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摘要：CSG是将胶凝材料和水添加到河床砂砾石或开挖弃料中，然后采用简单的拌和装置拌合而成。本文结合某电站上游过水围堰的实际应用，进行室内配合比试验和性能试验、现场应用过程检测，CSG是一种新型的极富潜力的绿色环保材料，应用前景非常广阔。
关键词：CSG材料；试验；研究；应用
引言：CSG（Cemented Sand and Gravel）是1976年J M拉斐尔提出的一种新材料，它是将胶凝材料和水添加到河床砂砾石或开挖废弃料中，然后采用简单的拌和装置拌和而成，这样砂石料就由散粒体变为连续体，CSG材料的性能介于堆石坝材料和混凝土材料的性能之间，但比堆石坝材料具有更好的抗冲刷能力，允许表面过流，具有一定强度和刚性[1]。
胶凝砂砾石（CSG）材料可以就近利用当地天然砂砾料或开挖弃渣，可以大幅度缩小采石场规模，能最大程度上避免植被和土地被破坏、对环境影响小，具有适应性广、绿色环保、施工快速、投资经济的特点，是一种极富潜力的绿色环保材料。其應用前景十分广阔。
1、CSG材料试验
1.1本次试验使用河床天然砂砾混合料，在现场剔除大于150mm砾石。胶凝材料采用 “炼石”32.5R普通硅酸盐水泥和“富屯”牌II级灰。胶凝材料用量拟选定70kg/m3（水泥35kg/m3，粉煤灰35kg/m3），初定C35f35天然砂砾料配合比为水：胶凝材料：砂砾料=1：1：32.0（重量比）。
1.2 拌合物性能
室内试验采用单卧轴强制搅拌机，先由人工简单剔除>100mm粒径以上颗粒后，用搅拌机干拌20s、湿拌30s、出料后再与大颗粒混合人工翻拌两遍，直到拌和物的颜色基本均匀。经拌合，C35f35天然砂砾料浆体颜色稍黄，略显松散，骨料基本上不离析，振动微泛浆。
1.3抗压强度试验
在试验中成型两种尺寸的CSG试件，即40cm×40cm×40cm与15cm×15cm×15cm。经抗压强度关系曲线拟合得到：R40=0.56×R15+0.60（其中R40为40立方厘米的试件，R15为15立方厘米的试件）。
2. 抗剪断强度试验
CSG拌和物筛除>40 mm的砾石后，成型了150mm×150mm×150mm的立方体试件。抗剪断试验在中型剪力仪上进行，试验最大正压应力为0.9MPa，分为四级，即0MPa、0.3MPa、0.6MPa、0.9MPa。每级3个试件。取各级正压应力下测得的最大剪应力τmax（峰值），用最小二乘法计算摩擦系数f/和凝聚力c/值。90d龄期，凝聚力0.55MPa，摩擦系数1.19；180d，凝聚力0.89MPa，摩擦系数1.12。
3.变形模量
3.1CSG拌和物弹性模量：28d，5032 MPa；90d，7470 MPa；180d，11209 MPa；轴心拉伸强度：28d，0.31MPa；90d，0.44 MPa；180d，0.52 MPa；极限拉伸值分别是：28d，0.52×10-4；90d，0.52×10-4；180d，0.60×10-4。
3.2CSG和普通混凝土一样是弹塑性材料。当最大压缩荷载没有超过CSG的线性极限强度时，CSG呈现出弹性状态。极拉强度随砂率增加而明显减少。
4. 渗透性能
当胶凝材料水泥35kg/m3、粉煤灰35kg/m3时，CSG渗透系数2.18×10-5 cm/s。即CSG的渗透系数在10-2～10-3数量级间，属半透水材料，其渗透系数与砂率大小成反比，由于砂率较小时，砂砾料间不够密实，存在渗水通道，而砂多时，内部骨料不架空，渗透系数略小。CSG的渗透系数在10-5～10-6数量级间，同样胶凝材料用量下，CSG的渗透系数与砂率成正比，主要得益于砂率小时，胶凝砂砾石混凝土的强度较高，抗渗能力强。
5. 变形性能
在CSG拌和物中剔除>40mm以上砾石颗粒，成型了100×100×515mm的干缩试件，当胶凝材料用量为C35f35时，CSG的干缩率在1.8×10-4～2.8×10-4间，胶凝材料用量不变时，用水量越大，干缩率越大，即砂率越大干缩率越大。剔除>60mm的骨料，成型了Ф200×500mm的自生体积变形试件，试验结果由于胶凝材料用量较少，CSG的自生体积变形较小，250d龄期时在20到30微应变范围内。
