CN110627472A - 一种堤坝除险加固材料及其加固方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种堤坝除险加固材料，包括水泥、强化速凝固化剂、膨润土和水玻璃，还提供了一种堤坝除险加固方法，利用上述堤坝除险加固材料用于堤坝除险加固，具体步骤包括：S1、堤坝除险加固材料的制备:将配方量的水泥、强化速凝固化剂、膨润土和水玻璃混合均匀，得到堤坝除险加固材料；S2、向步骤S1得到的堤坝除险加固材料，加入拌合水，搅拌，得到加固水泥浆液；S3、按照常规高压喷射灌浆方法进行高压喷射灌浆，将步骤S2得到的加固水泥浆液高压喷射到堤坝加固修补位置，本发明堤坝除险加固材料具有较好的防渗性能，凝结时间短，早强性能好，且具有较高的结石率，提高了堤坝的稳定性，使用范围广泛。

Description

一种堤坝除险加固材料及其加固方法
技术领域
本发明属于堤坝防汛抢险加固技术，具体涉及一种堤坝除险加固材料及其加固方法。
背景技术
堤坝是重要的挡水建筑物，分为混凝土坝和土石坝。其中，土石坝主要依靠坝体自重维持稳定，并在防渗体的防护下减少渗透水量，其具有结构简单、较经济、施工简单方便、适应性强、抗震性能良好、工作可靠、寿命长、管理简便等特点，是目前应用最广的坝型。
在长期复杂的自然环境条件的影响和各种内外力的作用下，堤坝状态随时都在变化，同时由于人为因素和动物破坏等原因，都有可能出现隐患。比如生物破坏造成的洞穴、空隙、裂缝等，或者由于技术落后造成选址不当，在不适合建坝的地区(如岩溶发育区)建设大坝形成天然的隐患，以及堤坝施工过程中的质量缺陷以及堤坝完成后受内、外各种动力作用所造成的裂缝、脱空等地质现象，这些都会致使水库大坝不能够安全有效运行。
目前常用的堤坝加固技术主要包括灌浆技术、套井回填技术、喷射钢纤维混凝土技术、垂直铺塑料技术和高压喷射灌浆技术，其使用的材料主要为水泥混凝土、浆砌块石和土等。用水泥混凝土、浆砌块石加固堤岸一方面受到天气的影响较大，在雨雪天气加固工作无法正常进行，特别是在抢险堵漏过程中，无法及时去除堤岸险情，存在安全隐患；其次水泥混凝土、浆砌块石加固堤岸后，原有的生态平衡被破坏，岸边植物和动物无法正常生存；再次水泥混凝土、浆砌块石加固堤岸施工方法较原始，浪费大量的人力物力，成本较高。用土加固堤岸存在问题主要是：1、土体自身的固结强度较低，经不住水流长期的冲刷与侵蚀，材料耐久性较差；2、在抢险堵漏、雨雪等恶劣天气，单一的土体由于自身的缺陷不适合做抢险材料。
水泥基灌浆料是以水泥为主要胶凝材料，加入适量的矿物掺合料及外加剂形成的一种微膨胀、高流动度及高强度的灌浆材料。它被广泛应用于设备基础的二次灌浆、混凝土结构的加固及修补等领域。当前，不少学者对水泥基灌浆料的性能及其优化进行了一些研究。
CN104711956A公开了一种用于平原水库堤坝的除险加固方法，包括在水库堤坝上开凿一个防渗墙，所述防渗墙体的浇筑材料为粘土；水泥；膨润土，它们的混合比分别为1：0.48：0.08。该发明能有效阻止堤坝内水向外渗透，大大提高了水库堤坝的安全性。但该发明的浇筑材料的凝结硬化时间长，且强度发展较慢，不适合堤坝除险的时效性要求。
CN101928126A公开了一种堤岸快速抢险加固材料，主要成份为：硅酸盐水泥、速凝固化剂，其中硅酸盐水泥占总质量的70份-90份；速凝固化剂占总质量的10份-30份,速凝固化剂的主要成分是：铝酸钠、氯化钠、氧化钙；三者的质量比为：40-60：30-40：10-20。该发明制备的堤岸快速抢险加固材料凝结硬化时间短，同时增加了土体的固结强度和密实性。但该制备的加固材料的结实率低，且抗渗性能和可灌性较差，且速凝固化剂的添加量过大，不符合GB/T 35159-2017喷射混凝土用速凝剂的要求，极大地限制了堤岸快速抢险加固材料的使用范围。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种堤坝除险加固材料及其加固方法，该堤坝除险加固材料结实率高，具有较好的防渗性能，凝结时间短，早强性能好，且具有较好的粘结强度，提高了堤坝的稳定性；同时，流动好，使用范围广泛。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种堤坝除险加固材料，包括水泥、强化速凝固化剂、膨润土和水玻璃。
