专利名称：一种低强度回填材料配合比的控制方法
技术领域：
本发明涉及市政工程和公路工程混凝土工程领域，特别是涉及一种低强度回填材料配合比的控制方法，用于三背(桥台背、涵台背、挡墙背)等与结构物界面存在死角、难以碾压夯实的特殊部位。
背景技术：
市政工程中的管沟开挖回填或者公路工程中的三背(桥台背、涵台背、挡墙背)回填,往往由于施工操作空间狭小,传统回填材料(土质填料、级配砂石填料等)与结构物界面存在死角，导致碾压夯实质量难以保证，常常诱发工程病害发生。控制性低强度回填材料(ControlledLow-Strength Materials, CLSM)是一种新颖的水泥质材料，其在新拌阶段具有良好的流动性、自充填、自密实性，硬固强度可控以便于再开挖，能有效地取代传统的回填夯实材料，可以广泛应用于道路回填工程中。控制性低强度回填材料的组成为水、水泥、粉煤灰及粗细骨料等。相对混凝土而言，CLSM是一种新型材料与技术，大家对它的认识与研究还处在发展阶段，远不如对混凝土认识的深刻与全面。目前为止，仅仅只有某些机构或者组织提供出一些推荐配合比，还没有一套可供实际工程设计选用的简便易行的CLSM混合料配合比设计方法。另外，粉煤灰是我国当前排放量最大的工业废渣之一，大量的粉煤灰若不加处理，会产生扬尘污染大气，而其中的有毒化学成分(砷、铅、锰、铬等)还会对人体和生物造成危害。粉煤灰在可控性低强度材料中的运用，不仅起到了改善流动性、防止骨料离析、减少泌水、干缩等作用，还提高了粉煤灰自身的经济附加值，起到了节能减排和低碳化的作用，符合我国可持续发展战略。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于克服以上现有技术的不足，提供一种简便易行的适合于低强度回填材料的配合比控制方法，以提供具有较好的经济性及较好的工程表现的材料，用于三背(桥台背、涵台背、挡墙背)等与结构物界面存在死角、难以碾压夯实的特殊部位。为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种低强度回填材料的配合比控制方法，包括如下步骤1、粉煤灰和砂石混合流动曲线的绘制流动曲线的横坐标是粉煤灰取代砂石的比例K1，纵坐标是水固比K2，根据确定的坍落扩展度，绘制流动曲线；流动曲线的意义是，曲线上任意一点所对应的CLSM配合比具有相同的流动性，流动性用坍落扩展度来表征，所述坍落扩展度的测量方法是采用高度200mm,内径100_的金属坍落度圆筒进行测试；其中水固比K2为水的质量(水泥质量+粉煤灰质量+沙石质量),粉煤灰取代砂石的比例Kl为沙石质量(沙石质量+粉煤灰质量)；
2、确定最佳用水量根据步骤I所得的流动曲线，得出最佳用水量点，并确定沙石和粉煤灰的掺量；由于步骤I所得流动曲线中，随着Kl的上升，K2先下降，再上升，形成勺型，其最佳用水量点即最小用水量点，即勺型的底部； 3、确定水泥掺量根据实际工程需要的低强度回填材料的抗压强度，确定水泥和水的掺量； 优选的，所述步骤1中,水泥质量占水泥、粉煤灰和沙石总质量的0. 1-10%。 优选的，所述步骤1中，水泥质量占水泥、粉煤灰和沙石总质量的5%。发明人发现，当水泥掺量占水泥、粉煤灰和沙石总质量的较低时，水泥的掺量对于最小用水量的影响不大，所以在具体步骤中，可将水泥的掺量定于5%以便于流动曲线的绘制。优选地，所述步骤1中，绘制流动曲线所采用的坍落扩展度为28cm。具体的，所述步骤1中，流动性曲线的绘制方法为对应每一个Kl值，制备好足量的原材料(总质量一般取2500 土 300g)，将干料在拌合锅内搅拌均匀，然后逐步添加室温自来水并搅拌，直至原材料表面完全润湿后开始量测材料的坍落扩展度。如果坍落扩展度小于28cm，逐渐增加用水量(一般每次增加量为10-20mL)，直至坍落扩展度等于28cm。此时的水固比即为流动性曲线上该Kl所对应的K2值。对于原材料种类确定的控制性低强度回填材料来说，其流动曲线是唯一的。所述流动曲线上，随着Kl的上升，K2先下降，再上升，当Kl小于最佳用水量点时，混合料会出现骨料离析(水固比高)、无流动(水固比低)的现象。当Kl逐渐高相应的相同流动性所需用水量逐渐降低，直到最佳用水量点，达到了最低用水量，粉煤灰掺量超过最佳用水量点所对应掺量以后，达到相同流动性所需用水量逐渐升高，直至粉煤灰掺量100%，达到最大用水量。曲线的拐点即最佳用水量点。当Kl小于最佳用水量点时，随着Kl的升高，K2反而降低，其原因是因为粉煤灰的形态效应，对材料流动性改善有积极的作用；当Kl大于最佳用水量点时，随着Kl的升高，K2升高，是因为粉煤灰掺量较高时，颗粒在静电吸附作用下形成絮凝结构，使得CLSM的粘滞性增加，流动性降低。流动性曲线描绘的就是采用同种原材料的CLSM在不同配合比下需水量的变化情况，对于采用砂石及粉煤灰的CLSM来说，均应存在拐点，即最佳用水量点，理想流动曲线如
