本发明涉及水利工程的渠道衬砌，尤其涉及一种自密实橡胶混凝土渠道衬砌及其制备方法。
背景技术：
近年来，国家大力发展节水灌溉农业、实施跨区域调水，在水的流动过程中，渠道渗漏会造成巨大的损失，渠道衬砌就是水利工程中节水防渗设施的一种。在渠道衬砌中，混凝土渠道衬砌由于投资少、施工快等优势被广泛运用到渠道输水工程中。但是，常规混凝土渠道衬砌在使用过程中，常常会由于外部和内部原因遭到破坏，最常见的是北方渠道衬砌的冻胀破坏和盐碱地区渠道的侵蚀破坏等。另一方面，随着经济社会的不断发展，在汽车数量不断增加的同时，大量废弃轮胎的处理成为了我国乃至全世界共同面对的难题。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种自密实橡胶混凝土渠道衬砌及其制备方法。
本发明目的之一是提供一种自密实橡胶混凝土渠道衬砌，包括渠道衬砌主体，所述渠道衬砌主体由自密实橡胶混凝土制成。本发明所提供的衬砌材料能够有效改善常规混凝土衬砌的高脆性、低应变性能，有效提高衬砌结构的延展性、抗渗防水性、抗盐侵蚀性、抗冻融能力和适应周围土体变形的能力。
根据本发明的一些优选实施方式，所述自密实橡胶混凝土由以下组分为原料制备而成：按质量比计，(320-330):(170-180):(755-765):(600-870):(25-155):(180-186):(6.0-7.5)的水泥、粉煤灰、粗骨料、砂、橡胶骨料、水和添加剂。
根据本发明，由于自密实橡胶混凝土中掺有一定体积的橡胶骨料，因此使得该衬砌材料具有较强的延展性、抗渗性、抗盐侵蚀能力、抗冻融能力和适应周围土体变形的能力。此外，由于该衬砌材料在刚完成拌和后的一定时间内，具有较好的流动性和抗离析性，在现场浇筑过程中可以不用振捣便能在衬砌模具内填充密实，从而简化了施工步骤，加快了施工进度。本发明提供的自密实橡胶混凝土渠道衬砌具有较好的推广应用前景。
根据本发明的一些优选实施方式，所述添加剂包括95-105质量份的水、95-105质量份的减水剂、0.1-0.2质量份的消泡剂和0.25-0.35质量份的引气剂；优选为100质量份的水、100质量份的减水剂、0.16质量份的消泡剂和0.3质量份的引气剂。
根据本发明的一些优选实施方式，所述砂的级配连续，细度模数为2.4-2.8，砂率不大于46％。
根据本发明的一些优选实施方式，所述粗骨料的粒径为5-20mm。
根据本发明的一些优选实施方式，所述橡胶骨料由废弃轮胎加工而成，优选的，所述橡胶骨料的粒径为0.075-4.75mm。
根据本发明的一些优选实施方式，所述减水剂为聚羧酸型减水剂。
根据本发明的一些优选实施方式，所述水泥选自普通硅酸盐水泥，优选为42.5普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰选自ⅰ级粉煤灰。
根据本发明的一些优选实施方式，还包括止水装置，所述止水装置为接缝止水，优选为止水橡胶条或止水胶泥。
根据本发明的一些优选实施方式，所述自密实橡胶混凝土在浇筑过程中坍落度大于255mm，坍落扩展度为550-750mm，v型漏斗时间为7-30s。
根据本发明的一些优选实施方式，所述渠道衬砌的横断面形状可以为梯形、u型、弧形等任意形状，衬砌厚度和具体横断面形状根据实际应用来选取。在本发明提供的优选实施方式中，所述渠道衬砌的横断面形状为梯形，所述渠道衬砌的侧壁为上薄下厚。
根据本发明的一些优选实施方式，所述自密实橡胶混凝土中，所述橡胶骨料的体积不超过所述砂的体积的30％。根据本发明，所述自密实橡胶混凝土中用橡胶颗粒等体积取代砂子，取代比例以不超过砂子体积的30％为宜。
根据本发明的一些优选实施方式，所述消泡剂可选自竹本油脂消泡剂afk-2、阴离子型表面活性剂、矿物油消泡剂和高分子聚醚消泡剂；所述引气剂可选自竹本油脂引气剂ae-200、阴离子型表面活性剂和两性表面活性剂；所述消泡剂和所述引气剂也可以选自其他常规种类，分别优选为afk-2和ae-200。
本发明另一方面提供了所述自密实橡胶混凝土渠道衬砌的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)，将模板固定在渠道衬砌起始位置，并将所述模板两侧封闭；
