專利名稱：粉煤灰摻高強高耐水土體固結劑填筑灰壩(堤)應用技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種土體固結劑用以固結粉煤灰壩(堤)的應用技術及方法。
粉煤灰是燃煤電廠煤粉燃燒后排出的殘渣。目前國內絕大部分火力發電廠的粉煤灰是通過水力管道輸送至貯灰場貯存。貯灰場的主體構筑物攔灰大壩多采用就地取材的粘土料，混合料或石料填筑。由于火力發電廠的灰渣量占燃煤量的30％左右，在新建貯灰場存在征土地困難，建設資金投入過大的諸多困難情況下，為了不影響火電廠的正常運行，對原有的貯場灰壩加高擴容及擴大粉煤灰的綜合利用途徑是面臨的一個實際而緊迫的問題。
電廠的粉煤采用水力除灰的方法排入灰場后，灰水經沉清分離排出場外，粉煤灰則沉積于場里，因此粉煤近似于水相沉積的粉細砂顆粒，無凝聚力和粘結力，透水性較大。因此直接用粉煤灰筑壩，在灰壩壩體的穩定性和抗滲性上均難以滿足筑壩要求必須對粉煤灰摻料改性，才能達到其筑壩的使用要求。
目前，已有中國專利88105732《用粉煤灰筑邊埂的自流式擋灰壩的方法》它以新鮮熟石灰為土體固化劑。在作為摻和料的熟石灰時，需用生石灰現場澆水化解，而且要用生石灰隨即化解隨即摻和，因此，施工過程中會產生揚灰或蒸汽。另外，施工時，壩體必須要有較大的邊坡比，因此，壩體斷面面積較大，而其干縮率比水泥大，相對抗裂性較差。
目前市上有一種以工業廢渣為原料的高強高耐水土體固結劑，其代號為HEC，該固結劑于1997年6月15日通過電力部科學技術委員會組織鑒定。以HEC固結砂，石屑粉等材料，用于修筑三峽工程壩區至茅坪的道路，獲得成功。這種固結劑是一種環保型產品。它與其它固結劑加固土壤的方法相比，固結強度高，耐水性極好，耐久性能高成本低等特點。目前，尚未有文獻記載將其摻和粉煤灰填筑灰壩(堤)，也未見將其摻和粉煤灰中填筑灰壩(堤)。
本發明的目的在于對粉煤灰摻高強高耐水土體固結劑(HEC)改性之研究，并提出粉煤灰摻HEC固結劑形成的混合料填筑灰壩(堤)之施工工藝。
由于高強高耐水土體固結劑HEC是近年才研制出的土體固結劑，將它摻和到粉煤灰中的有效用量，以及摻和后混合料的最佳含水量的確定，均未有文獻記載。因此，發明人選擇HEC摻和重量分別為4％、5％、6.7％、10％、12.5％做了如下試驗1、粉煤灰與HEC固結劑(混合料)擊實特性與最優含水量的選擇(1)由于粉煤灰內孔隙的特殊性，最優含水量不能從粉煤灰擊實最大干容重試驗結果獲得，故采用直接進行混合料固結體無側限抗壓強度試驗的方法來尋找每組混合料的最優含水率。對于不同固結劑摻量和不同含水率的混合料進行擊實，制成7.07×7.07×7.07cm3試件，在標準潮濕(20℃，相對濕度＞90％)下養護7天，進行無側限抗壓強度試驗，擊實混合料含水率與7天無側限抗壓強度關系如表1、2。表1青山灰在固結劑不同摻量時最優含水量及其干容重，孔隙率和7天無側限抗壓強度
表2黃石灰在固結劑不同摻量擊實時最優含水率及其干容重和7天抗壓強度
(2)為了與前述擊實法進行比較，在對黃石灰不同摻量的混合料進行試驗中，采用了振動法，同時增加了一組摻粗砂的混合料樣組，制成7.07×7.07×7.07cm立方體試樣，在振動臺上進行振動密實，試樣成型后放入標準養護室內養護7d，進行無側限抗壓強度試驗，其結果見表3。
表3黃石灰在固結劑不同摻量比振動成型時最優含水率及其干容重和7天抗壓強度
s>*稠度試驗采用砂漿稠度試驗儀法，稠度值即為標準圓錐體沉入混合料深度。
