一种经济环保备防石及其制作方法与流程

1.本发明涉及水利工程技术领域，尤其涉及一种经济环保备防石及其制作方法。


背景技术：

2.黄河冲击流经黄土高原，携带大量泥沙，至黄河中下游时由于流速渐缓导致泥沙大量沉积，使黄河成为世界上著名的地上悬河。备防石在黄河防洪抢险过程中担任着重要角色，更是堤岸安全的重要保障，黄河堤坝的安全直接受备防石的稳定和排布形式影响。每年黄河用于抢险的抛石量均达几十万方。天然石材是传统的备防石的直接来源，每年大约有几十万方的石材被用到黄河防洪抢险上，备防石仅在山东段的需求量就达100多万立方米。传统备防石一般开采自山体，由于其不可再生的特性，对自然环境造成较大破坏。
3.近年来，随着我国经济发展和城市化进程加快，城市基础设施建设、维修、拆除中产生的混凝土块、废砖及渣土等建筑拆料总量与日俱增。据相关资料反映，全国每年产生的建筑拆料多达20亿吨，使我国成为世界上建筑拆料排放量最多的国家之一。建筑拆料不仅占用土地资源，污染环境，而且有损城市形象。
4.回收利用建筑拆料，变废为宝，制作建筑拆料再生骨料混凝土经济环保备防石，减少天然石材的开发，可有效减少环保压力，避免环境污染，保护天然生态环境，实现资源合理利用。


技术实现要素：

5.本发明的目的是解决现有技术中的问题，提供一种经济环保备防石及其制作方法。
6.本发明的技术方案是：
7.一种经济环保备防石，由钢丝网和混凝土制成，所述钢丝网为方形筒状，由4片钢丝网片相互焊接而成，所述混凝土的原材料包括建筑拆料、水泥、石子、砂和水，所述混凝土的原材料质量百分比为：建筑拆料22-25％，水泥 9-10％，石子20-23％，砂32-36％，水8-10％，所述的建筑拆料包括废砂石、废砂浆、废混凝土和破碎砌块，所述建筑拆料的粒径为5-20mm。
8.作为一种优选的技术方案，所述的水泥选用p.o42.5普通硅酸盐水泥。
9.作为一种优选的技术方案，所述的石子粒径为5mm-10mm。
10.作为一种优选的技术方案，所述的砂为河砂。
11.作为一种优选的技术方案，所述备防石为尺寸50cm*50cm*50cm的正方体。
12.作为一种优选的技术方案，所述钢丝网采用弹簧钢丝焊接为网状结构而成。
13.一种经济环保备防石的制作方法，包括以下步骤：
14.a)、预制钢丝网；
15.b)、用破碎机将建筑拆料破碎到5-20mm粒径；
16.由于建筑拆料中所含成分非常复杂，含有大量不利于备防石工程质量的杂物如木
块、塑料制品、棉布、泡沫等有机轻质材料，并不能全部应用于备防石工程，而且建筑拆料的颗粒组成极不均匀，有大量超大粒径颗粒存在，不利于备防石块的制作。所以在建筑拆料利用到备防石工程之前需要对其进行加工，加工过程如下：
17.(1)人工分拣杂物
18.通过人工对建筑拆料原材料中所含的木块、塑料制品、衣服棉被、泡沫等杂物进行分拣。
19.(2)预破
20.由于建筑拆料原材料有大量超过破碎机口径的建筑拆料无法直接进入破碎仓，所以在破碎之间需要利用破碎锤对于建筑拆料原材料超大块进行预先破碎，同时为了避免建筑拆料中的钢筋在破碎过程中缠绕破碎机，需要人工将钢筋剪断。
21.(3)洒水
22.为避免建筑拆料在破碎加工过程中产生扬尘，需要对建筑拆料原材料洒水，确保建筑拆料原材料在湿润状态下进入破碎机，尽可能降低扬尘，减少对环境的影响。
23.(4)预筛分
24.建筑拆料原材料进入震动给料机后，对建筑拆料原材料进行预筛分，筛下材料不需要进入破碎仓，直接由侧向皮带输出，以提高产量。
25.(5)破碎
26.经过预筛分的建筑拆料原材料进入破碎仓，采用反击破形式进行破碎。
27.(7)除铁
28.经破碎后的材料通过皮带输出，在输出过程中通过主输料皮带上方设置的电磁皮带将建筑拆料中的钢筋等金属材料由侧向输出。
29.(8)根据工程实际需要将建筑拆料最终破碎为5～20mm范围内不同粒径，进行后续备防石的制作。
30.c)、按比例称取建筑拆料、水泥、石子、砂和水，搅拌并混合均匀；
31.d)、将混合好的材料倒入模具中铺底，铺底厚度为5cm，放置钢丝网，继续填充混合材料并振捣均匀。
32.e)、材料凝固后对模型进行脱模，养护28天，即得到备防石。
