CN111995285A - 一种喷射混凝土回弹抑制剂及其使用方法 - Google Patents

一种喷射混凝土回弹抑制剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种喷射混凝土回弹抑制剂及其使用方法，回弹抑制剂是由下述原料混合而成的：复合掺合料50％～60％，纳米硅酸钙15％～30％，高效减水剂15％～25％，可再分散乳胶粉1％～5％，保水剂1％～5％，增稠剂1％～5％，激发剂0.5％～1.0％。在制备喷射混凝土时，将水泥、砂、石、回弹抑制剂一同加入搅拌机中搅拌，其掺量为胶凝材料总用量的3％～8％。本发明可在不添加减水剂和降低速凝剂掺量的情况下，大大降低喷射混凝土回弹率，改善喷射混凝土的工作性能，同时提高力学性能和耐久性能，特别适用于高性能喷射混凝土的制备。一次喷射厚度可达50cm以上，早期强度显著提高，避免了速凝剂对强度和耐久性等的不利影响，提高了施工效率，节约了工程成本。

Description

一种喷射混凝土回弹抑制剂及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种喷射混凝土回弹抑制剂，属于混凝土外加剂技术领域，本发明还涉及所述喷射混凝土回弹抑制剂的使用方法。
背景技术
湿法喷射混凝土，是预先按坍落度要求拌和完成的混凝土，喷射不产生粉尘，施工环境好，回弹率相对较低，喷射混凝土的密实度得到提高，从而强度也得到了提高。由于湿法喷射混凝土具有显著的优点，从而逐步得到了应用。但是有的施工中对混凝土配合比设计和控制不严格，以及施工技术控制不严格，也造成了湿法喷射混凝土的回弹率高，从而造成了原材料有较大的浪费。
受湿喷工艺自身限制，混凝土在喷射施工中不可避免地会发生回弹。这会产生三个问题：一是由于回弹料很难重复利用，回弹物料的损失和清理将会大幅地增加施工成本；二是回弹料还会提高空气中的粉尘浓度，不利于施工人员的人身健康；三是回弹的物料中主要为粗骨料，粗骨料的损失近似于提高了喷射混凝土中的胶凝材料用量和砂率，增大了喷射混凝土的收缩开裂风险，不利于其耐久性。
近年来，我国水利水电、公路、铁路等行业的地下空间开发力度不断加大，湿喷混凝土支护技术的应用领域更加广泛，喷射混凝土的回弹率作为施工中的一个重要的经济指标，提高湿喷混凝土回弹率的控制水平也更为迫切。目前喷射混凝土通常需要添加减水剂和速凝剂，通过缩短混凝土凝结时间，一定程度降低喷射混凝土回弹率。但由于现有的速凝剂产品与水泥存在适应性问题，有碱类速凝剂由于碱含量高，会导致混凝土后期强度严重下降，存在碱骨料破坏等耐久性问题，无碱类速凝剂掺量高，工程成本大大提高。为此，有必要开发一种喷射混凝土回弹抑制剂，无需掺入减水剂，减少速凝剂的用量条件下，通过喷射混凝土回弹抑制剂，降低喷射混凝土回弹率，同时提高混凝土的强度和耐久性能。
发明人检索到以下相关专利文献：CN102786256A公开了一种喷射混凝土用液体速凝剂及其应用，喷射混凝土用液体速凝剂包括如下重量百分比的组分：硫酸铝30～50％，三乙醇胺0.5～1.5％，铝酸盐10～30％，纤维素1.0～5.0％，高效减水剂5～10％，余量为水。在喷射混凝土施工中，所述的速凝剂的掺量为水泥的2～5％。CN102079642A公开了一种新型喷射混凝土用液体无碱速凝剂，，其组成特点在于以硫酸铝、氟化钠、硫酸镁为主剂，高效减水剂、稳定剂、悬浮剂、消泡剂、为辅剂的速凝剂。
