CN111548084A - 一种喷射加固高延性混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种喷射加固高延性混凝土及其制备方法；所述喷射加固高延性混凝土包括水泥、矿粉、粉煤灰、石英砂、聚丙烯纤维、减水剂、生物胶、消泡剂、膨胀剂以及水。本发明所提出的喷射加固高延性混凝土其韧性和强度大大高于普通混凝土，具有高强度、高韧性、高抗裂性能和高耐损伤能力，广泛应用建筑物支护、矿山隧道、河道护坡、混凝土结构修补等的喷射加固。

Description

一种喷射加固高延性混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑物支护、矿山隧道、河道护坡、混凝土结构修补等不方便进行压抹或浇筑加固，而需喷射加固的领域，是一种经过改性聚丙烯纤维增强具有高延性的喷射加固混凝土材料及其制备方法。
背景技术
喷射加固高延性混凝土是一种具有高强度、高韧性、高抗裂性能和高耐损伤能力的特种高延性混凝土，利用压缩空气借助喷射机器将高延性混凝土喷射到结构表面，形成一层加固层，对原有结构起到保护作用。广泛应用于建筑物支护、矿山隧道、河道护坡、混凝土结构修补等不方便进行压抹或浇筑加固，而需喷射加固的领域。具有节省施工工期、减少劳动强度、综合造价低等特点。
喷射加固高延性混凝土原理是通过中加入高韧性改性聚丙烯纤维，使混凝土具有较高的韧性，提高了其抗破坏能力。利用湿式喷射机完成结构面的喷射，喷头尽量与喷面垂直，最小夹角不小于70度。此外，在此高延性混凝土配合比中还通过加入矿粉和粉煤灰等工业废渣来降低水泥的水化热，防止混凝土制备养护过程中，由于水泥水化热产生内外温差过大，造成混凝土开裂破坏等影响。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种喷射加固高延性混凝土及其制备方法，具体是通过混凝土配合比设计、掺入纤维增强、利用湿式喷射机、降低水泥水化热和减少混凝土中气孔等方法实现。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的：
一种喷射加固高延性混凝土，所述喷射加固高延性混凝土包括30-35质量份的水泥、20-25质量份的矿粉、10-15质量份的粉煤灰、30-35质量份的石英砂、物料用量0.6%-1.0%的聚丙烯纤维、物料用量0.05%-0.20%的减水剂、物料用量0.002%-0.006%的生物胶、物料用量0.03%的消泡剂、物料用量0.03%的膨胀剂以及物料用量0.25-0.35倍的水。
所述的喷射加固高延性混凝土，水泥为P.O52.5普通硅酸盐水泥，太仓海螺水泥有限公司提供。
所述的喷射加固高延性混凝土，矿粉为S105型矿渣粉。
所述的喷射加固高延性混凝土，粉煤灰为Ⅰ级灰。
所述的喷射加固高延性混凝土，石英砂为20-50目。
所述的喷射加固高延性混凝土，聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，型号MA20，拉伸强度大于600MPa，弹性模量5-7 GPa。
所述的喷射加固高延性混凝土，减水剂为聚羧酸类高效减水剂。
所述的喷射加固高延性混凝土，生物胶型号为VX80。
所述的喷射加固高延性混凝土，膨胀剂为塑性膨胀剂。
所述的喷射加固高延性混凝土，水是市政管道中的自来水。
上述喷射加固高延性混凝土的制备方法，包括
步骤1、将水泥、矿渣粉、粉煤灰、石英砂、减水剂、生物胶、消泡剂、膨胀剂分别计量；
步骤2、步骤1所指各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间不少于2分钟；
步骤3、将在步骤2得到的干粉物料中按照设定的配合比分批加入聚丙烯纤维，并搅拌均匀，搅拌的时间不少于2分钟；
步骤4、步骤3所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。搅拌的时间不少于6分钟，得到高延性混凝土混合料。
上述高延性混凝土的应用方法是将所得的高延性混凝土混合料在60分钟内利用湿式喷射机完成结构面的喷射，喷头尽量与喷面垂直，最小夹角不小于70度，喷射厚度为10-30mm。
有益效果
本发明通过加入高韧性改性聚丙烯纤维，使混凝土具有较高的韧性，提高了其抗破坏能力。通过加入矿粉和粉煤灰等工业废渣来降低水泥的水化热，防止混凝土制备养护过程中，由于水泥水化热产生内外温差过大，造成混凝土开裂破坏等影响。通过加入消泡剂减少混凝土中气孔提高强度。利用压缩空气借助湿式喷射机可完成不方便进行压抹和注浆加固的情况。此外，喷射加固高延性混凝土还可以大量利用工业固体废弃物，符合资源再生循环再利用的要求，即降低生产成本又有环保优势，具有较高的社会效益和经济效益。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1：
