CN110105012A - 一种高性能喷射混凝土专用掺合料 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑工程技术领域，特别涉及一种高性能喷射混凝土专用掺合料，该专用掺合料包括粘聚组分和早强组分两种主要成分，且粘聚组分与早强组分的质量比为60~70:30~40。其中，粘聚组分为改性乳胶粉与超细矿物掺合料的混合物，且改性乳胶粉与超细矿物掺合料的质量比为20~30:70~80，早强组分为高活性铝酸三钙。本发明通过粘聚组分与早强组分协同作用，有效提高了喷射混凝土的粘聚性和早期强度，从而降低喷射混凝土回弹率，提高密实性。该材料将为真正实现喷射混凝土高性能化提供有效途径。

Description

一种高性能喷射混凝土专用掺合料

技术领域

本发明属于建筑工程材料技术领域，特别涉及一种高性能喷射混凝土专用掺合料。

背景技术

喷射混凝土是隧道工程的重要组成部分，其施工性能与服役状态是影响隧道工程施工进度和后期使用状态的重要因素。喷射混凝土根据施工过程的不同，可分为干喷和湿喷两类。其中，干喷混凝土由于施工过程粉尘污染严重、对施工人员伤害较大，因此目前较少采用。湿喷法的使用则有效降低了喷射过程的粉尘污染，且喷射混凝土回弹率降低，施工效率显著提高。因此，湿喷法已经成为隧道喷射混凝土的主要施工方式。但是，在湿喷混凝土施工过程中仍存在回弹率高、早期强度不足等突出问题，上述问题将显著降低喷射混凝土施工效率并引发收缩开裂等劣化现象。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，而不考虑耐久性要求。该设计理念也导致了工程实践中喷射混凝土强度倒缩、抗渗性差等突出问题。然而，隧道初支喷射混凝土是保护隧道结构安全稳定服役的重要屏障，也是隧道支护结构受力计算的关键组成，因此在喷射混凝土配合比设计过程中仅考虑抗压强度指标是远远不够的，仍需进一步考虑耐久性指标。本发明所述一种高性能喷射混凝土专用掺合料的提出，可有效解决喷射混凝土存在的耐久性问题，使喷射混凝土高性能化成为可能。该专用掺合料主要作用包括：（1）提高喷射混凝土粘聚性，降低回弹率，提高一次喷射厚度；（2）提高喷射混凝土早期强度，增加密实性，从而有效提高喷射混凝土耐久性。

目前，国内外研究人员在混凝土掺合料与耐久性提升等方面已经取得了一定的进展，但是综合考虑喷射混凝土施工性能与长期耐久性的专用掺合料仍少见报道。中国专利CN102826774A“纳米级喷射混凝土改性掺合料”通过使用纳米二氧化硅和矿物掺合料来降低喷射混凝土的回弹率。但是，该发明所述改性掺合料中主要成分为纳米二氧化硅，其占总质量的70%~95%。由于纳米二氧化硅原料成本较高且对混凝土粘聚性改善效果并不明显，所以在该发明中所述改性掺合料需占喷射混凝土水泥总质量的10%~15%。正是由于该材料成本较高且掺量较大，因此推广应用较为受限。中国专利CN1262254A“高活性混凝土掺合料的制备技术和方法”、中国专利CN1792955A“一种高活性混凝土掺合料”、中国专利CN101037310A“一种含有矿物掺合料的高性能泵送混凝土”等均提出了适用于不同工况混凝土的专用掺合料。但是，针对喷射混凝土的特殊施工过程和耐久性要求所提出的高性能混凝土掺合料相对较少。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统喷射混凝土粘聚性差、回弹率高、早期强度低等不足而提出的一种高性能喷射混凝土专用掺合料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。

通过增大喷射混凝土粘聚性和早期强度来解决回弹率高、早期强度不足等问题，即本发明所述一种高性能喷射混凝土专用掺合料包括两种核心组分：粘聚组分和早强组分。其中粘聚组分由改性乳胶粉和超细矿物掺合料混合而成，改性乳胶粉与超细矿物掺合料质量比为60~70:30~40。其中，早强组分由高活性铝酸三钙组成。粘聚组分和早强组分协同作用，可以有效提高喷射混凝土的粘聚性，从而降低喷射混凝土回弹率，并通过提高早期强度，有效改善喷射混凝土耐久性。

具体而言，一种高性能喷射混凝土专用掺合料包括如下组分。

粘聚组分（60%~70%）包括改性乳胶粉和矿物掺合料两种主要成分，且改性乳胶粉与超细矿物掺合料的质量比为20~30:70~80。所述改性乳胶粉为醋酸乙烯在醋酸存在条件下聚合而成，聚合度为300~600。所述超细矿物掺合料为硅灰、超细矿渣粉中的一种或其任意比例混合物，且超细矿物掺合料的细度d50小于5μm。