33.本发明的有益效果为：
34.(1)本发明提供的经济环保备防石，制成后包括强度和耐久性等在内的性质性均满足《黄河下游标准化堤防工程规划设计与管理标准》，完全满足防汛工作的要求，可以应用于黄河备防石护堤工程。
35.(2)本发明所提供的经济环保备防石使用建筑拆料，取材方便，用来替代天然散石，不但能够降低备防石的使用成本，同时能够回收利用建筑拆料，减少环保压力，变废为宝，对于自然生态环境保护和备防石的使用，具有长远而重要的意义。
36.(3)本发明所提供的经济环保备防石成本低，制作方法简单，便于工厂化生产，容易推广应用。
37.(4)本发明所提供的经济环保备防石采用带肋设计(钢丝网)，提高了抗压、抗拉强度，耐冲刷抗破碎，走失率低，稳定性好。
38.(5)本发明所提供的经济环保备防石外形规则(正方体)，易于运输、排整、抛投，大
大减轻了作业人员的劳动强度，作业效率大幅提高。
附图说明
39.图1为普通混凝土和备防石试件抗压强度值；
40.图2为冻融循环实验结果。
具体实施方式
41.为了使本发明的技术手段、技术特征、发明目的与技术效果易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
42.实施例一：
43.一种经济环保备防石，为尺寸50cm*50cm*50cm的正方体，混凝土原材料包括建筑拆料、水泥、石子、砂和水，所述混凝土质量百分比的组分为：建筑拆料22-25％，水泥9-10％，石子20-23％，砂32-36％，水8-10％，所述的建筑拆料包括废砂石、废砂浆、废混凝土、破碎砌块，破碎处理后的粒径为5-20mm。所述的水泥选用p.o42.5普通硅酸盐水泥，所述的石子粒径为 5mm-10mm，所述的砂为河砂。
44.一种经济环保备防石的制作方法包括以下步骤：
45.a)、预制钢丝网；
46.所述钢丝网采用弹簧钢丝焊接为网状结构而成。
47.b)、选用破碎机将建筑拆料破碎到5-20mm粒径；
48.由于建筑拆料中所含成分非常复杂，含有大量不利于备防石工程质量的杂物如木块、塑料制品、棉布、泡沫等有机轻质材料，并不是能全部应用于备防石工程，而且建筑拆料的颗粒组成极不均匀，有大量超大粒径颗粒存在，不利于备防石块的制作。所以在建筑拆料利用到备防石工程之前需要对其进行加工，加工过程如下：
49.(1)人工分拣杂物
50.通过人工对建筑拆料原材料中所含的木块、塑料制品、衣服棉被、泡沫等杂物进行分拣。
51.(2)预破
52.由于建筑拆料原材料有大量超过破碎机口径的建筑拆料无法直接进入破碎仓，所以在破碎之间需要利用破碎锤对于建筑拆料原材料中的超大块进行预先破碎，同时为了避免建筑拆料中的钢筋在破碎过程中缠绕破碎机，需要人工将钢筋剪断。
53.(3)洒水
54.为避免在建筑拆料在破碎加工过程中产生扬尘，需要对建筑拆料原材料预先洒水，确保建筑拆料原材料在湿润状态下进入破碎机，尽可能降低扬尘，减少对环境的影响。
55.(4)预筛分
56.建筑拆料原材料进入震动给料机后，对建筑拆料原材料进行预筛分，筛下材料不需要进入破碎仓，直接由侧向皮带输出，以提高产量。
57.(5)破碎
58.经过预筛分的建筑拆料原材料进入破碎仓，采用反击破形式进行破碎。
59.(7)除铁
60.经破碎后的材料通过皮带输出，在输出过程中通过主输料皮带上方设置的电磁皮带将建筑拆料中的钢筋等金属材料由侧向输出。
61.(8)根据工程实际需要将建筑拆料最终破碎为5～20mm范围内不同粒径，进行后续备防石的制作。
62.c)、按比例称取建筑拆料、水泥、石子、砂和水，搅拌并混合均匀；
63.d)、将混合好的材料倒入模具中铺底，放置钢丝网，继续填充混合材料并振捣均匀。
64.e)、材料凝固后对模型进行脱模，在温度20
±
2℃、湿度≥80％的条件下养护28天，即得到备防石。
65.为验证本发明经济环保备防石的性能，对本发明的备防石进行抗压强度试验和抗冻融性研究。
66.一、抗压强度试验
67.1、备防石试件的制作流程
