一种高性能喷射混凝土用掺合料及应用及一种混凝土的制作方法

1.本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种高性能喷射混凝土用掺合料及应用及一种混凝土。


背景技术：

2.喷射混凝土是隧道工程的重要组成部分，其施工性能、凝结硬化后的力学性能和耐久性，以及服役过程中的表现，是影响隧道工程施工进度、施工质量和后期使用状态的重要因素。喷射混凝土的施工，根据喷射前混凝土拌合料加水搅拌与否，分为干喷法施工和湿喷法施工两类。其中，干喷法施工由于喷射施工过程粉尘污染严重、对施工人员伤害较大，因此目前已较少采用。湿喷法施工则有效降低了喷射过程中的粉尘污染，且喷射混凝土回弹率降低，施工效率显著提高。当前，湿喷法施工已经成为隧道喷射混凝土的主要施工方式。但是，由于速凝剂与混凝土的其他原材料(如水泥、减水剂、泵送剂以及骨料)和环境等的适应性问题，采用湿喷法喷射混凝土施工过程中，有时仍难以避免回弹率高、混凝土早期强度不足等现象。这些现象的出现，将严重降低喷射混凝土施工效率、造成材料的浪费，并引发喷射混凝土结构体收缩开裂和渗漏等工程问题。另一方面，传统的喷射混凝土在配合比设计过程中仅考虑抗压强度指标要求，也几乎没有考虑耐久性指标要求，这些问题都需要进一步得到解决。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术存在的：1.有时仍难以避免回弹率高、混凝土早期强度不足等现象。2.仅考虑抗压强度指标要求，没有考虑耐久性指标要求的问题，本发明的目的之一在于提供一种高性能喷射混凝土用掺合料，以质量份数计，包括：第一组分60-65份、第二组分35-40份。以质量份数计，所述第一组分包括：超细矿物掺合料60-70份、可再分散乳胶粉15-20份、瓜儿胶15-20份。以质量份数计，所述第二组分包括：偏高岭土50-70份、磨细稻壳灰30-50份。
4.本发明示例性的提供了一种超细矿物掺合料，包括：硅灰、超细矿渣粉中的至少一种，且超细矿物掺合料的颗粒粒径d
50
≤5μm。
5.本发明示例性的提供了一种可再分散乳胶粉，包括：5010n型可再分散乳胶粉、5024n型可再分散乳胶粉中的至少一种。
6.本发明示例性的提供了一种瓜儿胶，为：白色至黄色速溶型粉体，该瓜儿胶溶于水形成质量分数1％的溶液时，其表观粘度≥6000mpa
·
s。
7.本发明示例性的提供了一种偏高岭土，为：颗粒粒径d50≤5μm的粉末状颗粒物。
8.本发明示例性的提供了一种偏高岭土的制备方法，为：将高岭土经过800-900℃高温煅烧2-3h并冷却后，经磨粉、筛选目标粒径的产物后得到。
9.本发明示例性的提供了一种磨细稻壳灰，为：d50≤5μm且28d活性指数≥85％的粉末状颗粒物。
10.本发明示例性的提供了一种磨细稻壳灰的制备方法，为：将稻壳经过600-700℃高温煅烧2-3h并冷却后，经磨粉、筛选目标粒径的产物后得到。
11.本发明的目的之二在于提供一种高性能喷射混凝土用掺合料的应用，该掺合料为上述的高性能喷射混凝土用掺合料，该掺合料应用于喷射混凝土中；所述的高性能喷射混凝土用掺合料在喷射混凝土中为混凝土胶凝材料质量的5％-10％。
12.本发明示例性的提供了一种高性能喷射混凝土用掺合料在喷射混凝土中的使用方法，包括：先将混凝土拌合物搅拌3-5min，之后再喷嘴处将本发明高性能喷射混凝土用掺合料掺入混凝土拌合物中。
13.本发明的目的之三在于提供一种混凝土，该混凝土包括有混凝土胶凝材料质量5％-10％的掺合料，该掺合料为上述的高性能喷射混凝土用掺合料。
14.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果之一：
15.1.本发明高性能喷射混凝土用掺合料提高了喷射混凝土的粘聚性，降低了回弹率，提高了一次喷射厚度。
16.2.本发明高性能喷射混凝土用掺合料提高了喷射混凝土的早期强度，增加了其密实性。
17.3.本发明高性能喷射混凝土用掺合料提高了喷射混凝土的抗渗性和耐久性。
18.4.本发明高性能喷射混凝土用掺合料生产工艺简单、原材料成本低，适宜大规模生产。
具体实施方式