從上述振動密實成型的結果可以看出，其最優含水率(混合料)都大于40％，但其和易性較差，在振動時密實程度也不夠好，從試件上可以看出細小孔洞，其抗壓強度要比擊實法強度小。
由上可知粉煤灰與HEC的混合料的最佳水量為34％～38％。
3、粉煤灰摻HEC固結劑改性后的力學性能試驗(1)粉煤灰固結體強度試驗粉煤灰與HEC固結劑按規定比例混合，并使其達到最優含水量后，按《土工試驗規程》分別成型無側限抗壓，直剪儀抗剪，三軸剪切試驗等試件，在標準潮濕(20℃相對濕度＞90％)條件下養護7d、14d、28d(按《水工砼試驗規程》)再進行各項力學性能測試，其試驗成果見表4、表5表4固結青山粉煤灰力學性能試驗成果
注1、表中試驗數據均為飽水條件下的試驗結果。
2、純粉煤灰抗剪強度試件的含水量為39.5％。表5固結黃石粉煤灰力學性能試驗結果<
從上述表中所列粉煤灰摻HEC固結劑(混合料)的力學性能試驗可以看出1、抗剪強度隨固結劑摻量的增加而遞增的規律，抗剪強度的提高反映在粘聚力C值的增大。2、無側限抗壓強度的變化規律與抗剪強度的變化規律基本相同。
(2)壓實不良時粉煤灰固結體強度的試驗通過試驗結果可知，如施工中混合料含水量不正確或壓實工藝不合理而造成混合料壓實密度達不到表1和表2中干容重的數值時，粉煤灰固結體強度將顯著降低。從圖4混合料干容重與28d無側限抗壓強度關系中可以看出，用HEC固結粉煤灰時，應嚴格按照施工規定的要求施工，在保證固結劑的用量及混合料的含水量控制最優含水量的前提下，控制好壓實干容量是提高混合料固結體強度的又一重要環節。
通過上述的各項試驗表明，固結粉煤灰用擊實方法比用振動方法其各項性能均優越。因此進一步說明，在工程施工的壓實工藝流程中要注意混合料的含水量和壓實容重的控制，保證混合料的壓實密度，否則壓實過程中就會出現空隙，固結粉煤灰的強度就會明顯下降。從振動成型的試驗數據可看出，其各項指標明顯低于擊實的方法，因此實際工程應用中采用壓實的施工方法有利于保證工程質量。
4、粉煤灰摻HEC固結劑改性后固結體的抗滲性試驗粉煤灰摻HEC固結劑按規定比例混合，采用前述混合料的最優含水率，按《土工試驗規程》嚴格控制試樣的容重，進行擊實的振動試驗成型試樣，并標準養護28d后，進行滲透系數測定試驗，試驗結果見表6、表7。
表6青山粉煤灰固結體抗滲性試驗結果
注純粉煤試樣以含水量39.5％按《土工試驗規程》擊實成型后即時進行試驗。表7黃石粉煤灰固結體抗滲性試驗結果
由上述試驗結果可見，粉煤灰摻入HEC固結劑改性，隨著摻量的增加，其滲透系數有所降低，相對純粉煤灰而言，滲透系數的降低是較明顯的。對粉煤灰摻HEC固結劑改性后的滲流穩定性未進行試驗，但從其強度的變化規律可以斷定，粉煤灰隨著摻HEC固結劑比例的增加和養護時間的增長，其滲流穩定性將會大大提高。
5、粉煤灰摻HEC固結劑改性后固結體的干縮變形試驗。
用HEC固結劑固結粉煤灰的固結體，具有一些干縮性。為了解干縮性大小，進行了與325#水泥在相同條件下的干縮性對比試驗。
試驗的方法是，固結材料分別為HEC固結劑和325#礦渣水泥兩種。粉煤灰與兩種固結材料的重量比均為4∶1，混合料的漿稠度為150～160mm流動度。干縮試件尺寸為4×4×16cm3，試件成型時兩端埋入銀質埋釘。試樣在膠砂攪拌內拌合，標準振動臺上振動成型，在霧室內養護48小時后脫模，并測量基準長度，然后將試件放入標準干燥室(20℃，相對濕度60％)進行干燥，并按規定齡期測定試件長度變化。
HEC固結劑與325#礦渣水泥作固結材料的固結粉煤灰試件的干縮率試驗結果見表8、表9。
表8青山粉煤灰固結體干縮率試驗結果(×10-4