68.备防石抗压试件采用比例1:5的缩尺模型，备防石试件尺寸为 100mm*100mm*100mm，钢丝网片尺寸为90mm*90mm*90mm，备防石抗压试验依据gb/t20081-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行模型实验，对其进行抗压强度性能试验。制作备防石试件的配合比如下：
69.表1备防石试件配合比
[0070][0071]
试件制作方法如下：
[0072]
(1)首先按照表1所示配比称取水泥、砂、石子、建筑拆料和水，然后将水泥、砂、石子、建筑拆料搅拌均匀，然后加入水继续搅拌均匀。
[0073]
(2)将油均匀涂抹在模具表面，将搅拌好的混凝土倒入模具铺底(厚度为10mm)，然后放入钢丝网，模具内完全浇筑混凝土，振捣后抹平。
[0074]
(3)24小时后脱模，然后将备防石试件放入养护室养护，养护室温度为20
±
2℃，相对湿度为80％，养护28天。
[0075]
2、备防石抗压强度试验方法及步骤
[0076]
(1)试件抗压强度试验仪器
[0077]
抗压强度试验采用100t的压力试验机，由于试件的尺寸较大，为了保证试件能够均匀受压，在试验的顶部加3cm厚的钢板，质量为50kg。
[0078]
(2)试件抗压强度试验步骤
[0079]
a.按照钢渣芯的平均强度对试件的破坏压力进行估算；
[0080]
b.检查试件的外观，记录好有破坏和划痕的试件，舍弃破坏严重的试件；
[0081]
c.准确测量试件的抗压接触面积；
[0082]
d.清除压力试验机垫板下的杂质，然后将试件放在下垫板上，试件应居中水平放置，之后在试件上放置垫板，开启机器，使试件上升至垫板与上压板大致接触；
[0083]
e.打开阀门，按位移量控制加载过程，以0.5mm/min的速度加载，同时观察试件变形情况，当试件出现裂缝等破坏现象时，加压停止，同时拍照并记录相应的破坏荷载值p。
[0084]
3、备防石试件的抗压强度结果及分析
[0085][0086]
式中：f
cu
——备防石试件的抗压强度，mpa；
[0087]
p——破坏极限荷载；
[0088]
a——试件受压面积；
[0089]
k——试件尺寸换算系数，本实验取1.05。
[0090]
试件结果如表2所示：
[0091]
表2备防石试件抗压强度检测结果
[0092][0093]
普通混凝土配合比如表3所示：
[0094]
表3混凝土配合比
[0095][0096]
将普通混凝土配合比强度和备防石试件的抗压强度制成柱状图，如图1 所示。图1中bz为备防石标准试件抗压强度值，b为本发明所述的备防石试件抗压强度值，h为普通混凝土配合比情况下的抗压强度值。由《黄河下游标准化堤防工程规划设计与管理标准》可知，备防石的抗压强度不应低于 40mpa，根据表2的数据和图1可知，本试验测得的备防石试件的最小抗压强度为40.2mpa，平均抗压强度为42.4mpa，满足规范要求。
[0097]
二、抗冻融性研究
[0098]
由于备防石主要用于黄河防洪抢险工作，而黄河中下游凌汛情况复杂多变。因此，抗冻性是备防石耐久性中最重要的问题，对备防石进行冻融试验研究，以检测该备防石的抗冻融性能。
[0099]
1、试验方案设计
[0100]
通过制作备防石冻融实验试件，测定钢渣芯钢筋混凝土备防石的抗冻性满足备防石要求。由于人造备防石目前还没有具体规范，本试验是依照gb /t50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的标准进行设计，采用快速冻融的方法检测备防石的抗冻性能，备防石所能承受冻融循环的次数作为其抗冻性指标，由于相关资料测定的备防石的冻融循环次数为 10次可满足抗冻要求，因此，设定冻融循环次数为50次，每次冻结试件110 分钟，冻结温度范围-17
±
2℃。每次融化试件73分钟，融化温度范围8
±
2℃。
[0101]
(1)试验准备
[0102]
本次冻融循环的试件采用规范规定的标准试件，其尺寸为 100mm*100mm*100mm，制作备防石试件。试件制作方法与备防石抗压试件的制作方法相同。试件制作完成后，在试件上盖一层薄膜以防止水分蒸发，放入标准养护室中养护24小时，标准养护室温度控制在20
