【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，属于防汛石。
技术介绍
1、黄河每年抢险所用防汛石量为几十万立方米，而传统防汛石原材料天然石材具有不可再生性，导致近年来石料价格持续走高，石料稀缺已成为黄河防汛抢险工作中亟需解决的问题。根据近几年黄河下游河道每年的出险情况来看，黄河沿岸防汛石料储备远远达不到抢险需求。以河南为例，险工和控导工程每道坝、垛每年的石料储备仅有几百立方米。因此，人造防汛石的开发研究就显得非常紧迫且必要。
2、由于人工防汛石的巨量需求，随之而来就是原材料紧张，特别是骨料类，而黄河砂是一种自然砂，表面光滑，细度模数小，可采用其代替正常骨料来制备高性能的黄河防汛石，在现有技术中已有应用。
3、现有技术中，利用黄河砂来制备高强防汛石的方法无外乎是化学激发、荷载碾压、高温煅烧等，但这些方法常常会带来环境污染、资源浪费等问题。因此一种基于黄河砂本身的性质，合理选用原材料来制备黄河防汛方法具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术依据紧密堆积理论，提供一种基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，首先对黄河砂进行粒径分析，然后基于黄河砂的分析结果选择骨料和胶凝材料，接着利用经济性、堆积密度等参数设计骨胶比，最后通过计算和实验确定水的用量。
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、一种基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，包括如下步骤：
4、(1)分拣烘干黄河砂，通过激
5、(2)基于骨料的粒度分析，测试形状特征参数，确定骨料的配比，混合封存；
6、(3)选择胶凝材料种类，修正粒径，确定胶凝材料配比并混合封存；
7、(4)确定骨胶比；
8、(5)参考规范确定水胶比并基于材料实际吸水特性进行修正，确定用水量；
9、(6)确定静载压力f；
10、(7)混拌，并浇筑在模具中，成型养护。
11、优选的，步骤(2)中确定骨料的配比的过程为：
12、2.1：基于黄河砂的粒径分析，由于黄河砂粒径分布集中，故可设其累计通过率为50％的粒径大小为r代表黄河砂的平均粒径，选择骨料粒径大小范围为1.52r～8.62r，依照horsfield堆积模型的要求的层间颗粒大小确定上下层间筛网孔径大小，从上往下层间要求的颗粒大小为8.62r、3.57r、1.94r和1.52r，上下筛网孔径目数大小相差小于0.3mm，由于上下孔径大小接近，故根据式(1)计算各层间颗粒平均粒径
13、
14、式中：—i层间颗粒平均粒径；
15、—上层筛网孔径大小；
16、—下层筛网孔径大小：
17、2.2：测试各层间颗粒的圆度和长宽比，圆度是颗粒接近于圆的程度，当圆度值越低，代表颗粒越接近于圆；当塌落度相同的情况下，形状特征参数越低，颗粒间嵌锁作用越小，其拌合物的孔隙率越小，堆积密度越高；
18、ai＝r×q (2)
19、式中：ai—i层颗粒形状特征参数；
20、r—颗粒圆度；
21、q—长宽比；
22、其中，
23、
24、式中：r—颗粒圆度；
25、p—在扫描电镜下颗粒物的周长；
26、area—在扫描电镜下颗粒物投影的面积；
27、长宽比是颗粒粒径长度和宽度的比值，长宽比：
28、
29、式中：q—长宽比；
30、l—在扫描电镜下颗粒长度；
31、w—在扫描电镜下颗粒宽度；
32、在计算每一层的颗粒的特征参数时，可以选择颗粒数为20个以上，然后取平均值作为每一层颗粒的形状特征参数；
33、2.3：参照修正后fuller分布曲线(式5)计算所选粒径对应的累计通过率，确定所选层间颗粒的掺量，即对应得到最终的所选骨料各层间颗粒的占比；
34、
35、式中：u(j)—第j层对应的累计通过率；
36、aj—所选中的第j层颗粒形状特征参数；
37、—所选中的第j层骨料对应的平均粒径，即公式(1)得到的层间平均粒径；—所选中的最大层间颗粒的平均粒径；
38、n—集料级配指数，取0.4～0.5。
39、优选的，步骤(3)的具体过程为：
40、3.1：根据黄河砂的粒径分布并结合各胶凝材料最佳粒径范围选择胶凝材料类型，各胶凝材料的累计通过率为50％时对应的颗粒粒径小于黄河砂累计通过率为50％时对应的修正后颗粒粒径，经测定，黄河砂的粒径修正系数为1.02～1.06，利用空气分级机使选择的胶凝材料粒径分布满足要求；由于黄河砂的粒径大小大致接近于胶凝材料的粒径大小，故其表面水膜厚度不可忽视，需要对黄河砂和胶凝材料进行修正。
41、优选的，步骤3.1中，所谓最佳粒径范围是指胶凝材料在该粒径范围内活性最高，水化程度最好且不发生团聚现象，常见几种胶凝材料最佳粒径范围见表1：