步骤2)，生产自密实橡胶混凝土，将所述自密实橡胶混凝土浇筑进所述模板；
步骤3)，对自密实橡胶混凝土进行加湿养护，然后拆模；
步骤4)，重复步骤1)-3)，直至完成渠道衬砌的制备；
优选的，步骤4)中，还包括在每相邻两段自密实橡胶混凝土渠道衬砌之间设置止水装置。
本发明的有益效果至少在于：
1、抗渗、抗盐侵蚀能力强。本发明所使用的渠道衬砌材料中用橡胶颗粒部分取代砂子，使得自密实橡胶混凝土具有较强的抗渗防水、抗盐侵蚀能力。
2、施工简单。自密实橡胶混凝土具有较强的流动性和抗离析性，无需人工振捣即可填充密实，施工过程简单易操作。
3、衬砌使用寿命延长。本发明中使用的自密实橡胶混凝土材料相比于常规混凝土衬砌具有较强的韧性、延展性、抗冻融能力和适应周围土体变形的能力，从而延长渠道衬砌的使用寿命。
4、生态环保。本发明中将废弃轮胎加工成橡胶骨料用来取代自然砂，从而可以有效减少废弃轮胎堆积、填埋、焚烧对生态环境造成的污染。
附图说明
图1为本发明实施例中新型渠道衬砌横断面示意图；
图2为本发明实施例中新型渠道衬砌止水装置示意图；
附图标记：1、自密实橡胶混凝土；2、周围土体；3、止水装置。
具体实施方式
以下结合实施例和附图进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，实施例中，加入的各原料除特别说明外，均为市售常规原料。以下实施例中，水泥为金隅42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为河南汇丰ⅰ级粉煤灰，减水剂为聚羧酸型减水剂，橡胶骨料为粒径0.075-0.45mm连续级配的废弃轮胎破碎颗粒，碎石为粒径5-20mm连续级配的自然碎石，砂子为粒径0.075-0.45mm连续级配的自然砂，消泡剂为竹本油脂消泡剂afk-2，引气剂为竹本油脂引气剂ae-200。
如图1和图2所示，本发明提供的自密实橡胶混凝土渠道衬砌包括渠道衬砌主体，所述渠道衬砌主体由自密实橡胶混凝土1浇筑在周围土体2之上；在每相邻两段自密实橡胶混凝土渠道衬砌之间设置的止水装置3。在本发明提供的实施例中，渠道衬砌结构优选的是梯形横断面，衬砌侧壁上薄下厚。
实施例1
本实施例的自密实混凝土渠道衬砌结构的制备方法，具体步骤：
s1：将模板固定在渠道衬砌位置，并将模板两侧封闭；
s2：生产自密实橡胶混凝土，并将流动性能满足要求的自密实橡胶混凝土浇筑进模板中；
s3：浇筑完成后，对自密实橡胶混凝土进行加湿养护，待自密实橡胶混凝土在模板中养护至一定强度后拆模；
s4：重复步骤s1-s3，直至完成整段渠道衬砌的施工。
在本实施例中，每相邻两段自密实橡胶混凝土渠道衬砌之间设置止水橡胶条，以减少渠道的渗漏损失。
本实施例中，自密实橡胶混凝土中原材料组分的质量比为：水泥：粉煤灰：碎石：砂子：橡胶骨料：水：添加剂为325:175:760:825:25:185:7；本实施例中添加剂成分包括100质量份的水、100质量份的减水剂、0.16质量份的消泡剂和0.3质量份的引气剂。
实施例2
采用与实施例1相同的方法，不同之处在于，自密实橡胶混凝土中原材料组分的质量比为：水泥：粉煤灰：碎石：砂子：橡胶骨料：水：添加剂为325:175:760:780:50:185:7；本实施例中添加剂成分包括100质量份的水、100质量份的减水剂、0.16质量份的消泡剂和0.3质量份的引气剂。
对比例1
采用与实施例1相同的方法，不同之处在于，将橡胶骨料等体积置换为砂子。
实验例1
根据《水工混凝土试验规程》sl352-对上述实施例和对比例制备的自密实橡胶混凝土进行流动性能试验和强度试验，经检测，实施效果如下表所示：
表1流动性能试验
表2强度试验