本发明所述喷射加固高延性混凝土包括30质量份的水泥、25质量份的矿粉、15质量份的粉煤灰、30质量份的石英砂、物料用量0.8%的聚丙烯纤维、物料用量0.10%的减水剂、物料用量0.004%的生物胶、物料用量0.03%的消泡剂、物料用量0.03%的膨胀剂以及物料用量0.3倍的水。
步骤1、将水泥、矿渣粉、粉煤灰、石英砂、减水剂、生物胶、消泡剂、膨胀剂分别计量；
步骤2、步骤1所指各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间不少于2分钟；
步骤3、将在步骤2得到的干粉物料中按照设定的配合比分批加入聚丙烯纤维，并搅拌均匀，搅拌的时间不少于2分钟；
步骤4、步骤3所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。搅拌的时间不少于6分钟，得到高延性混凝土混合料。
上述高延性混凝土的应用方法是将所得的高延性混凝土混合料在60分钟内利用湿式喷射机完成结构面的喷射，喷头尽量与喷面垂直，最小夹角不小于70度，喷射厚度为10-30mm。
经检测，3d等效弯曲韧性为62 .1 kJ/m3，28d等效弯曲韧性为49.1 kJ/m3，28d等效弯曲韧性为42.3 kJ/m3；3d等效弯曲强度为7.8N/mm2，28d等效弯曲强度为8.4 N/mm2，28d等效弯曲强度为8.9 N/mm2；3d抗折强度11.1 N/mm2，28d抗折强度13.0 N/mm2，60d抗折强度16.3 N/mm2；3d抗压强度28.9 N/mm2，28d抗压强度45.9 N/mm2，60d抗压强度52.2 N/mm2；与基材（砖）粘结强度2.0MPa；与基材（混凝土）粘结强度2.6MPa。
实施例2：
本发明所述喷射加固高延性混凝土包括35质量份的水泥、20质量份的矿粉、10质量份的粉煤灰、35质量份的石英砂、物料用量0.8%的聚丙烯纤维、物料用量0.10%的减水剂、物料用量0.004%的生物胶、物料用量0.03%的消泡剂、物料用量0.03%的膨胀剂以及物料用量0.3倍的水。
步骤1、将水泥、矿渣粉、粉煤灰、石英砂、减水剂、生物胶、消泡剂、膨胀剂分别计量；
步骤2、步骤1所指各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间不少于2分钟；
步骤3、将在步骤2得到的干粉物料中按照设定的配合比分批加入聚丙烯纤维，并搅拌均匀，搅拌的时间不少于2分钟；
步骤4、步骤3所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。搅拌的时间不少于6分钟，得到高延性混凝土混合料。
上述高延性混凝土的应用方法是将所得的高延性混凝土混合料在60分钟内利用湿式喷射机完成结构面的喷射，喷头尽量与喷面垂直，最小夹角不小于70度，喷射厚度为10-30mm。
经检测，3d等效弯曲韧性为63 .4 kJ/m3，28d等效弯曲韧性为50.3 kJ/m3，28d等效弯曲韧性为43.5kJ/m3；3d等效弯曲强度为8.0N/mm2，28d等效弯曲强度为8.6 N/mm2，28d等效弯曲强度为9.1 N/mm2；3d抗折强度11.6 N/mm2，28d抗折强度13.7 N/mm2，60d抗折强度16.9 N/mm2；3d抗压强度29.5 N/mm2，28d抗压强度47.1 N/mm2，60d抗压强度54.1 N/mm2；与基材（砖）粘结强度2.1MPa；与基材（混凝土）粘结强度2.7MPa。
实施例3：
本发明所述喷射加固高延性混凝土包括30质量份的水泥、25质量份的矿粉、10质量份的粉煤灰、35质量份的石英砂、物料用量0.8%的聚丙烯纤维、物料用量0.10%的减水剂、物料用量0.004%的生物胶、物料用量0.03%的消泡剂、物料用量0.03%的膨胀剂以及物料用量0.3倍的水。
步骤1、将水泥、矿渣粉、粉煤灰、石英砂、减水剂、生物胶、消泡剂、膨胀剂分别计量；
步骤2、步骤1所指各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间不少于2分钟；
步骤3、将在步骤2得到的干粉物料中按照设定的配合比分批加入聚丙烯纤维，并搅拌均匀，搅拌的时间不少于2分钟；
步骤4、步骤3所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。搅拌的时间不少于6分钟，得到高延性混凝土混合料。
上述高延性混凝土的应用方法是将所得的高延性混凝土混合料在60分钟内利用湿式喷射机完成结构面的喷射，喷头尽量与喷面垂直，最小夹角不小于70度，喷射厚度为10-30mm。