以上这些技术对于如何使喷射混凝土回弹抑制剂能在降低速凝剂用量的情况下，大大降低喷射混凝土回弹率，改善混凝土工作性能，同时提高混凝土强度和耐久性，减少混凝土开裂风险，并未给出具体的指导方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种喷射混凝土回弹抑制剂，它可在降低速凝剂用量的情况下，大大降低喷射混凝土回弹率，改善混凝土工作性能，同时提高混凝土强度和耐久性，减少混凝土开裂风险，弥补速凝剂对喷射混凝土带来的不利影响。
为此，本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种上述喷射混凝土回弹抑制剂的使用方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种喷射混凝土回弹抑制剂，其技术方案在于它是由下述组分及质量百分比的原料混合而成的：复合掺合料50％～60％，纳米硅酸钙15％～30％，高效减水剂15％～25％，可再分散乳胶粉1％～5％，保水剂1％～5％，增稠剂1％～5％，激发剂0.5％～1.0％，上述各组分的质量百分比之和为100％。
上述的复合掺合料是由下述质量百分比的原料制成的：偏高岭土30％～40％，超细硅灰20％～30％，沸石粉20％～30％，磨细稻壳灰10％～15％，磷渣粉5％～10％，石灰石粉5％～10％，复合掺合料中各组分的质量百分比之和为100％。上述的偏高岭土是高岭土经过800℃～900℃高温煅烧2h～3h后磨细制成，其颗粒粒径D50(中位径)≤5μm(即中位径D50≤5微米)；上述的超细硅灰为二氧化硅微粉，其中二氧化硅含量为92％～98％，比表面积为23000～25000m2/kg；上述的沸石粉为活性成分SiO2+Al2O3含量≥80％、平均粒径为100～200nm的白色粉末；上述磨细稻壳灰是稻壳经过600℃～700℃高温煅烧2h～3h后自然冷却、磨细制成的28d(28天)活性指数≥85％的粉体；上述的磷渣粉为比表面积≥500m2/kg、28d活性指数≥85％的工业废渣粉(磷渣粉)；上述的石灰石粉为比表面积≥550m2/kg、28d活性指数≥70％的白色粉末。上述的纳米硅酸钙是人工合成的平均粒径为50～150nm的水化硅酸钙粉体，其制备方法为：将质量百分比浓度为10％～15％的钙源水溶液、质量百分比浓度为5％～10％的硅源水溶液，分别同时滴加到固含量为5％～10％的高分子聚合物分散液中，钙硅摩尔比为1.2～1.7(即钙硅摩尔比为1.2～1.7:1)，钙源水溶液与高分子聚合物分散液的质量之比为0.7～1:1，滴加过程中高速搅拌速率为3000～5000rpm，反应温度为10℃～30℃，钙源水溶液滴加时间为5h～6h，硅源水溶液滴加时间为3h～4h，两者滴加完成继续搅拌10min～20min(老化时间)，得到(固含量大约为20％～30％的)乳白色悬浮液，将制得的所述悬浮液进行喷雾干燥制得白色粉末，即为平均粒径为50～150nm的纳米硅酸钙；上述的高效减水剂为萘系磺酸盐系缩合物(萘系高效减水剂)，18％≤减水率≤25％，激发剂为硫酸钾、碳酸钾、偏硅酸钾中的一组或几种的组合(组合时其配比是任意的)。
喷射混凝土回弹抑制剂的制备方法是，称取复合掺合料、纳米硅酸钙、高效减水剂、可再分散乳胶粉、保水剂、增稠剂、激发剂，将其混合搅拌均匀，即得到喷射混凝土回弹抑制剂。
