一种重力储能用固化渣土质量块及其制备方法

技术领域

本发明涉及大型配重块制备技术领域，具体涉及一种重力储能用固化渣土质量块及其制备方法。

背景技术

重力储能系统是一种利用储能介质运动产生的高度差实现能量储存和释放的能源储存体系。这种储能方式最初主要应用在水利工程中，通过坝体围蓄大量水力势能，在需要时将储存的能量释放并通过发电设备将其转化为电能。然而，以水为储能介质的重力储能系统对自然环境的要求高，因此，以高密度固体为储能介质并与太阳能和风能等可再生能源相结合的新型重力储能系统正在逐步发展。这种新型的重力储能系统有望在能源储存和利用方面实现更高的效率和更广泛的应用。

在新型重力储能系统中充当固体储能介质的就是质量块；在重力储能系统中，所有质量块的总质量决定了整个储能系统的容量。因此，大型重力储能系统往往需要数量庞大的质量块来提升储能容量。因此如何选择合适的材料并通过合理的设计来降低单个质量块的生产成本，是促进新型重力储能发展和进步的关键所在。

工程渣土通常是指在工程建设中因土地开挖而产生的弃土，这些弃土一般由矿物质颗粒、有机质、水等组分构成。随着城市化进程的加快，大量堆积的工程渣土已成为城市环境治理的难题。如何有效利用这些渣土资源，减少环境污染，是城市可持续发展的重要课题。若能将工程渣土应用到重力储能质量块的生产之中，不仅可以解决城市环境治理问题，还可以大大降低质量块的生产成本。一方面，工程渣土具备一定的压缩性，在一定的压力下可以达到较高密度，满足重力储能系统质量块所需的质量需求；另一方面，渣土的来源广泛且廉价，可以满足生产大量质量块的材料供应条件。然而，工程渣土本身存在的强度低、易松散等问题限制了其在重力储能系统中的广泛应用，因此以上问题亟需解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种重力储能用固化渣土质量块及其制备方法，以工程渣土为主要原材料，大大降低了质量块的生产成本，提升了重力储能市场竞争力，同时也解决了工程中大量渣土堆积的问题。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：本发明的一种重力储能用固化渣土质量块，其创新点在于：包括固化渣土配重层和预制钢筋混凝土底板；所述预制钢筋混凝土底板为水平横向设置的长方体结构，且在其上表面中间位置还沿横向垂直嵌入开设有长方形凹槽，进而使其上表面呈回形；所述固化渣土配重层为水平横向设置的长方体结构，且其下表面大小与所述预制钢筋混凝土底板的上表面大小相匹配，并在其下表面相对于长方形凹槽位置处还水平横向设有长方形凸台，所述长方形凸台与所述长方形凹槽相匹配，且与所述固化渣土配重层的下表面整体成型，进而使固化渣土配重层截面呈凸形突起；在所述固化渣土配重层的上表面还左右间隔垂直嵌入开设有调整孔，且通过长方形凸台与长方形凹槽的卡接配合，固化渣土配重层对齐固定在预制钢筋混凝土底板上，进而经养护、调整孔补重后得到固化渣土质量块。

优选的，所述预制钢筋混凝土底板采用C40钢筋混凝土浇筑而成，且在其底部还从左至右依次间隔设有三个吊装孔道，每一所述吊装孔道均水平纵向设置，进而通过特质钢棍与吊装孔道的配合，对固化渣土质量块进行吊装。

优选的，在所述预制钢筋混凝土底板的下表面四个直角处还分别贴合固定设有预埋钢板，每一所述预埋钢板的厚度均为4mm，且其设置位置需确保对固化渣土质量块的吊装不产生影响，进而通过预埋钢板增强预制钢筋混凝土底板的耐磨性。

优选的，所述固化渣土配重层的配方按如下重量份组分：

类砂渣土 20~40份

类石渣土 40~70份

水泥 5~20份

土壤固化剂 0~0.1份

拌合水 5~20份。

优选的，所述类砂渣土的粒径≤5mm；所述类石渣土的粒径为5mm~50mm；所述水泥为PO425水泥。

本发明的一种重力储能用固化渣土质量块的制备方法，其创新点在于包括以下步骤：

步骤一：先将固化渣土配重层支模所需的模具、以及预制钢筋混凝土底板支模所需的模具进行清理、打磨，再在其上涂刷脱模剂；

步骤二：预制钢筋混凝土底板由外向内200mm深度均为梁构造，且在钢筋绑扎时，梁构造内设置封闭箍筋，梁构造上下顶面设置纵筋，梁构造两侧设置腰筋；预制钢筋混凝土底板板底设置单层双向钢筋，预制钢筋混凝土底板板底钢筋设置在梁构造底部纵筋之上；