早强组分（30%~40%）主要成分为高活性铝酸三钙粉末，细度d50小于15μm。

本发明所述专用掺合料与喷射混凝土胶凝材料的质量比为5~10:90~95。

本发明所述一种高性能喷射混凝土专用掺合料的使用可以有效降低喷射混凝土回弹率、提高一次喷射厚度、提高早期强度。具体而言，该专用掺合料的使用可以实现喷射混凝土边墙回弹率≤5%，拱顶≤8%，一次喷射厚度大于等于40cm，射流成型混凝土1d抗压强度≥15MPa。

具体实施方式

为更好地说明本发明的特点，下面将结合具体实施例对发明内容进行阐述，但本发明内容不局限于实施例内容。含本发明所述改性掺合料的喷射混凝土拌合过程包括：先将粗骨料、细骨料、水泥和专用掺合料加入搅拌机中搅拌2分钟，然后加入水和其他外加剂搅拌2分钟之后出机。

对比例1

采用不掺本发明所述专用掺合料的喷射混凝土进行试验，作为对比例。该试验中速凝剂掺量为胶凝材料总质量的7%，在喷嘴处添加。采用湿喷工艺进行试验，本试验所在试验段为Ⅲ级围岩。

试验原材料包括：金隅牌P.O.42.5水泥；普通河砂，细度模数为2.7；级配碎石，粒径5~15mm；减水剂为江苏某公司生产的聚羧酸减水剂；速凝剂为无碱液体速凝剂。

不掺所述专用掺合料的喷射混凝土配合比如下表所示。

普通硅酸盐水泥	粉煤灰	砂	石	水	减水剂	速凝剂
							400	80	750	950	195	1.0%	7%

上述速凝剂掺量水泥的初凝时间为2min35s，终凝时间为5min23s。在不加专用掺合料时，上述混凝土喷射过程中边墙回弹率为11%，拱顶回弹率为18%。通过钻心取样，喷射混凝土1d抗压强度为8.9MPa。

实施例1

喷射混凝土专用掺合料各组分的质量份数分别为：

改性乳胶粉21份；硅灰24.5份，超细矿粉24.5份；高活性铝酸三钙30份。

高性能喷射混凝土专用掺合料掺量为胶凝材料用量的5%，该试验中速凝剂掺量为胶凝材料总质量的7%，在喷嘴处添加。掺入所述专用掺合料的喷射混凝土配合比如下表所示。

普通硅酸盐水泥	专用掺合料	粉煤灰	砂	石	水	减水剂	速凝剂
								370	22.5	80	750	950	195	1.0%	7%

在加入专用掺合料后，上述混凝土喷射过程中边墙回弹率为3%，拱顶回弹率为5%。通过钻心取样，喷射混凝土1d抗压强度为18.1MPa。

实施例2

喷射混凝土专用掺合料各组分的质量份数分别为：

改性乳胶粉21份；硅灰24.5份，超细矿粉24.5份；高活性铝酸三钙30份。

高性能喷射混凝土专用掺合料掺量为水泥用量的10%，该试验中速凝剂掺量为胶凝材料总质量的7%，在喷嘴处添加。掺入所述专用掺合料的喷射混凝土配合比如下表所示。

普通硅酸盐水泥	专用掺合料	粉煤灰	砂	石	水	减水剂	速凝剂
								360	44	80	750	950	195	1.0%	7%

在加入专用掺合料后，上述混凝土喷射过程中边墙回弹率为1%，拱顶回弹率为3%。通过钻心取样，喷射混凝土1d抗压强度为20.9MPa。

由上述试验结果可知：实施例1~2中采用的喷射混凝土专用掺合料组分相同，但掺入量不同。通过与对比例1对照可知，专用掺合料的使用可有效提高喷射混凝土的粘聚性，从而降低边墙和拱顶的回弹率，且专用掺合料中早强组分可有效提高喷射混凝土1d抗压强度。通过对比实施例1和2试验结果可知，随着所述专用掺合料掺量的提高，喷射混凝土粘聚性增大，回弹率进一步降低，且1d抗压强度显著提高。根据上述试验结果，本发明通过使用粘聚组分和早强组分协同作用成功配制出高性能喷射混凝土专用掺合料，该掺合料的使用可有效提高喷射混凝土粘聚性，降低回弹率，提高早期强度，提高喷射混凝土耐久性。

Claims (4)

1.一种高性能喷射混凝土专用掺合料，其特征在于，该掺合料包括粘聚组分和早强组分两种主要成分，其中粘聚组分与早强组分的质量比为60~70:30~40，所述粘聚组分为改性乳胶粉与超细矿物掺合料的混合物，其中改性乳胶粉与超细矿物掺合料的质量比为20~30:70~80，所述早强组分为高活性铝酸三钙。

2.根据权利要求1所述的一种高性能喷射混凝土专用掺合料，其特征在于，所述改性乳胶粉为醋酸乙烯在醋酸存在条件下聚合而成，聚合度为300~600。

3.根据权利要求1所述的一种高性能喷射混凝土专用掺合料，其特征在于，所述超细矿物掺合料为硅灰、超细矿渣粉中的一种或其任意比例混合物，且超细矿物掺合料的细度d50小于5μm。

4.根据权利要求1所述的一种高性能喷射混凝土专用掺合料，其特征在于，所述专用掺合料与喷射混凝土胶凝材料的质量比为5~10:90~95。