19.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案、技术效果更加清楚明白，以下结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者通过已知方法制备。以下各实施例中，如无特别说明的原料产品或处理技术，则表明均为本领域的常规市售产品或常规处理技术。
20.以下实施例和对比例中：
21.超细矿物掺合料为：颗粒粒径d
50
≤5μm的硅灰。
22.可再分散乳胶粉为：5010n型可再分散乳胶粉。
23.瓜儿胶为：白色至黄色速溶型粉体，该瓜儿胶溶于水形成质量分数1％的溶液时，其表观粘度≥6000mpa
·
s。
24.偏高岭土为：颗粒粒径d
50
≤5μm的粉末状颗粒物，其制备方法为：将高岭土经过900℃高温煅烧2h并冷却后，经磨粉、筛选目标粒径的产物后得到。
25.磨细稻壳灰为：颗粒粒径d
50
≤5μm且28d活性指数≥85％的粉末状颗粒物，其制备方法为：将稻壳经过700℃高温煅烧2h并冷却后，经磨粉、筛选目标粒径的产物后得到。
26.水泥为：海螺牌p.o 42.5水泥。
27.砂为：细度模数为2.6的普通河砂。
28.石为：粒径5-15mm的碎石。
29.减水剂为：聚羧酸系减水剂。
30.速凝剂为：市售无碱液体速凝剂。
31.实施例1
32.一种高性能喷射混凝土用掺合料，以质量份数计，包括：第一组分60份、第二组分40份。以质量份数计，所述第一组分包括：超细矿物掺合料60份、可再分散乳胶粉20份、瓜儿胶20份。以质量份数计，所述第二组分包括：偏高岭土50份、磨细稻壳灰50份。
33.按照下表中的配料比制备测试件。
[0034][0035]
测试件的制备方法为：
[0036]
s1.将p.o 42.5水泥、粉煤灰、砂、石、水、减水剂按比例混合搅拌3min。
[0037]
s2.在喷嘴处将本实施例所得高性能喷射混凝土用掺合料掺入混凝土拌合物中。
[0038]
s3.制件时，在喷嘴处加入速凝剂，速凝剂掺量为全部胶凝材料(水泥、粉煤灰及高性能喷射混凝土用掺合料)总质量的7％。
[0039]
实施例2
[0040]
一种高性能喷射混凝土用掺合料，以质量份数计，包括：第一组分65份、第二组分35份。以质量份数计，所述第一组分包括：超细矿物掺合料70份、可再分散乳胶粉15份、瓜儿胶15份。以质量份数计，所述第二组分包括：偏高岭土70份、磨细稻壳灰30份。
[0041]
按照下表中的配料比制备测试件。
[0042][0043]
测试件的制备方法为：
[0044]
s1.将p.o 42.5水泥、粉煤灰、砂、石、水、减水剂按比例混合搅拌3min。
[0045]
s2.在喷嘴处将本实施例所得高性能喷射混凝土用掺合料掺入混凝土拌合物中。
[0046]
s3.制件时，在喷嘴处加入速凝剂，速凝剂掺量为全部胶凝材料(水泥、粉煤灰及高性能喷射混凝土用掺合料)总质量的7％。
[0047]
实施例3
[0048]
一种高性能喷射混凝土用掺合料，以质量份数计，包括：第一组分63份、第二组分37份。以质量份数计，所述第一组分包括：超细矿物掺合料64份、可再分散乳胶粉17份、瓜儿胶19份。以质量份数计，所述第二组分包括：偏高岭土60份、磨细稻壳灰40份。
[0049]
按照下表中的配料比制备测试件。
[0050][0051][0052]
测试件的制备方法为：
[0053]
s1.将p.o 42.5水泥、粉煤灰、砂、石、水、减水剂按比例混合搅拌3min。
[0054]
s2.在喷嘴处将本实施例所得高性能喷射混凝土用掺合料掺入混凝土拌合物中。
[0055]
s3.制件时，在喷嘴处加入速凝剂，速凝剂掺量为全部胶凝材料(水泥、粉煤灰及高
性能喷射混凝土用掺合料)总质量的7％。
[0056]
对比例1
[0057]
按照下表中的配料比制备测试件。
[0058][0059]
测试件的制备方法为：
[0060]
s1.将p.o 42.5水泥、粉煤灰、砂、石、水、减水剂按比例混合搅拌3min。
[0061]
s2.制件时，在喷嘴处加入速凝剂，速凝剂掺量为全部胶凝材料(水泥、粉煤灰及高性能喷射混凝土用掺合料)总质量的7％。
[0062]
对上述实施例和对比例，采用湿喷工艺进行试验，本试验所在试验段为ⅲ级围岩。测试结果如下表所示：
[0063]
表1.实施例和对比例性能测试结果表
[0064][0065]