步骤三：按预制钢筋混凝土底板的造型进行支模，拼接成一上表面为开放式的成型模具Ⅰ，并在其顶部中间位置水平支护有一钢板，进而使得成型模具Ⅰ的内部空间为回形凹槽型；

步骤四：将混凝土通过泵送设备浇筑到成型模具Ⅰ内，并振捣密实，得到预制钢筋混凝土底板的坯体；

步骤五：将浇筑好的预制钢筋混凝土底板的坯体浇水覆膜后进行养护、拆模，进而得到预制钢筋混凝土底板的成品；

步骤六：按固化渣土配重层的造型进行支模，拼接成一上下均为开放式的成型模具Ⅱ，再以预制钢筋混凝土底板为底模，将成型模具Ⅱ支护在预制钢筋混凝土底板上，并在成型模具Ⅱ的顶部预定位置竖直对称支护有两个实心圆筒作为后期的调整孔；

步骤七：将工程渣土回收、破碎后，再按5mm、50mm两档进行筛分，进而得到粒径≤5mm的类砂渣土、粒径为5mm~50mm的类石渣土、以及粒径≥50mm的超粒径渣土；

步骤八：依照设定配比，按顺序称取粒径≤5mm的类砂渣土、粒径为5mm~50mm的类石渣土、水泥、土壤固化剂和拌合水，并将其依次加入搅拌设备中搅拌均匀得到固化渣土；

步骤九：将上述步骤得到的固化渣土分层浇筑到成型模具Ⅱ内，且每层浇筑后需使用振动棒振动密实后方可继续下一层浇筑；

步骤十：静置养护3天后即可拆模，然后再继续养护不少于4天，得到固化渣土质量块成品；

步骤十一：将固化渣土质量块成品吊装至地磅上进行称重，并按设定质量，通过调整孔填充固化渣土进行补重以及再次养护，进而得到固化渣土质量块。

优选的，在上述步骤一中，清理打磨需确保清理掉其上的表面附着物及杂物，然后用滚轮刷在固化渣土配重层支模所需模具的接触面、以及预制钢筋混凝土底板支模所需模具的接触面上涂刷一层脱模剂，涂刷完一次待其干燥后再进行重复涂刷操作，并确保涂刷操作次数不少于3次。

优选的，在上述步骤二中，在钢筋绑扎时预先在预制钢筋混凝土底板的底部相应位置固定3根钢管作为后期的吊装孔道，并在钢筋绑扎时通过焊接预先固定预埋钢板。

优选的，在上述步骤五中，使用塑料薄膜覆盖预制钢筋混凝土底板的坯体，然后在温度≥5℃的室外环境中浇水养护7天后拆模。

优选的，在上述步骤九中，浇筑以0.3m~0.5m为间隔分层进行。

本发明的有益效果：

（1）本发明以工程渣土为主要原材料，大大降低了质量块的生产成本，提升了重力储能市场竞争力，同时也解决了工程中大量渣土堆积的问题；

（2）本发明可大量消耗重力储能工程建设中产生的工程渣土，避免了工程渣土的转运和处理作业，从而进一步降低了重力储能工程建设的总成本；

（3）本发明采用固化渣土配重层与预制钢筋混凝土底板的双层结构，不仅极大程度减少了其水泥、粗细骨料等建筑材料的使用，节省了大量自然资源，降低了CO

（4）本发明采用调整孔补重的方式，确保了较高的配重精度；

（5）本发明固化渣土配重层具备可重复利用的特性，且在其耐久性失效后仍可破碎处理后再重新投入使用。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种重力储能用固化渣土质量块的制备流程图。

图2为本发明一种重力储能用固化渣土质量块的结构示意图。

其中，1-固化渣土配重层；2-预制钢筋混凝土底板；3-预埋钢板；4-调整孔。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明的一种重力储能用固化渣土质量块，包括固化渣土配重层和预制钢筋混凝土底板；如图2所示，预制钢筋混凝土底板为水平横向设置的长方体结构，且在其上表面中间位置还沿横向垂直嵌入开设有长方形凹槽，进而使其上表面呈回形；预制钢筋混凝土底板采用C40钢筋混凝土浇筑而成，且在其底部还从左至右依次间隔设有三个吊装孔道，每一个吊装孔道均水平纵向设置，进而通过特质钢棍与吊装孔道的配合，对固化渣土质量块进行吊装。