6. 热学性能
CSG的胶凝材料用量仅为70kg/m3左右，其绝热温升值较低，一般在5°左右。
7、现场检测成果
7.1经检测CSG围堰内部最高温度约为24.4℃，最大温升6.4℃，与室内试验成果基本吻合。28d抗压强度共取20组，平均强度6.05 Mpa，最大值10.2 Mpa，最小值4.5 Mpa，离差系数0.25，满足设计4 Mpa以上的要求。28d劈裂抗拉强度压共取8组，平均强度0.65Mpa，最大值0.95 Mpa，最小值0.42 Mpa。满足设计0.35 Mpa以上的要求. 90d抗渗强度取1组，达0.2Mpa。压实容重共检测16次60点，实测压实容重2206～2431 kg/m3，均大于设计容重2200 kg/m3。
7.2现场钻孔取芯直径为230mm，共钻进3孔总进尺21.1m。CSG芯样少量呈柱状、短柱状，一般在表层，芯样表面较光滑，没有发现骨料分离，芯样中骨料大小分布较均匀，骨料胶结较好；表层以下芯样呈碎石状。
结束语
本次试验是为了福建某电站上游CSG过水围堰设计而进行，通过试验得知CSG胶结体容重在2250 kg/m3～2400 kg/m3范围内，渗透系数在10-2～10-3数量级间。在同一胶材用量下，CSG的强度与砂率成反比，弹性模量随砂率增加而减少，当最大压缩荷载没有超过CSG材料的线性极限强度时，CSG材料呈现出弹性状态。
通过对现场实体钻孔芯样、钻孔声波测试、钻孔电视摄像的分析，说明碾压贫胶砂砾料的整体性较好，大部分胶结较好，但也揭示碾压贫胶砂砾料强度较低、压实度较低、存在一定空隙、质量均匀较差，但和试件检测情况基本相符，说明碾压贫胶砂砾料属于是具有一定强度的干硬凝聚体。
参考文献：
[1]ToshioHIROSE.DesignConceptofTrapezoidShapedCSGDam[C]/Proceedingsofthe4thInternationalSymposiumonRollerCompactedConcreteDams.2003.
[2]贾金生，马锋玲，李新宇，等.胶凝砂砾石坝材料特性研究及工程 应用[J].水利学报，2006.
[3]杨首龙，CSG坝筑坝材料特性与抗荷载能力研究[J].土木工程学报2007.
关键词：CSG材料；试验；研究；应用
引言：CSG（Cemented Sand and Gravel）是1976年J M拉斐尔提出的一种新材料，它是将胶凝材料和水添加到河床砂砾石或开挖废弃料中，然后采用简单的拌和装置拌和而成，这样砂石料就由散粒体变为连续体，CSG材料的性能介于堆石坝材料和混凝土材料的性能之间，但比堆石坝材料具有更好的抗冲刷能力，允许表面过流，具有一定强度和刚性[1]。
胶凝砂砾石（CSG）材料可以就近利用当地天然砂砾料或开挖弃渣，可以大幅度缩小采石场规模，能最大程度上避免植被和土地被破坏、对环境影响小，具有适应性广、绿色环保、施工快速、投资经济的特点，是一种极富潜力的绿色环保材料。其應用前景十分广阔。
1、CSG材料试验
1.1本次试验使用河床天然砂砾混合料，在现场剔除大于150mm砾石。胶凝材料采用 “炼石”32.5R普通硅酸盐水泥和“富屯”牌II级灰。胶凝材料用量拟选定70kg/m3（水泥35kg/m3，粉煤灰35kg/m3），初定C35f35天然砂砾料配合比为水：胶凝材料：砂砾料=1：1：32.0（重量比）。
1.2 拌合物性能
室内试验采用单卧轴强制搅拌机，先由人工简单剔除>100mm粒径以上颗粒后，用搅拌机干拌20s、湿拌30s、出料后再与大颗粒混合人工翻拌两遍，直到拌和物的颜色基本均匀。经拌合，C35f35天然砂砾料浆体颜色稍黄，略显松散，骨料基本上不离析，振动微泛浆。
1.3抗压强度试验
在试验中成型两种尺寸的CSG试件，即40cm×40cm×40cm与15cm×15cm×15cm。经抗压强度关系曲线拟合得到：R40=0.56×R15+0.60（其中R40为40立方厘米的试件，R15为15立方厘米的试件）。
2. 抗剪断强度试验
