一種低強度回填材料配合比的控制方法
2023-10-23 23:08:12 1
專利名稱：一種低強度回填材料配合比的控制方法
技術領域：
本發明涉及市政工程和公路工程混凝土工程領域，特別是涉及一種低強度回填材料配合比的控制方法，用於三背(橋臺背、涵臺背、擋牆背)等與結構物界面存在死角、難以碾壓夯實的特殊部位。
背景技術：
市政工程中的管溝開挖回填或者公路工程中的三背(橋臺背、涵臺背、擋牆背)回填,往往由於施工操作空間狹小,傳統回填材料(土質填料、級配砂石填料等)與結構物界面存在死角，導致碾壓夯實質量難以保證，常常誘發工程病害發生。控制性低強度回填材料(ControlledLow-Strength Materials, CLSM)是一種新穎的水泥質材料，其在新拌階段具有良好的流動性、自充填、自密實性，硬固強度可控以便於再開挖，能有效地取代傳統的回填夯實材料，可以廣泛應用於道路回填工程中。控制性低強度回填材料的組成為水、水泥、粉煤灰及粗細骨料等。相對混凝土而言，CLSM是一種新型材料與技術，大家對它的認識與研究還處在發展階段，遠不如對混凝土認識的深刻與全面。目前為止，僅僅只有某些機構或者組織提供出一些推薦配合比，還沒有一套可供實際工程設計選用的簡便易行的CLSM混合料配合比設計方法。另外，粉煤灰是我國當前排放量最大的工業廢渣之一，大量的粉煤灰若不加處理，會產生揚塵汙染大氣，而其中的有毒化學成分(砷、鉛、錳、鉻等)還會對人體和生物造成危害。粉煤灰在可控性低強度材料中的運用，不僅起到了改善流動性、防止骨料離析、減少泌水、幹縮等作用，還提高了粉煤灰自身的經濟附加值，起到了節能減排和低碳化的作用，符合我國可持續發展戰略。
發明內容
鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於克服以上現有技術的不足，提供一種簡便易行的適合於低強度回填材料的配合比控制方法，以提供具有較好的經濟性及較好的工程表現的材料，用於三背(橋臺背、涵臺背、擋牆背)等與結構物界面存在死角、難以碾壓夯實的特殊部位。為實現上述目的及其他相關目的，本發明第一方面提供一種低強度回填材料的配合比控制方法，包括如下步驟1、粉煤灰和砂石混合流動曲線的繪製流動曲線的橫坐標是粉煤灰取代砂石的比例K1，縱坐標是水固比K2，根據確定的坍落擴展度，繪製流動曲線；流動曲線的意義是，曲線上任意一點所對應的CLSM配合比具有相同的流動性，流動性用坍落擴展度來表徵，所述坍落擴展度的測量方法是採用高度200mm,內徑100_的金屬坍落度圓筒進行測試；其中水固比K2為水的質量(水泥質量+粉煤灰質量+沙石質量),粉煤灰取代砂石的比例Kl為沙石質量(沙石質量+粉煤灰質量)；
2、確定最佳用水量根據步驟I所得的流動曲線，得出最佳用水量點，並確定沙石和粉煤灰的摻量；由於步驟I所得流動曲線中，隨著Kl的上升，K2先下降，再上升，形成勺型，其最佳用水量點即最小用水量點，即勺型的底部； 3、確定水泥摻量根據實際工程需要的低強度回填材料的抗壓強度，確定水泥和水的摻量； 優選的，所述步驟1中,水泥質量佔水泥、粉煤灰和沙石總質量的0. 1-10%。 優選的，所述步驟1中，水泥質量佔水泥、粉煤灰和沙石總質量的5%。發明人發現，當水泥摻量佔水泥、粉煤灰和沙石總質量的較低時，水泥的摻量對於最小用水量的影響不大，所以在具體步驟中，可將水泥的摻量定於5%以便於流動曲線的繪製。優選地，所述步驟1中，繪製流動曲線所採用的坍落擴展度為28cm。具體的，所述步驟1中，流動性曲線的繪製方法為對應每一個Kl值，製備好足量的原材料(總質量一般取2500 土 300g)，將乾料在拌合鍋內攪拌均勻，然後逐步添加室溫自來水並攪拌，直至原材料表面完全潤溼後開始量測材料的坍落擴展度。如果坍落擴展度小於28cm，逐漸增加用水量(一般每次增加量為10-20mL)，直至坍落擴展度等於28cm。此時的水固比即為流動性曲線上該Kl所對應的K2值。對於原材料種類確定的控制性低強度回填材料來說，其流動曲線是唯一的。所述流動曲線上，隨著Kl的上升，K2先下降，再上升，當Kl小於最佳用水量點時，混合料會出現骨料離析(水固比高)、無流動(水固比低)的現象。當Kl逐漸高相應的相同流動性所需用水量逐漸降低，直到最佳用水量點，達到了最低用水量，粉煤灰摻量超過最佳用水量點所對應摻量以後，達到相同流動性所需用水量逐漸升高，直至粉煤灰摻量100%，達到最大用水量。曲線的拐點即最佳用水量點。當Kl小於最佳用水量點時，隨著Kl的升高，K2反而降低，其原因是因為粉煤灰的形態效應，對材料流動性改善有積極的作用；當Kl大於最佳用水量點時，隨著Kl的升高，K2升高，是因為粉煤灰摻量較高時，顆粒在靜電吸附作用下形成絮凝結構，使得CLSM的粘滯性增加，流動性降低。流動性曲線描繪的就是採用同種原材料的CLSM在不同配合比下需水量的變化情況，對於採用砂石及粉煤灰的CLSM來說，均應存在拐點，即最佳用水量點，理想流動曲線如