优选地，所述强化速凝固化剂包括三乙醇胺和大黄米多糖；进一步优选地，所述三乙醇胺和大黄米多糖的质量比为1:2-4。
优选地，所述大黄米多糖的制备方法，包括以下步骤：
(1)将大黄米干燥、粉碎，过筛，得到大黄米粉；
(2)将步骤(1)得到的大黄米粉和水混合，加热搅拌，离心，得到上清液；
(3)步骤(3)得到的上清液，浓缩至体积的1/3-1/2，即得所述的大黄米多糖。
优选地，步骤(1)中所述过筛为过60目筛。
优选地，步骤(2)中所述大黄米粉和水的质量比为1:12-15。
优选地，步骤(2)中所述加热搅拌为：在75-85℃下搅拌60-90min。
所述堤坝除险加固材料，按重量份计，水泥的用量为50-80份；优选为52-78份；进一步优选为55-75份。
所述堤坝除险加固材料，按重量份计，强化速凝固化剂的用量为15-20份；优选为15.5-19.5份；进一步优选为16-19份。
所述堤坝除险加固材料，按重量份计，膨润土的用量为20-35份；优选为21-34份；进一步优选为22-33份。
所述堤坝除险加固材料，按重量份计，水玻璃的用量为25-40份；优选为26-39份；进一步优选为27-38份。
本发明还提供了一种堤坝除险加固方法，利用上述堤坝除险加固材料用于堤坝除险加固，具体步骤包括：
S1、堤坝除险加固材料的制备:
将配方量的水泥、强化速凝固化剂、膨润土和水玻璃混合均匀，得到堤坝除险加固材料；
S2、向步骤S1得到的堤坝除险加固材料，加入拌合水，搅拌，得到加固水泥浆液；
S3、按照常规高压喷射灌浆方法进行高压喷射灌浆，将步骤S2得到的加固水泥浆液高压喷射到堤坝加固修补位置。
优选地，步骤S2中所述堤坝除险加固材料和拌合水的质量比为1-1.2:1。
优选地，步骤S2中所述搅拌为：在转速800-1000r/min条件下搅拌分散2-5min。
优选地，步骤S3中所述高压喷射的条件为：高压水压力为30-35MPa，流量为55-70L/min；压缩空气压力为：0.8MPa，流量为1.5m3/min，加固浆液的压力为0.15-0.2Mpa，流量为80L/min。本发明的有益效果为：
(1)本发明的堤坝除险加固材料由水泥、强化速凝固化剂、膨润土和水玻璃复配而成，结石率高，凝结时间短，早强性能好，制备方法简单，适合大规模推广应用。
(2)本发明意外的发现，三乙醇胺和大黄米多糖复配在提高加固水泥浆料初凝时间的同时，可以提高加固水泥浆料早强强度和抗渗性能。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。
本发明对所采用原料的来源不作限定，如无特殊说明，本发明所采用的原料均为本技术领域普通市售品。其中本发明采用的水泥为硅酸盐水泥，325号；水玻璃的模数为4.0，波美度为38。
基础实施例：
一种堤坝除险加固材料，包括以下重量份的原料：
包括以下重量份的组分：水泥50-80份、强化速凝固化剂15-20份、膨润土20-35份和水玻璃25-40份；
其中，
所述三乙醇胺和大黄米多糖的质量比为1:2-4；
所述的大黄米多糖的制备方法为：包括以下步骤：
(1)将大黄米干燥、粉碎，过60目筛，得到大黄米粉；
(2)按固液比1:12-15，将步骤(1)得到的大黄米粉和水混合，在75-85℃下加热搅拌60-90min，离心，得到上清液；
(3)步骤(3)得到的上清液，浓缩至体积的1/3-1/2，即得所述的大黄米多糖。
所述堤坝除险加固材料的制备方法为:
将配方量的水泥、强化速凝固化剂、膨润土和水玻璃，搅拌，混合均匀，得到堤坝除险加固材料。
实施例1
一种堤坝除险加固材料，包括以下重量份的原料：
包括以下重量份的组分：水泥50份、强化速凝固化剂20份、膨润土20份和水玻璃25份；
其中，
所述三乙醇胺和大黄米多糖的质量比为1:2；
所述的大黄米多糖的制备方法为：包括以下步骤：
(1)将大黄米干燥、粉碎，过60目筛，得到大黄米粉；
(2)按固液比1:12，将步骤(1)得到的大黄米粉和水混合，在85℃下加热搅拌60min，离心，得到上清液；
(3)步骤(3)得到的上清液，浓缩至体积的1/3-1/2，即得所述的大黄米多糖。
实施例2
一种堤坝除险加固材料，包括以下重量份的原料：