如图2所示，在预制钢筋混凝土底板的下表面四个直角处还分别贴合固定设有预埋钢板，每一个预埋钢板的厚度均为4mm，且其设置位置需确保对固化渣土质量块的吊装不产生影响，进而通过预埋钢板增强预制钢筋混凝土底板的耐磨性。

本发明固化渣土配重层为水平横向设置的长方体结构，且其下表面大小与预制钢筋混凝土底板的上表面大小相匹配，并在其下表面相对于长方形凹槽位置处还水平横向设有长方形凸台，如图2所示，长方形凸台与长方形凹槽相匹配，且与固化渣土配重层的下表面整体成型，进而使固化渣土配重层截面呈凸形突起；在固化渣土配重层的上表面还左右间隔垂直嵌入开设有调整孔，且通过长方形凸台与长方形凹槽的卡接配合，固化渣土配重层对齐固定在预制钢筋混凝土底板上，进而经养护、调整孔补重后得到固化渣土质量块。本发明采用回形与凸形突起的卡接设计，通过三向约束实现了固化渣土质量块双层结构的物理固定。

本发明固化渣土配重层的配方按如下重量份组分：

类砂渣土 20~40份

类石渣土 40~70份

水泥 5~20份

土壤固化剂 0~0.1份

拌合水 5~20份。

其中，类砂渣土的粒径≤5mm；类石渣土的粒径为5mm~50mm；水泥为PO425水泥。本发明通过将工程渣土回收、破碎以及两档筛分处理后得到类砂渣土和类石渣土，确保了渣土中的小粒径颗粒的最小量，保证固化渣土足够密实。

本发明的一种重力储能用固化渣土质量块的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤一：先将固化渣土配重层支模所需的模具、以及预制钢筋混凝土底板支模所需的模具进行清理、打磨，再在其上涂刷脱模剂；

在上述步骤中，清理打磨需确保清理掉其上的表面附着物及杂物，然后用滚轮刷在固化渣土配重层支模所需模具的接触面、以及预制钢筋混凝土底板支模所需模具的接触面上涂刷一层脱模剂，涂刷完一次待其干燥后再进行重复涂刷操作，并确保涂刷操作次数不少于3次。本发明通过上述反复涂刷操作，能够较大程度避免混凝土、固化渣土与支模所需的模具产生粘连，防止界面粘结力过大导致混凝土表面、固化渣土表面出现大面积的拆模外观性破坏。

步骤二：预制钢筋混凝土底板由外向内200mm深度均为梁构造，且在钢筋绑扎时，梁构造内设置封闭箍筋，梁构造上下顶面设置纵筋，梁构造两侧设置腰筋；预制钢筋混凝土底板板底设置单层双向钢筋，预制钢筋混凝土底板板底钢筋设置在梁构造底部纵筋之上；

在上述步骤中，在钢筋绑扎时预先在预制钢筋混凝土底板的底部相应位置固定3根钢管作为后期的吊装孔道，并在钢筋绑扎时通过焊接预先固定预埋钢板。

步骤三：按预制钢筋混凝土底板的造型进行支模，拼接成一上表面为开放式的成型模具Ⅰ，并在其顶部中间位置水平支护有一钢板，进而使得成型模具Ⅰ的内部空间为回形凹槽型。

步骤四：将混凝土通过泵送设备浇筑到成型模具Ⅰ内，并振捣密实，得到预制钢筋混凝土底板的坯体。

步骤五：将浇筑好的预制钢筋混凝土底板的坯体浇水覆膜后进行养护、拆模，进而得到预制钢筋混凝土底板的成品；

在上述步骤中，使用塑料薄膜覆盖预制钢筋混凝土底板的坯体，然后在温度≥5℃的室外环境中浇水养护7天后拆模。

步骤六：按固化渣土配重层的造型进行支模，拼接成一上下均为开放式的成型模具Ⅱ，再以预制钢筋混凝土底板为底模，将成型模具Ⅱ支护在预制钢筋混凝土底板上，并在成型模具Ⅱ的顶部预定位置竖直对称支护有两个实心圆筒作为后期的调整孔。

步骤七：将工程渣土回收、破碎后，再按5mm、50mm两档进行筛分，进而得到粒径≤5mm的类砂渣土、粒径为5mm~50mm的类石渣土、以及粒径≥50mm的超粒径渣土。

步骤八：依照设定配比，按顺序称取粒径≤5mm的类砂渣土、粒径为5mm~50mm的类石渣土、水泥、土壤固化剂和拌合水，并将其依次加入搅拌设备中搅拌均匀得到固化渣土。

