]其中，胶凝材料指水泥和粉煤灰。
[0027]浆液配合比优选为，减水剂、引气剂、水、水泥及粉煤灰的用量如下:
[0028]普硅42.5水泥、6631^/1113，
[0029]11 级粉煤灰、388kg/m3，
[0030]减水剂、0.9% (胶凝材料用量的重量比)，
[0031]引气剂、0.01% (胶凝材料用量的重量比)，
[0032]水、530kg/m3。
[0033]上述任一种方法中，步骤c中制备试样时采用的加浆率为5%至15%。
[0034]其中，水灰比(水与水泥的重量比)为0.7至0.9。
[0035]上述任一种方法中，步骤c中，第一边界级配的砂砾石料中砂率为28%，第二边界级配的砂砾石料中砂率为18%。
[0036]上述任一种方法中，步骤b中，配制母体材料的水、水泥、粉煤灰和砂砾石料配方为(每立方米):
[0037]水泥、40kg，
[0038]粉煤灰、40kg，
[0039]砂砾石料、2280至 2430kg，
[0040]水，余量。
[0041]本发明还提供一种加浆振捣胶凝砂砾石，其采用上述任一种方法制成。
[0042]本发明还提供一种加浆振捣胶凝砂砾石坝，其包括坝体，所述坝体的保护层采用了加浆振捣胶凝砂砾石，其中，所述加浆振捣胶凝砂砾石采用上述任一种方法制备而成。
[0043]其中，所述坝体的主体结构可以采用所述母体材料制成。
[0044]其中，所述坝体的主体结构可以采用分层摊铺碾压的方式施工。
[0045]其中，分层摊铺的方式施工中，所述坝体的主体结构与保护层结构可以采用所述母体材料同时摊铺，之后再于保护层区域按上述方法加浆，振捣，制成加浆振捣胶凝砂砾石构成的保护层。
[0046]其中，所述加浆可以采用底层加浆或造孔加浆的方式进行。
[0047]本发明的设计思路如下:
[0048]本发明的加浆振捣胶凝砂砾石具有紧密结合胶凝砂砾石坝的特点。在施工保护层的过程中充分利用现场砂砾石材料，如已有坝体的胶凝砂砾石；再通过较为简单的工艺措施便可施工成保护层材料，这样节约成本，并提高施工速度。
[0049]本发明加浆振捣胶凝砂砾石的制备方法与常规变态碾压混凝土的设计理念和方法不同，其主要表现在母体材料和加浆方式。
[0050]具体地，碾压混凝土的骨料需要清洗，级配分级筛分，水量使用固定。所以，其强度、级配和用水量为点对点的加入方式。
[0051 ] 具体地，加浆振捣胶凝砂砾石的制备方法中砂砾石骨料(或称为砂砾石料、骨料)不需要筛分，砂砾石料的级配波动大；故而，胶凝砂砾石的力学强度离散大。为了控制胶凝砂砾石力学强度的离散度，并且满足工程要求，具体的是通过以下方案加以实现。首先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；然后，将工程料源地的砂砾石划分为最粗级配、最细级配和平均级配砂砾石，最后选取其中最细级配和平均级配砂砾石作为胶凝砂砾石的母体材料所用砂砾石料。为使胶凝砂砾石的强度满足施工工作性的最低要求，具体做法为:将具有代表性的平均级配砂砾石料和性能最弱的最细级配砂砾石料的胶凝砂砾石强度要求满足施工工作性的最低要求，便可使得整个级配范围内的胶凝砂砾石都满足施工的强度要求。
[0052]同时，加浆振捣胶凝砂砾石和变态碾压混凝土的制备方法也不尽相同，两者的具体区别如下:1、变态碾压混凝土的母材对象比较单一；而加浆振捣胶凝砂砾石的母体材料是变化的。2、两者的加浆材料比例也不同。其中，变态碾压混凝土的母材对象固定，通过试验确定满足施工工作性和性能要求，便可以明确浆体材料和加浆量。然而，加浆振捣胶凝砂砾石的母体材料不同；在满足施工工作性和性能要求下，对于不同级配砂砾石料配制加浆振捣胶凝砂砾石中浆液的加入量是不同的。在实际施工中，胶凝砂砾石的骨料级配难以做到实时掌控，因此也无法固定对应的加浆比以配制成加浆振捣胶凝砂砾石。因此，加浆振捣胶凝砂砾石和母体材料(胶凝砂砾石)的配合比的设计方法是相同，都是基于工程现场砂砾石料级配范围内的边界级配，即最细、平均级配砂砾石料与加入胶凝材料的比例关系而确定。
[0053]由于，胶凝砂砾石强度是由面控制或边界控制，其中用水量和强度随着砂砾石级配的不同而变化。因此，建立不同级配的胶凝砂砾石作为母体材料的加浆振捣胶凝砂砾石的配合比需要根据其性能而设计。
[0054]本发明的加浆振捣胶凝砂砾石及其制备方法的优点如下:
[0055]1、加浆振捣胶凝砂砾石的母体材料为胶凝砂砾石，来源于工程现场，成本低；仅剔除150_粒径以上颗粒，砂砾石不需要再进行筛分。而碾压混凝土骨料需经过严格的破碎、分级筛分、水洗、配制。
[0056]2、加浆振捣胶凝砂砾石适用于中小型胶凝砂砾石坝的防渗保护层(也称为保护层)，按照本发明方案制备的加浆振捣胶凝砂砾石的抗渗性能大于W8，抗冻性能大于F200，满足通常筑坝中保护层的工作性能要求。
[0057]3、在作为筑坝的保护层时，加浆振捣胶凝砂砾石相比变态碾压混凝土，其施工效率可提高30%~40%，造价可降低30%~50%。
[0058]4、本发明的坝体保护层与坝体的主体结构结合度更高，坝体的整体性能更高。


[0059]图1为本发明一实施例中的天然砂砾石料的级配曲线的示意图；
[0060]图2为本发明一实施例中的坝体结构局部剖视图。

[0061]为便于理解，我们以取自料源地的天然砂砾石为材料，制备一种设计要求为抗渗等级为W8，抗冻等级为F200的大坝工程保护层时，举一种本发明的实施例，具体说明本发明的技术方案。
[0062]其中，本实施例中的天然砂砾石，最粗级配、最细级配和平均级配的砂砾石料的砂率分别为10.3%、28%和18%。
[0063]去除粒径150mm以上的颗粒，以采集的天然砂砾石试样(本实施例中共采集22处)的最细级配、平均级配和最粗级配绘制天然砂砾石级配曲线的包络线(参见图1)，形成料源地的天然砂砾石的最细级配1、平均级配2和最粗级配3，以最细级配和平均级配的砂砾石料作为母体材料，其配成母体材料的具体的配合比和强度如表1所示。试验方法采用《水工混凝土试验规程》SL352-2006。
[0064]表1坝体胶凝砂砾石(作为加浆振捣胶凝砂砾石的母体材料)配合比和强度
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