包括以下重量份的组分：水泥80份、强化速凝固化剂15份、膨润土35份和水玻璃40份；
其中，
所述三乙醇胺和大黄米多糖的质量比为1:4；
所述的大黄米多糖的制备方法为：包括以下步骤：
(1)将大黄米干燥、粉碎，过60目筛，得到大黄米粉；
(2)按固液比1:15，将步骤(1)得到的大黄米粉和水混合，在75℃下加热搅拌90min，离心，得到上清液；
(3)步骤(3)得到的上清液，浓缩至体积的1/3-1/2，即得所述的大黄米多糖。
实施例3
一种堤坝除险加固材料，包括以下重量份的原料：
包括以下重量份的组分：水泥65份、强化速凝固化剂17.5份、膨润土28份和水玻璃32份；
其中，
所述三乙醇胺和大黄米多糖的质量比为1:3；
所述的大黄米多糖的制备方法为：包括以下步骤：
(1)将大黄米干燥、粉碎，过60目筛，得到大黄米粉；
(2)按固液比1:13，将步骤(1)得到的大黄米粉和水混合，在80℃下加热搅拌80min，离心，得到上清液；
(3)步骤(3)得到的上清液，浓缩至体积的1/3-1/2，即得所述的大黄米多糖。
实施例4
一种堤坝除险加固材料，包括以下重量份的原料：
包括以下重量份的组分：水泥52份、强化速凝固化剂19.5份、膨润土21份和水玻璃26份；
其中，
所述三乙醇胺和大黄米多糖的质量比为1:2.5；
所述的大黄米多糖的制备方法同实施例3
实施例5
一种堤坝除险加固材料，包括以下重量份的原料：
包括以下重量份的组分：水泥78份、强化速凝固化剂16.5份、膨润土25份和水玻璃30份；
其中，
所述三乙醇胺和大黄米多糖的质量比为1:3.5；
所述的大黄米多糖的制备方法同实施例3。
实施例6
一种堤坝除险加固材料，包括以下重量份的原料：
包括以下重量份的组分：水泥68份、强化速凝固化剂18份、膨润土30份和水玻璃36份；
其中，
所述三乙醇胺和大黄米多糖的质量比为1:2.5；
所述的大黄米多糖的制备方法同实施例3。
对比例1
本对比例与实施例6的区别在于，不含有大黄米多糖。
对比例2
本对比例与实施例6的区别在于，用普鲁兰多糖代替大黄米多糖。
对比例3
本对比例与实施例6的区别在于，用铝酸钠代替三乙醇胺。
对比例4
本对比例与实施例6的区别在于，三乙醇胺和大黄米多糖的质量比为1:1。
对比例5
本对比例与实施例6的区别在于，大黄米多糖制备过程中，大黄米粉和水的质量比为1:20，加热搅拌为：在100℃下搅拌90min。
为了进一步验证本发明的有益效果，按照1:1的水灰比，分别将实施例1-6和对比例1-5制备的堤坝除险加固材料加入拌合水，在转速900r/min条件下搅拌分散3min搅拌，得到加固浆液。
实验例1加固浆液结石率
分别取加固浆液取60mL，通过针管分别注入到不同的100mL量筒内，24h后读取量筒内结石体体积，浆液凝结后体积与与浆液最初体积之比，以百分数表示，即为结石率，每组试验操作3次，取平均值为试验结果，结果如表1所示。
由表1可知，本发明制备的加固浆液的结石率高，为85.9-99.1％，且根据实施例5和6发现，当强化速凝固化剂、膨润土和水玻璃的质量比为3:5:6时，其结石率较高。
实验例2加固浆液的抗压强度测试
将制备的加固浆液制成尺寸为180mm×180mm×180mm的标准立方体试块。装膜成型24h后，脱模，在温度为20℃，湿度为95-100％的条件下，标养至3天、7天和28天。按照《水工混凝土试验规程》(SL352-2006)中的抗压强度试验方法进行检测。使用液压式万能试验机进行加固浆液立方体试块的抗压试验，当试块将要被毁坏而发生快速变形时，停止试验机加载直至试件毁坏并记录破坏荷载。结果如表2所示。
表2加固浆液预制块抗压强度
由表2可知，本发明制备的加固浆液立方体试块的抗压强度高，3天抗压强度达到7.2-12.9MPa，通过实施例4和6可知，当加固浆液中三乙醇胺和大黄米多糖的质量比为1:2.5时，制备得到的加固浆液具有较好的早强性能，其制备的立方体试在3d时可达到设计强度的68-74.5％。
实验例3加固浆液的渗透性
预制块模具为Φ90mm×60mm的环刀，25℃下养护24h后拆模，将得到的预制块放入水泥标养箱中，养护条件为20℃，湿度为95-100％，标养至7天后取出，参照水工塑性混凝土试验规程(DL/T5303-2013)中对渗透***试验的相关规定，采用塑性混凝土抗渗仪进行生态胶土浆预制块的抗渗试验，结果如表3所示。