经检测，3d等效弯曲韧性为62 .5 kJ/m3，28d等效弯曲韧性为49.6 kJ/m3，28d等效弯曲韧性为42.8 kJ/m3；3d等效弯曲强度为7.9N/mm2，28d等效弯曲强度为8.7 N/mm2，28d等效弯曲强度为8.9 N/mm2；3d抗折强度11.5 N/mm2，28d抗折强度13.1 N/mm2，60d抗折强度16.6 N/mm2；3d抗压强度29.2 N/mm2，28d抗压强度46.6 N/mm2，60d抗压强度53.1 N/mm2；与基材（砖）粘结强度2.0MPa；与基材（混凝土）粘结强度2.6MPa。
实施例4：
本发明所述喷射加固高延性混凝土包括35质量份的水泥、25质量份的矿粉、10质量份的粉煤灰、30质量份的石英砂、物料用量0.8%的聚丙烯纤维、物料用量0.10%的减水剂、物料用量0.004%的生物胶、物料用量0.03%的消泡剂、物料用量0.03%的膨胀剂以及物料用量0.3倍的水。
步骤1、将水泥、矿渣粉、粉煤灰、石英砂、减水剂、生物胶、消泡剂、膨胀剂分别计量；
步骤2、步骤1所指各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间不少于2分钟；
步骤3、将在步骤2得到的干粉物料中按照设定的配合比分批加入聚丙烯纤维，并搅拌均匀，搅拌的时间不少于2分钟；
步骤4、步骤3所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。搅拌的时间不少于6分钟，得到高延性混凝土混合料。
上述高延性混凝土的应用方法是将所得的高延性混凝土混合料在60分钟内利用湿式喷射机完成结构面的喷射，喷头尽量与喷面垂直，最小夹角不小于70度，喷射厚度为10-30mm。
经检测，3d等效弯曲韧性为64 .2 kJ/m3，28d等效弯曲韧性为49.9 kJ/m3，28d等效弯曲韧性为43.4 kJ/m3；3d等效弯曲强度为8.0N/mm2，28d等效弯曲强度为8.7 N/mm2，28d等效弯曲强度为9.2 N/mm2；3d抗折强度12.0 N/mm2，28d抗折强度13.9N/mm2，60d抗折强度17.4 N/mm2；3d抗压强度29.6 N/mm2，28d抗压强度47.1 N/mm2，60d抗压强度53.1 N/mm2；与基材（砖）粘结强度2.1MPa；与基材（混凝土）粘结强度2.7MPa。
由上述测试结果可见，本发明所提出的喷射加固高延性混凝土，其强度大大高普通混凝土。喷射加固高延性混凝土具有高强度、高韧性、高抗裂性能和高耐损伤能力。此外，高延性混凝土还可以大量利用工业固体废弃物，符合资源再生循环再利用的要求，即降低生产成本又有环保优势，具有较高的社会效益和经济效益。

Claims (12)

1.一种喷射加固高延性混凝土，其特征是，包括30-35质量份的水泥、20-25质量份的矿粉、10-15质量份的粉煤灰、30-35质量份的石英砂、物料用量0.6%-1.0%的聚丙烯纤维、物料用量0.05%-0.20%的减水剂、物料用量0.002%-0.006%的生物胶、物料用量0.03%的消泡剂、物料用量0.03%的膨胀剂以及物料用量0.25-0.35倍的水。
2.根据权利要1所述的喷射加固高延性混凝土，其特征是，所述水泥为P·O52.5普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的喷射加固高延性混凝土，粉煤灰为Ⅰ级灰。
4.根据权利要求1所述的喷射加固高延性混凝土，其特征是，矿粉为S95矿粉。
5.根据权利要求1所述的喷射加固高延性混凝土，其特征是，石英砂为20-50目。
6.根据权利要求1所述的喷射加固高延性混凝土，其特征是，改性聚丙烯纤维，拉伸强度大于600MPa，弹性模量5-7 GPa。
7.根据权利要求1所述的喷射加固高延性混凝土，其特征是，减水剂为聚羧酸高效减水剂。
8.根据权利要求1所述的喷射加固高延性混凝土，其特征是，生物胶为文莱胶。
9.根据权利要求1所述的喷射加固高延性混凝土，其特征是，消泡剂为有机硅消泡剂。
10.根据权利要求1所述的喷射加固高延性混凝土，其特征是，膨胀剂为塑性膨胀剂。
11.权利要求1所述压喷射加固延性混凝土的制备方法，其特征是：包括
步骤1、将水泥、矿渣粉、粉煤灰、石英砂、减水剂、生物胶、消泡剂、膨胀剂分别计量；
步骤2、步骤1所指各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间不少于2分钟；
步骤3、将在步骤2得到的干粉物料中按照设定的配合比分批加入聚丙烯纤维，并搅拌均匀，搅拌的时间不少于2分钟；
步骤4、步骤3所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量；搅拌的时间不少于6分钟，得到高延性混凝土混合料。
12.权利要求1或权利要求12所述高延性混凝土的应用方法，其特征是，将步骤4所得的上述高延性混凝土的应用方法是将所得的高延性混凝土混合料在60分钟内利用湿式喷射机完成结构面的喷射，喷头尽量与喷面垂直，最小夹角不小于70度，喷射厚度为10-30mm。
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