步骤九：将上述步骤得到的固化渣土分层浇筑到成型模具Ⅱ内，浇筑时以0.3m~0.5m为间隔分层进行，且每层浇筑后需使用振动棒振动密实后方可继续下一层浇筑；本发明采用分层浇筑的方式，能够避免一次性浇筑给模具带来较大侧压力，从而降低了模具的性能要求。

步骤十：静置养护3天后即可拆模，然后再继续养护不少于4天，得到固化渣土质量块成品。

步骤十一：将固化渣土质量块成品吊装至地磅上进行称重，并按设定质量，通过调整孔填充固化渣土进行补重以及再次养护，进而得到固化渣土质量块。

本发明采用过磅补重的方式，可带来以下好处：

1）能保证固化渣土质量块以较高精度达到设计质量要求，使得每个固化渣土质量块在运行发电时的功率近似相同，保证电能质量，避免对电机等发电设备产生较大冲击；

2）渣土固化需要经历一系列复杂的化学反应，过程中需要消耗大量的水分，通过过磅补重可以掌握确定时间内质量块的质量损失率，快速发现异常质量块，还可为后续质量块的生产提供参考。

实施例一

本发明的一种重力储能用固化渣土质量块的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：先将支模所需的模具进行清理、打磨，再在其上重复涂刷脱模剂3次；

步骤二：在钢筋绑扎时，梁构造内设置封闭箍筋，梁构造上下顶面设置纵筋，梁构造两侧设置腰筋；预制钢筋混凝土底板板底设置单层双向钢筋，预制钢筋混凝土底板板底钢筋设置在梁构造底部纵筋之上；

步骤三：按预制钢筋混凝土底板的造型进行支模，拼接成一上表面为开放式的成型模具Ⅰ，并在其顶部预设位置支护钢板，进而使得成型模具Ⅰ的内部空间为回形凹槽型；

步骤四：将C40混凝土通过泵送设备浇筑到成型模具Ⅰ内，并振捣密实，得到预制钢筋混凝土底板的坯体；

步骤五：使用塑料薄膜覆盖预制钢筋混凝土底板的坯体，然后在温度20℃的室外环境中浇水养护7天后拆模，得到预制钢筋混凝土底板的成品；

步骤六：按固化渣土配重层的造型进行支模，拼接成一上下均为开放式的成型模具Ⅱ，再以预制钢筋混凝土底板为底模，将成型模具Ⅱ支护在预制钢筋混凝土底板上，并在成型模具Ⅱ的顶部预定位置竖直对称支护有两个实心圆筒作为后期的调整孔；

步骤七：将工程渣土回收、破碎后，再按5mm、50mm两档进行筛分，进而得到粒径≤5mm的类砂渣土、粒径为5mm~50mm的类石渣土、以及粒径≥50mm的超粒径渣土；

步骤八：按顺序称取29份类砂渣土、57份类石渣土、8份水泥、0.01份土壤固化剂和6份拌合水，并将其依次加入搅拌设备中搅拌均匀得到固化渣土；

步骤九：将固化渣土以0.5m为间隔分层浇筑到成型模具Ⅱ内，且每层浇筑后需使用振动棒振动密实后方可继续下一层浇筑；

步骤十：静置养护3天后即可拆模，然后再继续养护4天，得到固化渣土质量块成品；

步骤十一：将固化渣土质量块成品吊装至地磅上称重为24.2吨，然后通过调整孔填充固化渣土进行补重以及再次养护，进而得到25吨的固化渣土质量块。

实施例二

本发明的一种重力储能用固化渣土质量块的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：先将支模所需的模具进行清理、打磨，再在其上重复涂刷脱模剂3次；

步骤二：在钢筋绑扎时，梁构造内设置封闭箍筋，梁构造上下顶面设置纵筋，梁构造两侧设置腰筋；预制钢筋混凝土底板板底设置单层双向钢筋，预制钢筋混凝土底板板底钢筋设置在梁构造底部纵筋之上；