表3加固浆液预制块的渗透系数
样品 透水系数(10<sup>-7</sup>cm/s)
实施例1 5.49
实施例2 5.36
实施例3 5.12
实施例4 4.89
实施例5 4.76
实施例6 4.22
对比例1 10.18
对比例2 7.00
对比例3 7.18
对比例4 6.93
对比例5 6.77
由表3可知，本发明加固浆液制备的加固浆液预制块的渗透系数为4.22-5.49(10- 7cm/s)，表明本发明制备的加固浆液具有较好的抗渗透性能，同时，通过实施例4、5和6发现，当三乙醇胺和大黄米多糖的质量比为1:2.5，且强化速凝固化剂、膨润土和水玻璃的质量比为3:5:6时，制备的加固浆液预制块的抗渗透性能较好，为4.22(10-7cm/s)。
一种堤坝除险加固方法，利用上述堤坝除险加固材料用于堤坝除险加固，具体步骤包括：
分别向实施例1-6制备的堤坝除险加固材料加入拌合水，在转速800-1000r/min条件下搅拌分散2-5min，得到加固水泥浆液，其中，堤坝除险加固材料和拌合水的质量比为1-1.2:1；并按照常规高压喷射灌浆方法进行高压喷射灌浆，将加固水泥浆液高压喷射到堤坝加固修补位置；其中，高压喷射的条件为：高压水压力为30-35MPa，流量为55-70L/min；压缩空气压力为：0.8MPa，流量为1.5m3/min，加固浆液的压力为0.15-0.2Mpa，流量为80L/min。
经工程验证，实施例1-6制备的堤坝除险加固材料的流动度初始值为350-380mm，30min保留值为330-360min，初凝时间为867-890min，终凝时间为1442-1499min，具有较好的可灌性。
以上是结合具体实施例对本发明进一步的描述，但这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种堤坝除险加固材料，其特征在于，包括水泥、强化速凝固化剂、膨润土和水玻璃；所述强化速凝固化剂包括三乙醇胺和大黄米多糖。
2.根据权利要求1所述的堤坝除险加固材料，其特征在于，所述三乙醇胺和大黄米多糖的质量比为1:2-4。
3.根据权利要求1所述的堤坝除险加固材料，其特征在于，所述的大黄米多糖的制备方法，包括以下步骤：
(1)将大黄米干燥、粉碎，过筛，得到大黄米粉；
(2)将步骤(1)得到的大黄米粉和水混合，加热搅拌，离心，得到上清液；
(3)步骤(3)得到的上清液，浓缩至原上清液体积的1/3-1/2，即得所述的大黄米多糖。
4.根据权利要求3所述的堤坝除险加固材料，其特征在于，步骤(2)中所述大黄米粉和水的质量比为1:12-15。
5.根据权利要求3所述的堤坝除险加固材料，其特征在于，步骤(2)中所述加热搅拌为：在75-85℃下搅拌60-90min。
6.根据权利要求1所述的堤坝除险加固材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：水泥50-80份、强化速凝固化剂15-20份、膨润土20-35份和水玻璃25-40份。
7.一种堤坝除险加固方法，其特征在于，利用权利要求1-6任一项所述的堤坝除险加固材料用于堤坝除险加固，具体步骤包括：
S1、堤坝除险加固材料的制备:
将配方量的水泥、强化速凝固化剂、膨润土和水玻璃混合均匀，得到堤坝除险加固材料；
S2、向步骤S1得到的堤坝除险加固材料加入拌合水，搅拌，得到加固浆液；
S3、按照常规高压喷射灌浆方法进行高压喷射灌浆，将步骤S2得到的加固水泥浆液高压喷射到堤坝加固修补位置。
8.根据权利要求7所述的堤坝除险加固方法，其特征在于，步骤S2中所述堤坝除险加固材料和拌合水的质量比为1-1.2:1。
9.根据权利要求7所述的堤坝除险加固方法，其特征在于，步骤S2中所述搅拌为：在转速800-1000r/min条件下搅拌分散2-5min。
10.根据权利要求7所述的堤坝除险加固方法，其特征在于，步骤S3中所述高压喷射的条件为：高压水压力为30-35MPa，流量为55-70L/min；压缩空气压力为：0.8MPa，流量为1.5m3/min，加固浆液的压力为0.15-0.2Mpa，流量为80L/min。
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