表9黃石粉煤灰固結體干縮率試驗結果(×10-4
由試驗結果可見，用HEC固結劑固結粉煤灰比用325#礦渣水泥固結粉煤灰，其固結體干縮率明顯地低。
應當指出，硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥作固結材料時，其干縮率是比較小的(比用石灰、粘土或火山灰水泥固結材料)，現用HEC作固結材料，其干縮率更低，這對于固結體的抗裂性更為有利。
6、試驗研究綜述(1)綜合上述各項性能的試驗結果，可以看出采用HEC固結劑固結青山電廠岱家湖和黃石電廠白沙灘貯灰場的濕灰，用來作填筑灰壩(堤)建筑材料，是完全可行的。當固結劑摻量為4.0％及以上時，其各項技術指標(尤其是無側限抗壓強度與C、值及抗滲性)都是比較好的，從表10所列試驗數據可見，它明顯地優于用水泥或石灰等膠凝材料的固結效果，因此，用HEC固結劑時，一方面HEC摻量可以比水泥等材料顯著減少，另一方面壩(堤)體斷面尺寸也可以大為減少，從而達到安全且經濟的目的。
(2)室內試驗得到的不同摻量HEC固結劑的粉煤灰固結體，其強度，抗摻性等各項試驗指標，可作為灰壩壩體結構設計的依據。
(3)考慮到現場施工時HEC固結劑(粉狀物)與粉煤灰摻混的均勻性情況，當HEC摻量過少時，將會造成某些局部部位HEC實際含量過少。為給工程以必要的安全儲備，HEC摻量宜取4.0％以上，而相應的設計指標可取低一級的試驗值。考慮到經濟成本因素HEC摻量在4％～25％之間為宜。
(4)試驗結果表明，在施工質量管理時，不能只控制混合料壓實干容重一項指標(如土壩壓實那樣)而應當同時控制固結劑摻量、含水量及壓實干容重。要求施工質量控制時，固結劑摻有量應準確到±0.5％，含水量±1％，壓實干重應達到表1、表2中試驗干容重的98％以上。
(5)試驗結果表明采用HEC固結劑固結粉煤灰時，施工中應十分注意粉煤灰與HEC摻拌的均勻性，混合料含水量的控制，混合料的壓實密實性，以及壓實后固結體及時灑水養護等環節。由于HEC固結摻量一般較其它固結劑少，因此，摻混均勻性等工藝控制更顯重要。
試驗結果表明，粉煤灰中加HEC及適當水分攪拌均勻并壓實后，即開始發生固結作用。由于HEC是高耐水的，因此，固結體在水中養護或潮濕養護的強度等于或高于失水或養護不良的強度。
故壓實后的固結體應盡快用塑料布或其它材料覆蓋并灑水養護。
本發明由于采用HEC固結劑，它與粉煤灰摻合后的性能優越，HEC的成本低廉，粉煤灰又可就地取材。因此用此方法填筑灰壩(堤)之工程造價較其它材料更低。更重要的是用HEC與粉煤灰填筑壩(堤)的邊坡比可減小到1∶1直至0(鉛直)，這是中國專利88105732無法做到的，其填筑灰壩(堤)的堤體斷面面積可節省30-50％這樣最大限度地減少灰壩(堤)的占地，節省壩基基礎工程量的處理，大幅度降低工程造價，同時最大限度地擴大灰場的貯灰庫容。
圖1粉煤灰摻HEC改性填筑灰堤斷面2分塊分段填筑平面布置3A-A剖面圖(分塊分段填筑剖面圖)圖4混合料干容重與28天側限抗壓強度關系座標圖實施例本發明之技術方案可適用于新火力電廠的灰場之灰壩(堤)的填筑，也適用火力電廠舊灰場灰壩(堤)的改造。本實施例提出一種對電廠舊灰場灰壩(堤)改造之施工工藝配料、拌合、鋪料、整平、碾壓、質檢和養護。
施工工藝的控制要求1、配料的控制粉煤灰團粒不超過2.5mm，高強高耐水土體固化劑HEC占粉煤灰摻和重量比為10％～12.5％，混合料的含水重量為34％～38％。
表10粉煤灰摻固化材料改性后的主要工程特性指標比較表