由上表可见，相比于没有添加本发明掺合料的对比例1，添加了本发明掺合料的实施例1-3，其边墙回弹率、拱顶回弹率、1d抗压强度和28d抗渗等级均有显著的改善，其中：边墙回弹率下降至对比例1的43.8％以下，拱顶回弹率下降至对比例1的49.7％以下，1d抗压强度提升至对比例1的153.3％以上，28d抗渗等级提升至p6级。
[0066]
其原因在于：本发明中，硅灰和超细矿渣粉为常用的超细矿物掺合料，其填充于水泥颗粒搭接形成的空隙内，起到滚珠轴承作用；可再分散乳胶粉的主要组分为乙烯-聚醋酸乙烯酯，遇水分散，增强液相稠度；瓜儿胶为常用的增粘保水组分，溶于水后大幅增加水的粘度，使喷射于基层之上的混凝土不易下坠，降低回弹率。本发明制备得到的偏高岭土，反应活性高，早强效应显著。本发明制备得到的细磨稻壳灰为，不仅利用了农业固废，又为混凝土提供了活性接近于硅灰的活性掺合料。同时，偏高岭土与水泥水化产物氢氧化钙反应，形成钙矾石和水化硅酸钙，而稻壳灰与水泥水化产物氢氧化钙发生火山灰反应，形成的产物主要为低钙硅比的水化硅酸钙，填充于毛细孔内，不仅增加浆体强度，而且大幅提高浆体抗渗性和抗侵蚀性。上述作用使得本发明掺合料添加至混凝土中后出现了显著降低边墙回弹率和拱顶回弹率、显著提升1d抗压强度和抗渗性能的作用。
[0067]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种高性能喷射混凝土用掺合料，其特征在于，以质量份数计，包括：第一组分60-65份、第二组分35-40份；以质量份数计，所述第一组分包括：超细矿物掺合料60-70份、可再分散乳胶粉15-20份、瓜儿胶15-20份；以质量份数计，所述第二组分包括：偏高岭土50-70份、磨细稻壳灰30-50份。2.根据权利要求1所述高性能喷射混凝土用掺合料，其特征在于，所述超细矿物掺合料包括：硅灰、超细矿渣粉中的至少一种，且超细矿物掺合料的颗粒粒径d
50
≤5μm。3.根据权利要求1所述高性能喷射混凝土用掺合料，其特征在于，所述可再分散乳胶粉包括：5010n型可再分散乳胶粉、5024n型可再分散乳胶粉中的至少一种。4.根据权利要求1所述高性能喷射混凝土用掺合料，其特征在于，所述瓜儿胶为白色至黄色速溶型粉体；该瓜儿胶溶于水形成质量分数1％的溶液时，其表观粘度≥6000mpa
·
s。5.根据权利要求1所述高性能喷射混凝土用掺合料，其特征在于，所述偏高岭土为：颗粒粒径d
50
≤5μm的粉末状颗粒物。6.根据权利要求5所述高性能喷射混凝土用掺合料，其特征在于，所述偏高岭土的制备方法为：将高岭土经过800-900℃高温煅烧2-3h并冷却后，经磨粉、筛选目标粒径的产物后得到。7.根据权利要求1所述高性能喷射混凝土用掺合料，其特征在于，所述磨细稻壳灰为：d
50
≤5μm且28d活性指数≥85％的粉末状颗粒物。8.根据权利要求7所述高性能喷射混凝土用掺合料，其特征在于，所述磨细稻壳灰的制备方法为：将稻壳经过600-700℃高温煅烧2-3h并冷却后，经磨粉、筛选目标粒径的产物后得到。9.一种高性能喷射混凝土用掺合料的应用，其特征在于，所述掺合料为权利要求1-8任一所述的高性能喷射混凝土用掺合料，该掺合料应用于喷射混凝土中；所述的高性能喷射混凝土用掺合料在喷射混凝土中为混凝土胶凝材料质量的5％-10％。10.一种混凝土，其特征在于，所述混凝土包括有混凝土胶凝材料质量5％-10％的掺合料，所述掺合料为权利要求1-8任一所述的高性能喷射混凝土用掺合料。

技术总结
本发明提供了一种高性能喷射混凝土用掺合料，以质量份数计，包括：第一组分60-65份、第二组分35-40份。以质量份数计，所述第一组分包括：超细矿物掺合料60-70份、可再分散乳胶粉15-20份、瓜儿胶15-20份。以质量份数计，所述第二组分包括：偏高岭土50-70份、磨细稻壳灰30-50份。本发明高性能喷射混凝土用掺合料提高了喷射混凝土的粘聚性，降低了回弹率，提高了一次喷射厚度、喷射混凝土的早期强度，且增加了其密实性。同时，本发明高性能喷射混凝土用掺合料提高了喷射混凝土的抗渗性和耐久性。并且发明高性能喷射混凝土用掺合料生产工艺简单、原材料成本低，适宜大规模生产。适宜大规模生产。


技术研发人员：李志林 孙振平 耿瑶 田俊涛 林明卉
受保护的技术使用者：云南氟业环保科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/13