CSG拌和物筛除>40 mm的砾石后，成型了150mm×150mm×150mm的立方体试件。抗剪断试验在中型剪力仪上进行，试验最大正压应力为0.9MPa，分为四级，即0MPa、0.3MPa、0.6MPa、0.9MPa。每级3个试件。取各级正压应力下测得的最大剪应力τmax（峰值），用最小二乘法计算摩擦系数f/和凝聚力c/值。90d龄期，凝聚力0.55MPa，摩擦系数1.19；180d，凝聚力0.89MPa，摩擦系数1.12。
3.变形模量
3.1CSG拌和物弹性模量：28d，5032 MPa；90d，7470 MPa；180d，11209 MPa；轴心拉伸强度：28d，0.31MPa；90d，0.44 MPa；180d，0.52 MPa；极限拉伸值分别是：28d，0.52×10-4；90d，0.52×10-4；180d，0.60×10-4。
3.2CSG和普通混凝土一样是弹塑性材料。当最大压缩荷载没有超过CSG的线性极限强度时，CSG呈现出弹性状态。极拉强度随砂率增加而明显减少。
4. 渗透性能
当胶凝材料水泥35kg/m3、粉煤灰35kg/m3时，CSG渗透系数2.18×10-5 cm/s。即CSG的渗透系数在10-2～10-3数量级间，属半透水材料，其渗透系数与砂率大小成反比，由于砂率较小时，砂砾料间不够密实，存在渗水通道，而砂多时，内部骨料不架空，渗透系数略小。CSG的渗透系数在10-5～10-6数量级间，同样胶凝材料用量下，CSG的渗透系数与砂率成正比，主要得益于砂率小时，胶凝砂砾石混凝土的强度较高，抗渗能力强。
5. 变形性能
在CSG拌和物中剔除>40mm以上砾石颗粒，成型了100×100×515mm的干缩试件，当胶凝材料用量为C35f35时，CSG的干缩率在1.8×10-4～2.8×10-4间，胶凝材料用量不变时，用水量越大，干缩率越大，即砂率越大干缩率越大。剔除>60mm的骨料，成型了Ф200×500mm的自生体积变形试件，试验结果由于胶凝材料用量较少，CSG的自生体积变形较小，250d龄期时在20到30微应变范围内。
6. 热学性能
CSG的胶凝材料用量仅为70kg/m3左右，其绝热温升值较低，一般在5°左右。
7、现场检测成果
7.1经检测CSG围堰内部最高温度约为24.4℃，最大温升6.4℃，与室内试验成果基本吻合。28d抗压强度共取20组，平均强度6.05 Mpa，最大值10.2 Mpa，最小值4.5 Mpa，离差系数0.25，满足设计4 Mpa以上的要求。28d劈裂抗拉强度压共取8组，平均强度0.65Mpa，最大值0.95 Mpa，最小值0.42 Mpa。满足设计0.35 Mpa以上的要求. 90d抗渗强度取1组，达0.2Mpa。压实容重共检测16次60点，实测压实容重2206～2431 kg/m3，均大于设计容重2200 kg/m3。
7.2现场钻孔取芯直径为230mm，共钻进3孔总进尺21.1m。CSG芯样少量呈柱状、短柱状，一般在表层，芯样表面较光滑，没有发现骨料分离，芯样中骨料大小分布较均匀，骨料胶结较好；表层以下芯样呈碎石状。
结束语
本次试验是为了福建某电站上游CSG过水围堰设计而进行，通过试验得知CSG胶结体容重在2250 kg/m3～2400 kg/m3范围内，渗透系数在10-2～10-3数量级间。在同一胶材用量下，CSG的强度与砂率成反比，弹性模量随砂率增加而减少，当最大压缩荷载没有超过CSG材料的线性极限强度时，CSG材料呈现出弹性状态。
通过对现场实体钻孔芯样、钻孔声波测试、钻孔电视摄像的分析，说明碾压贫胶砂砾料的整体性较好，大部分胶结较好，但也揭示碾压贫胶砂砾料强度较低、压实度较低、存在一定空隙、质量均匀较差，但和试件检测情况基本相符，说明碾压贫胶砂砾料属于是具有一定强度的干硬凝聚体。
参考文献：
[1]ToshioHIROSE.DesignConceptofTrapezoidShapedCSGDam[C]/Proceedingsofthe4thInternationalSymposiumonRollerCompactedConcreteDams.2003.
[2]贾金生，马锋玲，李新宇，等.胶凝砂砾石坝材料特性研究及工程 应用[J].水利学报，2006.
[3]杨首龙，CSG坝筑坝材料特性与抗荷载能力研究[J].土木工程学报2007.