科创中国
人工堆石材料在堆石混凝土施工中的应用
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2022-10-20 11:37:13
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：成果发布人| 董娇 | 2022-10-20 11:37:13
现有的堆石混凝土施工方法的特点是使用开采出来的天然块石料自然堆积，然后使用高自密实性能混凝土从堆石体表面浇注充填堆石空隙，形成完整密实的混凝土。目前堆石混凝土主要使用天然材料块石作为堆石料，需要通过开采山体、开挖基础并辅以筛选的方式获得堆石料，对于石料不丰富的地区使用局限性很大。为了确保堆石混凝土的充填密实性，堆石料的最小粒径与自密实混凝土粗骨料最大了粒径之比往往超过10∶1，使得开采石料中有一部分中间级配不能直接应用，只能进行二次加工制作成高自密性能实混凝土可用的骨料；由于堆石料的开采获得率受岩体自身情况影响较大，所以对于开采的天然石料很难实现堆石料与高自密实性能混凝土骨料的用量平衡，往往会产生一定数量的弃料；这不仅在经济上有损失，也存在着一定的环境影响。对于使用天然石料堆积的堆石体，受堆石粒径、形状以及堆积方式的影响，经过工程实践验证，堆石率约为55％-60％，相应的空隙率为40％-45％，空隙率很难进一步降低，也就意味着充填所用的高自密实性能混凝土无法进一步减少。在堆石混凝土的实际施工中，堆石料在仓面自然堆积，既无法避免堆石与层面、堆石之间存在着一定数量的面面接触较难充填密实，也无法避免堆石料之间相互或与层面发生碰撞而产生一定数量的逊径石料影响充填：这些都是堆石混凝土中的质量瑕疵。本技术提供一种人工堆石材料，可在堆石混凝土施工中代替天然块石料的同时，还能利用大量碎渣和提高堆石率，降低水泥等胶凝材料用量。
人工堆石材料的应用，克服了现有技术中采用天然的块石或卵石进行混凝土施工的缺陷，工程建设将不受天然块石成块率低的影响，同时应用人工堆石材料后，可以减少弃渣的产生和降低水泥等胶凝材料用量，降低施工成本。
人工堆石材料的应用，克服了现有技术中采用天然的块石或卵石进行混凝土施工的缺陷，工程建设将不受天然块石成块率低的影响，人工堆石材料应用后堆石率可以提升到80％以上，相应的高自密实性能混凝土用量可以降低至20％，更加的经济环保。
当前，随着国家在水利水电领域的持续投入，抽水蓄能等一大批工程获批建设，加之堆石混凝土筑坝工艺的成熟和拥有卓越的经济环保等优势，堆石混凝土坝必将会建设的越来越多。使用人工堆石材料的堆石混凝土施工方法，可以避免因天然块石料产能不足问题而导致施工受阻，此外还可将工程建设中产生的大量的碎渣加以回收利用，符合国家节能减排方针。
本团队由清华大学水利系金峰教授领衔，周虎研究员等20余人组成，团队累计获得国家发明专利20余项，目前团队在堆石混凝土核心技术问题的深入研究中也已取得阶段性的成果，这些研究与工程实践为百米级堆石混凝土大坝的设计、施工奠定了技术基础。截至目前，团队的技术成果以在150余项工程中得以应用。
堆石混凝土坝简化工艺，节约水泥，降低能耗，经济高效。本项技术研发过程中累计投入200余万元，直接产生经济效益2000余万元。在当前基础上，未来将在智能机械方面加大研发力度，计划后期将投入300万元助力人工堆石料产能提升。
本技术基于国家发明专利——一种使用人工堆石材料的堆石混凝土施工，通过大量的工程实践，证明了人工堆石材料在堆石混凝土中应用的可行性。在当前基础上，将持续技术优化和向着智能化方向发展。
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