步骤三：按预制钢筋混凝土底板的造型进行支模，拼接成一上表面为开放式的成型模具Ⅰ，并在其顶部预设位置支护钢板，进而使得成型模具Ⅰ的内部空间为回形凹槽型；

步骤四：将C40混凝土通过泵送设备浇筑到成型模具Ⅰ内，并振捣密实，得到预制钢筋混凝土底板的坯体；

步骤五：使用塑料薄膜覆盖预制钢筋混凝土底板的坯体，然后在温度20℃的室外环境中浇水养护7天后拆模，得到预制钢筋混凝土底板的成品；

步骤六：按固化渣土配重层的造型进行支模，拼接成一上下均为开放式的成型模具Ⅱ，再以预制钢筋混凝土底板为底模，将成型模具Ⅱ支护在预制钢筋混凝土底板上，并在成型模具Ⅱ的顶部预定位置竖直对称支护有两个实心圆筒作为后期的调整孔；

步骤七：将工程渣土回收、破碎后，再按5mm、50mm两档进行筛分，进而得到粒径≤5mm的类砂渣土、粒径为5mm~50mm的类石渣土、以及粒径≥50mm的超粒径渣土；

步骤八：按顺序称取10份类砂渣土、60份类石渣土、20份水泥、0.1份土壤固化剂和10份拌合水，并将其依次加入搅拌设备中搅拌均匀得到固化渣土；

步骤九：将固化渣土以0.3m为间隔分层浇筑到成型模具Ⅱ内，且每层浇筑后需使用振动棒振动密实后方可继续下一层浇筑；

步骤十：静置养护3天后即可拆模，然后再继续养护4天，得到固化渣土质量块成品；

步骤十一：将固化渣土质量块成品吊装至地磅上称重为19.4吨，然后通过调整孔填充固化渣土进行补重以及再次养护，进而得到20吨的固化渣土质量块。

实施例三

本发明的一种重力储能用固化渣土质量块的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：先将支模所需的模具进行清理、打磨，再在其上重复涂刷脱模剂3次；

步骤二：在钢筋绑扎时，梁构造内设置封闭箍筋，梁构造上下顶面设置纵筋，梁构造两侧设置腰筋；预制钢筋混凝土底板板底设置单层双向钢筋，预制钢筋混凝土底板板底钢筋设置在梁构造底部纵筋之上；

步骤三：按预制钢筋混凝土底板的造型进行支模，拼接成一上表面为开放式的成型模具Ⅰ，并在其顶部预设位置支护钢板，进而使得成型模具Ⅰ的内部空间为回形凹槽型；

步骤四：将C40混凝土通过泵送设备浇筑到成型模具Ⅰ内，并振捣密实，得到预制钢筋混凝土底板的坯体；

步骤五：使用塑料薄膜覆盖预制钢筋混凝土底板的坯体，然后在温度20℃的室外环境中浇水养护7天后拆模，得到预制钢筋混凝土底板的成品；

步骤六：按固化渣土配重层的造型进行支模，拼接成一上下均为开放式的成型模具Ⅱ，再以预制钢筋混凝土底板为底模，将成型模具Ⅱ支护在预制钢筋混凝土底板上，并在成型模具Ⅱ的顶部预定位置竖直对称支护有两个实心圆筒作为后期的调整孔；

步骤七：将工程渣土回收、破碎后，再按5mm、50mm两档进行筛分，进而得到粒径≤5mm的类砂渣土、粒径为5mm~50mm的类石渣土、以及粒径≥50mm的超粒径渣土；

步骤八：按顺序称取40份类砂渣土、30份类石渣土、10份水泥和20份拌合水，并将其依次加入搅拌设备中搅拌均匀得到固化渣土；

步骤九：将固化渣土以0.3m为间隔分层浇筑到成型模具Ⅱ内，且每层浇筑后需使用振动棒振动密实后方可继续下一层浇筑；

步骤十：静置养护3天后即可拆模，然后再继续养护4天，得到固化渣土质量块成品；

步骤十一：将固化渣土质量块成品吊装至地磅上称重为28.6吨，然后通过调整孔填充固化渣土进行补重以及再次养护，进而得到30吨的固化渣土质量块。

本发明的有益效果：

（1）本发明以工程渣土为主要原材料，大大降低了质量块的生产成本，提升了重力储能市场竞争力，同时也解决了工程中大量渣土堆积的问题；

（2）本发明可大量消耗重力储能工程建设中产生的工程渣土，避免了工程渣土的转运和处理作业，从而进一步降低了重力储能工程建设的总成本；

（3）本发明采用固化渣土配重层与预制钢筋混凝土底板的双层结构，不仅极大程度减少了其水泥、粗细骨料等建筑材料的使用，节省了大量自然资源，降低了CO

（4）本发明采用调整孔补重的方式，确保了较高的配重精度；

（5）本发明固化渣土配重层具备可重复利用的特性，且在其耐久性失效后仍可破碎处理后再重新投入使用。

上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。