[发明专利]一种冻融环境下胶凝砂砾石材料配合比优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种胶凝砂砾石材料配合比优化方法，尤其是涉及一种冻融环境下胶凝砂砾石材料配合比优化方法。

背景技术

胶凝砂砾石材料是一种将胶凝材料和水，添加到河床砂砾石或开挖废弃料等坝址附近易获取的岩石基材中，然后利用简易设备和工艺进行拌合，得到的新型筑坝材料。由于人工材料用量少，骨料标准低，弃渣料的利用，可有效的节约资源、最大程度避免土地植被的破坏，减少对自然环境的影响，现已在土耳其、日本、希腊和法国得到推广。我国胶凝砂砾石材料的研究和应用始于2004年，主要的工程有贵州省道塘水库上游过水围堰工程、福建街面水电站下游围堰及山西守口堡水库胶凝砂砾石坝。

冻融破坏是我国东北、西北和华北地区水工混凝土建筑在运行过程中产生的主要病害，由于胶凝砂砾石材料中水泥用量较少，与常规混凝土相比，材料本身强度低，抗渗透性能差，冻融破坏问题更加突出。为保证工程长期安全使用，有必要寻求提高其材料性能的配合比设计方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种冻融环境下胶凝砂砾石材料配合比优化方法，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种冻融环境下胶凝砂砾石材料配合比优化方法,包括以下步骤：

步骤一：根据《胶结颗粒料筑坝技术导则(SL 678-2014)》要求，以水泥用量、粉煤灰用量、砂率和水胶比等指标为自变量，确定其取值范围，胶凝砂砾石材料强度和耐久性指标(冻融25次相对动弹性模量)为因变量；

步骤二：通过试验，寻求两个因变量之间的关系；

步骤三：根据给定的配合比设计要求及二者关系，确定配合比优化模型的目标函数、约束条件；

步骤四：建立配合比优化模型；

步骤五：通过正交设计试验，确定出影响目标函数的自变量先后顺序及最优配合比。

作为本发明的一种优选技术方案，所述自变量取值范围为：①胶凝材料用量不宜低于80kg/m³，其中水泥熟料用量不宜低于32kg/m³；②粉煤灰和其他掺合料的总掺合量宜小于40％～60％；③水胶比宜控制在0.7～1.3；④胶凝砂砾石中砂率宜在18％～35％。

作为本发明的一种优选技术方案，所述胶凝砂砾石材料抗压强度参考《水工混凝土试验规程》经室内试验获取到；相对动弹性模量参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》通过试验手段获取。

作为本发明的一种优选技术方案，所述因变量之间关系为正相关性。

作为本发明的一种优选技术方案，所述配合比优化设计模型为：max(F(X)) ＝max(f_cu(X)+0.2P(X)),式中，F(X)为目标函数，X为配合比优化设计参数集，含水胶比，砂率，水泥用量和粉煤灰用量等，f_cu为抗压强度，P为冻融25 次的相对动弹性模量。

作为本发明的一种优选技术方案，所述约束条件为：水泥用量+粉煤灰用量≥80，水泥用量≥32，粉煤灰用量/(水泥用量+粉煤灰用量)<0.5,1.3≥水胶比≥0.7,0.35≥砂率≥0.18。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种冻融环境下胶凝砂砾石材料配合比优化方法，实施过程简单并可用于室内试验及施工现场，制备出的胶凝砂砾石材料具有较高的性能，为人们提供了很大的帮助。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的水胶比与抗压强度关系图一；

图2为本发明的水胶比与抗压强度关系图二；

图3为本发明的水胶比与抗压强度关系图三；

图4为本发明的砂率与抗压强度关系图一；

图5为本发明的砂率与抗压强度关系图二；

图6为本发明的砂率与抗压强度关系图三；

图7为本发明的砂率与抗压强度关系图四；

图8为本发明的水泥用量与抗压强度关系图一；

图9为本发明的水泥用量与抗压强度关系图二；

图10为本发明的水泥用量与抗压强度关系图三；

图11为本发明的粉煤灰掺量与抗压强度关系图一；

图12为本发明的粉煤灰掺量与抗压强度关系图二；

具体实施方式