42、表1：常见胶凝材料最佳粒径范围
43、
44、当所选择的胶凝材料不在胶凝材料最佳粒径范围内，即原始粒度分布总体不符合最佳粒径范围，则将所选择的胶凝材料进行处理，如通过研磨等物理化学手段增大或减少颗粒粒径，处于最佳粒径范围内的材料应占总量的90％以上，从而达到提高原材料利用率的目的；
45、进一步的，也可通过气流分级机对各种胶凝材料进行分级，经过改变分级机的转速、加料速度、进气量等参数，将每种胶凝材料整体控制在最佳粒径范围内(每一胶凝材料最佳粒径范围达到90％以上)。
46、3.2：对步骤3.1中所选择的胶凝材料分别倒入长度50mm直径φ50mm的圆柱体模具中，分别测得在密实状态下各种胶凝材料干燥状态时的体积v干和完全湿润状态下的体积v湿，计算对应粒径修正系数λ；当压力试验机的横梁单位位移时力的变化量δs为单位时间，δf为压头力变化量，此时代表材料已压至密实状态；
47、
48、式中：λ-粒径修正系数，每一凝胶材料对应一个粒径修正系数λ；
49、3.3：测量各个胶凝材料的粒径分布，得到各个胶凝材料的d10和d90，d10和d90分别表示第m种胶凝材料粒径累计百分数为10％所对应的粒径大小，第i种胶凝材料粒径累计百分数为90％所对应的粒径大小；
50、通过公式(7)计算修正后复合胶凝材料累计百分数u(d)：
51、当dmin≤d≤dmax时
52、其中dmin-第i种胶凝材料起累计百分数为10％所对应的粒径大小；
53、dmax-较第i种胶凝材料粒径分布高一级别的胶凝材料起累计百分数为10％所对应的粒径大小，或者粒径分布区间最大的胶凝材料其累计百分数为90％所对应的粒径大小；
54、d本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，步骤(2)中确定骨料的配比的过程为：
3.根据权利要求2所述的基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，步骤(3)的具体过程为：
4.根据权利要求3所述的基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，步骤(4)中确定骨胶比的过程为：
5.根据权利要求4所述的基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，步骤(5)中确定用水量的过程为：
6.根据权利要求5所述的基基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，步骤(4)中还包括：
7.根据权利要求6所述的基基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，步骤(6)确定静载压力F的过程为：
8.根据利要求3所述的基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，步骤(3)中，
9.根据利要求8所述的基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，步骤(7)中，混拌时，将相互不发生化学反应的物料用水量三分之一的水浸湿，在20±3℃、相对湿度在90％以上的环境中养护24～48h，即闷料；
10.根据利要求9所述的基于黄河砂的多项胶凝材料制备黄河防汛石方法，其特征在于，模具为长条状，其截面为矩形、菱形、正方形等形状，边长为50cm。
...【技术特征摘要】
1.一种基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，步骤(2)中确定骨料的配比的过程为：
3.根据权利要求2所述的基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，步骤(3)的具体过程为：
4.根据权利要求3所述的基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，步骤(4)中确定骨胶比的过程为：
5.根据权利要求4所述的基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，步骤(5)中确定用水量的过程为：
6.根据权利要求5所述的基基于水膜厚度和形状修正的黄河砂防汛石设计与制备方法，其特征在于，步骤(4)中还包括：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：张洪智，周爱平，万田涛，梁允全，崔建忠，王乐飞，葛智，盛丽艳，凌一峰，陈萌萌，孙柯，陈怡宁，刘谨，董晴晴，任增花，
申请(专利权)人：山东黄河河务局滨州黄河河务局，
类型：发明
国别省市：
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