p><p>2、拌合控制采用機械拌合機進行拌合，拌合采用干拌，拌合時間控制在2分鐘以上。
3、鋪料在處理好的基礎面上，按每20～30m長分一條伸縮縫，設立模板并安裝好止水帶，使內外邊坡比為0，即鉛直面，將拌合好的混合料及時地攤鋪在筑填面上整平，厚度控制在25～50cm一層，分縫分塊填筑如圖2、34、碾壓控制采用振動碾，進退式碾壓，使壓實干容重在1.10g/cm3。
5、質檢與養護每一填筑段應現場取樣進行質量檢查，對含水量和干容重進行質量指標檢測，并在回填中現場取樣制作試件，按照水工建筑物回填的施工要求，將試件養護28天后進行抗壓(f)抗剪(C、φ°)和抗滲(K)試驗。
養護采用上蓋塑料布或其它材料并灑水。達到7天強度后拆模。
每一填筑層的前6道工序在一個作業臺班完成，以保證填筑層的結合。
圖1中1-原有土堤2-摻HEC固結劑改性粉煤灰填筑灰堤3-堆灰面4-干砌石護坡8-洪水位圖2中5-分縫止水帶6-后填塊段7-先填塊段L-分段填筑長度H-層間填筑厚度B-堤頂寬度
權利要求
1.粉煤灰摻高強高耐水土體固結劑填筑灰壩(堤)的應用技術，它是以粉煤灰為材料，摻以主要原料為工業廢渣制成的高強高耐水土體固結劑改性，通過工程施工填筑灰壩(堤)，固結劑的摻入量占粉煤灰(重量)為5％～25％，混合料的含水量為34％～38％。
2.如權利要求所述粉煤灰摻高強高耐水土體固結填筑灰壩(堤)的應用技術，其特征在于施工中采用碾壓壓實壩(堤)體，壓實干容重在1.00g/cm3以上。
3.如權利要求1所述粉煤灰摻高強高耐水土體固結劑填筑灰壩(堤)的應用技術，其特征在于填筑灰壩(堤)的施工工藝為配料、拌合、鋪料、整平、碾壓、質檢、養護；其中(1)、拌合采用強制性拌合機進行機械拌合；干拌合；(2)、鋪料在處理好的基礎面上，按每20～30m長分一條伸縮縫，將拌合好的混合料及時地攤鋪在筑填面上整平，厚度控制在20～50cm一層；(3)、碾壓采用振動碾進退式碾壓。(4)、養護壓實質檢后，用塑料布或其它材料覆蓋并灑水。
4.如權利要求1、3所述粉煤摻高強高耐水土體固結劑填筑灰壩(堤)的應用技術，其特征在于配料的重量比為粉煤灰所摻固結劑占粉煤灰重量的10～12.5％；壓實干容重在1.10g/cm3以上；粉煤灰團粒不大于2.5mm。
5.如權利要求3所述粉煤灰摻高強高耐水土體固結劑填筑灰壩(堤)的應用技術，其特征在于鋪料分縫時，設立模板并安裝好止水帶。
6.如權利要求3、5所述粉煤摻高強高耐水土體固結劑填筑灰壩(堤)的應用技術其特征在于每一填筑層的前6道工序在一個作業臺班內完成。
7.如權利要求3、5所述粉煤摻高強高耐水土體固結劑填筑灰壩(堤)的應用技術，其特征在于內、外坡比小于1∶1直至0(鉛直面)；當壩體為鉛直面時，必須設立模板每次填筑高度為3米。
全文摘要
本發明公開了一種粉煤灰摻高強高耐水土體固結劑填筑灰壩(堤)的應用技術。該應用技術是以主要原料為工業廢渣制成的高強高耐水土體固結劑(HEC)摻和粉煤灰改性填筑灰壩(堤)。固結劑(HEC)的摻入量(占粉煤灰重量)為4%～25%,混合料的含水量為34%～38%。該技術充分利用了固結劑(HEC)的優越性能,低廉的成本,結合火力發電廠粉煤灰就地取材。因此工程造價較其它材料更低,用此方法加高灰壩可延長灰場使用年限,擴大粉煤灰的利用途徑。減少占用農田耕地,保護生態環境。有極大的經濟效益和社會效益。
文檔編號C04B28/02GK1226532SQ98121699
公開日1999年8月25日 申請日期1998年12月11日 優先權日1998年12月11日
發明者涂光燦 申請人:湖北省電力勘測設計院