±
5℃，养护完成后，进行拆模并编号。拆除模具后的试件马上移到标准养护室内，养护时间为28天。
[0103]
(2)试验仪器
[0104]
快速冻融装置：采用快速冻融试验机，试验开始前把试件放到装有水的橡胶筒里，把橡胶筒与试件一起放到试件箱中。该快速冻融试验仪器冻融过程为全自动运行，当冻融循环时间达到设定值时，试验机会自动停止运行；
[0105]
岸称、热电偶、电位差计；
[0106]
动弹性模量测试仪：选用型号为dt-w18动弹模量测定仪，该仪器的频率为100hz～100khz。
[0107]
(3)试验过程
[0108]
试验前四天，把冻融试件从标准养护室中取出，并检查记录其外观状况，之后把试件放到20℃左右的水里浸泡，水面应高出试件20mm。浸泡4天之后开始试验。
[0109]
浸泡完成后，将试件取出，并将试件表面水分擦去，称量试件的初始质量，量出试件的长宽高。
[0110]
并按照《普通混凝土动弹模量试验》的要求对试件横向基频的初始值进行检测，测试前将仪器调整好，将试件在垫板上放平，然后开始测定横向自振频率。为了减小试验误差，每个试件检测两次，两次测量误差为0.5％，最后取3个试件测试出的平均值为试件动弹模量的的初始值。
[0111]
将试件放置在试验橡胶筒中，其中在放在冻融箱的中心放有测温仪器的试件，装有试件的橡胶筒内的水位高出试件5mm左右，关上冻融箱，开始冻融循环。
[0112]
试件的动弹模量与质量检测每隔25次做一次，测量之前用毛巾擦去试件表面的水分与浮渣，并检查外观，用案秤称其试件质量损失。横向基频的测量方法与初始横向基频测试方法相同。测量结束后立即将试件调转方向装入橡胶筒中，为了减少试件的水分损失，测量工作应快速进行。
[0113]
冻融过程中出现如下三种情况之一时，便可以停止试验：
[0114]
a冻融循环达到预定循环次数，本试验预定循环次数为50次。
[0115]
b相对动弹模量降低到初始值的25％。
[0116]
c质量损失率达到5％。
[0117]
(4)试验结果分析
[0118]
质量损失率计算公式如下，以3个试件结果的平均值为最终试验结果。
[0119][0120]
式中：wn——n次冻融循环后试件的质量损失率，％；
[0121]
g0——试件冻融循环前测量的初始质量，g；
[0122]
g——试件n次冻融循环后的质量。
[0123]
强度损失率计算公式如下，以3个试件结果的平均值为最终试验结果。
[0124][0125]
式中：fn——n次冻融循环后的混凝土抗压强度损失率，％；
[0126]
f0——试件冻融循环前测量的初始抗压强度值，mpa；
[0127]
f——试件n次冻融循环后测量的抗压强度值，mpa。
[0128]
试验结果如表4所示。
[0129]
表4备防石冻融循环结果
[0130][0131]
将表4绘制成柱状图如图2所示。图2中b表示为本发明所述的备防石试件，h为普通混凝土。试验结果表明，本发明的备防石的质量损失率和抗压强度损失率与普通混凝土相差不大，备防石冻融循环试验检测结果均满足标准规定值，抗冻等级符合≥f300要求，满足工程要求。
[0132]
本发明既可以用于汛期抛石护根，也可以用于砌筑坡堤，还可以用于黄河堤岸上的其它建筑构筑工程。实验验证和使用实践表明，回收利用建筑拆料代替骨料，制作钢丝网混凝土再生备防石，完全可以满足黄河防汛抛石护根的要求，c30钢丝网混凝土的强度完全可以满足抛石护根的强度要求和抗冰凌撞击的强度要求，并且由于水泥混凝土是水硬性材料，在水下使用时强度还会略有增加；经冬季自然环境的冰冻循环，该产品的抗冻融性完全满足要求，并且具有良好的耐冲刷和抗风化能力。与天然石材黄河防汛备防石相比，成本较低，方便备防石码方施工并且节省每年的垛方维修费用。另外，由于天然石材的不可再生性，天然石材备防石的采购价格持续攀升，国家生态保护政策又对开采自然山体进行限制，因此该产品的研发具有更大的现实意义，符合可持续发展的国家战略。
[0133]
综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。