圖1所示。具體的，所述步驟3中，根據實際工程需要的低強度回填材料的抗壓強度，確定水泥和水的摻量的具體方法為根據工程情況，選擇低強度回填材料目標28天抗壓強度對於一般可開挖回填，常選擇f 目標=0. 7Mpa。對於不可開挖的回填工程選擇f 目標=1.1MPa0按照步驟I得到的最少需水量點對應的Kl、K2，確定粉煤灰的質量和砂石的質量比例，以及水的質量與水泥、粉煤灰和砂石質量之和的比例，再選取若干水泥摻量，例如2%、4%、6%、8%、10% (也可1%，3%，5%，7%，9%，只需在0-10%之間即可，無差別)，根據所選取的水泥摻量確定最終的水、砂石、水泥和粉煤灰的質量比，並將所得材料製備成組件(直徑100mm，高200mm)、養護28天後測量抗壓強度，根據各組件所測量的抗壓強度，計算f 所對應的水泥摻量，其計算方法為根據工程所需目標材料的28天抗壓強度f 選取兩個抗壓強度最接近的組件，所述兩個抗壓強度最接近的組件的水泥摻量分別為Cp ，對應抗壓強度分別為f￡,使用線性插值法，計算出28天強度f 所對應的水泥摻量為
權利要求
1.一種低強度回填材料的配合比控制方法，包括如下步驟 1)粉煤灰和砂石混合流動曲線的繪製流動曲線的橫坐標是粉煤灰取代砂石的比例K1，縱坐標是水固比K2，根據確定的坍落擴展度，繪製流動曲線；其中水固比K2=水的質量水泥、粉煤灰和沙石質量之和，粉煤灰取代砂石的比例Kl=沙石質量沙石和粉煤灰質量之和； 2)確定最佳用水量根據步驟I所得的流動曲線，得出最佳用水量點，並確定沙石和粉煤灰的摻量； 3)確定水泥摻量根據實際工程需要的低強度回填材料的抗壓強度，確定水泥和水的摻量。
2.如權利要求1所述的一種低強度回填材料的配合比控制方法，其特徵在於，所述步驟I中,水泥質量佔水泥、粉煤灰和沙石總質量的O. 1-10%。
3.如權利要求1所述的一種低強度回填材料的配合比控制方法，其特徵在於，所述步驟I中，繪製流動曲線所採用的坍落擴展度為28cm。
4.如權利要求1所述的一種低強度回填材料的配合比控制方法，其特徵在於，所述步驟3中，根據實際工程需要的低強度回填材料的抗壓強度，確定水泥和水的摻量的具體方法為根據工程情況，選擇低強度回填材料目標28天抗壓強度f 按照步驟I得到的最少需水量點對應的K1、K2，確定粉煤灰的質量和砂石的質量比例，以及水的質量與水泥、粉煤灰和砂石質量之和的比例,再選取若干水泥的摻量,根據所選取的水泥摻量確定最終的水、砂石、水泥和粉煤灰的質量比，並將所得材料製備成組件、養護後測量抗壓強度，根據各組件所測量的抗壓強度，計算f 所對應的水泥摻量，其計算方法為 根據工程所需目標材料的28天抗壓強度f 選取兩個抗壓強度最接近的組件，所述兩個抗壓強度最接近的組件的水泥摻量分別為Cp ，對應抗壓強度分別為fp ，使用線性插值法，計算出28天強度f 所對應的水泥摻量為
5.如權利要求1-4任一權利要求所述的一種低強度回填材料的配合比控制方法在控制性低強度回填材料領域的應用。
6.一種低強度回填材料，由水泥、粉煤灰和天然砂石和水組成，各組分的重量份如下 水泥 100份； 粉煤灰 300-900份； 天然砂石1300-2100份； 水根據流動性確定。
7.如權利要求6所述的一種低強度回填材料，其特徵在於，所述水泥選自普通矽酸鹽水泥 P. O. 32. 5、P. O. 42. 5，或複合矽酸鹽水泥 P. C. 32. 5、P. C. 42. 5。
8.如權利要求6所述的一種低強度回填材料，其特徵在於，所述粉煤灰中游離氧化鈣含量≤3. 0%，燒失量≤15. 0%。
9.如權利要求6所述的一種低強度回填材料，其特徵在於，所述天然砂石選自細砂、中砂和粗砂中的一種。
全文摘要
本發明涉及程混凝土工程領域，特別是涉及一種低強度回填材料配合比的控制方法。本發明提供的控制方法，包括如下步驟1)粉煤灰和砂石混合流動曲線的繪製流動曲線的橫坐標是粉煤灰取代砂石的比例K1，縱坐標是水固比K2，根據確定的坍落擴展度，繪製流動曲線；其中水固比K2=水的質量水泥、粉煤灰和沙石質量之和，粉煤灰取代砂石的比例K1=沙石質量沙石和粉煤灰質量之和；2)確定最佳用水量得出最佳用水量點，並確定沙石和粉煤灰的摻量；3)確定水泥摻量根據實際需要的抗壓強度確定水泥和水的摻量。通過本發明所提供的控制方法配製出的CLSM是一種密實，少空隙的材料，施工時便易，混合料均勻，不發生過離析。
文檔編號C04B28/04GK103030347SQ20121054561
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者凌建明, 楊戈, 錢勁松, 張宏, 袁秋 申請人:同濟大學