图1所示。具体的，所述步骤3中，根据实际工程需要的低强度回填材料的抗压强度，确定水泥和水的掺量的具体方法为根据工程情况，选择低强度回填材料目标28天抗压强度对于一般可开挖回填，常选择f 目标=0. 7Mpa。对于不可开挖的回填工程选择f 目标=1.1MPa0按照步骤I得到的最少需水量点对应的Kl、K2，确定粉煤灰的质量和砂石的质量比例，以及水的质量与水泥、粉煤灰和砂石质量之和的比例，再选取若干水泥掺量，例如2%、4%、6%、8%、10% (也可1%，3%，5%，7%，9%，只需在0-10%之间即可，无差别)，根据所选取的水泥掺量确定最终的水、砂石、水泥和粉煤灰的质量比，并将所得材料制备成组件(直径100mm，高200mm)、养护28天后测量抗压强度，根据各组件所测量的抗压强度，计算f 所对应的水泥掺量，其计算方法为根据工程所需目标材料的28天抗压强度f 选取两个抗压强度最接近的组件，所述两个抗压强度最接近的组件的水泥掺量分别为Cp ，对应抗压强度分别为f￡,使用线性插值法，计算出28天强度f 所对应的水泥掺量为
权利要求
1.一种低强度回填材料的配合比控制方法，包括如下步骤 1)粉煤灰和砂石混合流动曲线的绘制流动曲线的横坐标是粉煤灰取代砂石的比例K1，纵坐标是水固比K2，根据确定的坍落扩展度，绘制流动曲线；其中水固比K2=水的质量水泥、粉煤灰和沙石质量之和，粉煤灰取代砂石的比例Kl=沙石质量沙石和粉煤灰质量之和； 2)确定最佳用水量根据步骤I所得的流动曲线，得出最佳用水量点，并确定沙石和粉煤灰的掺量； 3)确定水泥掺量根据实际工程需要的低强度回填材料的抗压强度，确定水泥和水的掺量。
2.如权利要求1所述的一种低强度回填材料的配合比控制方法，其特征在于，所述步骤I中,水泥质量占水泥、粉煤灰和沙石总质量的O. 1-10%。
3.如权利要求1所述的一种低强度回填材料的配合比控制方法，其特征在于，所述步骤I中，绘制流动曲线所采用的坍落扩展度为28cm。
4.如权利要求1所述的一种低强度回填材料的配合比控制方法，其特征在于，所述步骤3中，根据实际工程需要的低强度回填材料的抗压强度，确定水泥和水的掺量的具体方法为根据工程情况，选择低强度回填材料目标28天抗压强度f 按照步骤I得到的最少需水量点对应的K1、K2，确定粉煤灰的质量和砂石的质量比例，以及水的质量与水泥、粉煤灰和砂石质量之和的比例,再选取若干水泥的掺量,根据所选取的水泥掺量确定最终的水、砂石、水泥和粉煤灰的质量比，并将所得材料制备成组件、养护后测量抗压强度，根据各组件所测量的抗压强度，计算f 所对应的水泥掺量，其计算方法为 根据工程所需目标材料的28天抗压强度f 选取两个抗压强度最接近的组件，所述两个抗压强度最接近的组件的水泥掺量分别为Cp ，对应抗压强度分别为fp ，使用线性插值法，计算出28天强度f 所对应的水泥掺量为
5.如权利要求1-4任一权利要求所述的一种低强度回填材料的配合比控制方法在控制性低强度回填材料领域的应用。
6.一种低强度回填材料，由水泥、粉煤灰和天然砂石和水组成，各组分的重量份如下 水泥 100份； 粉煤灰 300-900份； 天然砂石1300-2100份； 水根据流动性确定。
7.如权利要求6所述的一种低强度回填材料，其特征在于，所述水泥选自普通硅酸盐水泥 P. O. 32. 5、P. O. 42. 5，或复合硅酸盐水泥 P. C. 32. 5、P. C. 42. 5。
8.如权利要求6所述的一种低强度回填材料，其特征在于，所述粉煤灰中游离氧化钙含量≤3. 0%，烧失量≤15. 0%。
9.如权利要求6所述的一种低强度回填材料，其特征在于，所述天然砂石选自细砂、中砂和粗砂中的一种。
全文摘要
本发明涉及程混凝土工程领域，特别是涉及一种低强度回填材料配合比的控制方法。本发明提供的控制方法，包括如下步骤1)粉煤灰和砂石混合流动曲线的绘制流动曲线的横坐标是粉煤灰取代砂石的比例K1，纵坐标是水固比K2，根据确定的坍落扩展度，绘制流动曲线；其中水固比K2=水的质量水泥、粉煤灰和沙石质量之和，粉煤灰取代砂石的比例K1=沙石质量沙石和粉煤灰质量之和；2)确定最佳用水量得出最佳用水量点，并确定沙石和粉煤灰的掺量；3)确定水泥掺量根据实际需要的抗压强度确定水泥和水的掺量。通过本发明所提供的控制方法配制出的CLSM是一种密实，少空隙的材料，施工时便易，混合料均匀，不发生过离析。
文档编号C04B28/04GK103030347SQ20121054561
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者凌建明, 杨戈, 钱劲松, 张宏, 袁秋 申请人:同济大学