通过表1数据，可以看出，本发明实施例中，所述自密实橡胶混凝土在浇筑过程中坍落度大于255mm，坍落扩展度550-750mm，v型漏斗时间7-30s，浇筑全程不用振捣，自密实橡胶混凝土在自重作用下将模板填充密实。通过表2数据，可以看出，本发明实施例中，所述自密实橡胶混凝土的弹性模量分别为33.0gpa和29.5gpa，相比于对比例的弹性模量34gpa均有所降低，说明所述自密实橡胶混凝土的应变能力增强、延展性提高，从而能够从一定程度上提高自密实橡胶混凝土渠道衬砌结构适应周围土体变形的能力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种自密实橡胶混凝土渠道衬砌，其特征在于，包括渠道衬砌主体，所述渠道衬砌主体由自密实橡胶混凝土制成。
2.根据权利要求1所述的自密实橡胶混凝土渠道衬砌，其特征在于，所述自密实橡胶混凝土由以下组分为原料制备而成：按质量比计，(320-330):(170-180):(755-765):(600-870):(25-155):(180-186):(6.0-7.5)的水泥、粉煤灰、粗骨料、砂、橡胶骨料、水和添加剂。
3.根据权利要求2所述的自密实橡胶混凝土渠道衬砌，其特征在于，所述添加剂包括95-105质量份的水、95-105质量份的减水剂、0.1-0.2质量份的消泡剂和0.25-0.35质量份的引气剂；优选为100质量份的水、100质量份的减水剂、0.16质量份的消泡剂和0.3质量份的引气剂。
4.根据权利要求2所述的自密实橡胶混凝土渠道衬砌，其特征在于，所述砂的级配连续，细度模数为2.4-2.8，砂率不大于46％。
5.根据权利要求2所述的自密实橡胶混凝土渠道衬砌，其特征在于，所述粗骨料的粒径为5-20mm。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的自密实橡胶混凝土渠道衬砌，其特征在于，所述橡胶骨料由废弃轮胎加工而成，优选的，所述橡胶骨料的粒径为0.075-4.75mm。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的自密实橡胶混凝土渠道衬砌，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸型减水剂。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的自密实橡胶混凝土渠道衬砌，其特征在于，所述水泥选自普通硅酸盐水泥，优选为42.5普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰选自ⅰ级粉煤灰。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的自密实橡胶混凝土渠道衬砌，其特征在于，还包括止水装置，所述止水装置为接缝止水，优选为止水橡胶条或止水胶泥。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的自密实橡胶混凝土渠道衬砌的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)，将模板固定在渠道衬砌起始位置，并将所述模板两侧封闭；
步骤2)，生产自密实橡胶混凝土，将所述自密实橡胶混凝土浇筑进所述模板；
步骤3)，对自密实橡胶混凝土进行加湿养护，然后拆模；
步骤4)，重复步骤1)-3)，直至完成渠道衬砌的制备；
优选的，步骤4)中，还包括在每相邻两段自密实橡胶混凝土渠道衬砌之间设置止水装置。
技术总结
本发明涉及一种自密实橡胶混凝土渠道衬砌及其制备方法，包括渠道衬砌主体，所述渠道衬砌主体由自密实橡胶混凝土制成。本发明所提供的衬砌材料能够有效改善常规混凝土衬砌的高脆性、低应变性能，有效提高衬砌结构的延展性、抗渗防水性、抗盐侵蚀性、抗冻融能力和适应周围土体变形的能力。此外，该衬砌材料在现场浇筑过程中可以不用振捣便能在衬砌模具内填充密实，从而简化了施工步骤，加快了施工进度。本发明提供的自密实橡胶混凝土渠道衬砌具有较好的推广应用前景。
技术研发人员：邱流潮;田雷;李敬军;杨永森
受保护的技术使用者：中国农业大学
技术研发日：.10.23
技术公布日：.01.17
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