上述技术方案中，优选的技术方案可以是：所述的可再分散乳胶粉为德国瓦克公司生产的5010N型可再分散(性)乳胶粉、5024N型可再分散(性)乳胶粉中的一种或两种的组合(组合时其配比是任意的)。上述的保水剂为聚环氧乙烷(PEO)，分子量为10万～100万的白色粉末。上述的增稠剂为水合硅酸镁超细粉、拟薄水铝石中的一组或两种的组合(组合时其配比是任意的)。上述的超细硅灰即二氧化硅微粉是从硅石熔融蒸汽中冷凝捕集到的一种白色球状二氧化硅微粉。该二氧化硅微粉为市售商品。上述的钙源水溶液是将氯化钙、硝酸钙溶于水制得钙源水溶液；硅源水溶液是将偏硅酸钠或者九水合硅酸钠溶于水制得硅源水溶液。上述的高分子聚合物分散液是由下述组分及质量份数的原料制成的：(平均)分子量为4000～5000的异戊烯醇聚氧乙烯醚大单体100份(采用分子量为4000的异戊烯醇聚氧乙烯醚大单体100份)，硅烷偶联剂即乙烯基三乙氧基硅烷3份，不饱和羧酸即富马酸10份，链转移剂即巯基丙酸0.4份，引发剂0.7份，去离子水，引发剂为0.2份抗坏血酸和0.5份过氧化氢的组合。异戊烯醇聚氧乙烯醚的分子式如下：
(CH3)2C＝CHCH2O(CH2CH2O)nH
所述高分子聚合物分散液的制备方法包括如下工艺步骤：将异戊烯醇聚氧乙烯醚、乙烯基三乙氧基硅烷和60份去离子水加入反应釜中，开动搅拌器，加热升温，同时将巯基丙酸和部分引发剂即0.2份抗坏血酸溶于38份去离子水中配置成A料液；将富马酸加入40份去离子水中配置成B液；当反应釜内温度升至50℃时，向釜底加入剩余的引发剂即0.5份过氧化氢，同时滴加A料液、B料液，A料液滴加时间为130分钟，B料液滴加时间为100分钟，A料液、B料液滴加完后继续在50℃再保温反应1.0小时，反应结束，加入去离子水稀释至固含量为5％～10％，即得到高分子聚合物分散液。
上述技术方案中，优选的技术方案还可以是：所述的喷射混凝土回弹抑制剂是由下述组分及质量百分比的原料混合而成的：复合掺合料50％，纳米硅酸钙20％，高效减水剂20％，可再分散乳胶粉2％，保水剂5％，增稠剂2％，激发剂1.0％；上述的复合掺合料是由下述质量百分比的原料制成的：偏高岭土30％，超细硅灰25％，沸石粉20％，磨细稻壳灰15％，磷渣粉5％，石灰石粉5％；上述的偏高岭土是高岭土经过850℃高温煅烧2h后磨细制成，其颗粒粒径D50(中位径)≤5μm(可采用3～5微米)；上述的超细硅灰为二氧化硅微粉，其中二氧化硅含量为95％，比表面积为24000m2/kg；上述的沸石粉为活性成分SiO2+Al2O3含量为82％、平均粒径为170nm的白色粉末；上述磨细稻壳灰是稻壳经过650℃高温煅烧2h后自然冷却、磨细制成的28d活性指数为88％的粉体；上述的磷渣粉为比表面积为520m2/kg、28d活性指数为88％的工业废渣粉；上述的石灰石粉为比表面积是600m2/kg、28d活性指数是73％的白色粉末；上述的纳米硅酸钙是人工合成的平均粒径为110nm的水化硅酸钙粉体，其制备方法为：将质量百分比浓度为12％的钙源水溶液、质量百分比浓度为8％的硅源水溶液，分别同时滴加到固含量为7％的高分子聚合物分散液中，钙硅摩尔比为1.5(即钙硅摩尔比为1.5:1)，钙源水溶液与高分子聚合物分散液的质量之比为0.7:1，滴加过程中高速搅拌速率为3000rpm，反应温度为20℃，钙源水溶液滴加时间为5h，硅源水溶液滴加时间为3h，两者滴加完成继续搅拌10min(老化时间)，得到(固含量大约为27％的)乳白色悬浮液，将制得的所述悬浮液进行喷雾干燥制得白色粉末，即为平均粒径为110nm的纳米硅酸钙；上述的高效减水剂为萘系磺酸盐系缩合物，减水率为20％，激发剂为硫酸钾、偏硅酸钾两种原料的组合，硫酸钾与偏硅酸钾的质量之比为1:1.5；上述的可再分散乳胶粉为德国瓦克公司生产的5010N型可再分散(性)乳胶粉；上述的保水剂为聚环氧乙烷(PEO)，分子量为50万的白色粉末；上述的增稠剂为水合硅酸镁超细粉；上述的钙源水溶液是将氯化钙溶于水制得钙源水溶液；硅源水溶液是将偏硅酸钠溶于水制得硅源水溶液。
上述技术方案中，优选的技术方案还可以是下面的实施例2至实施例4。
本发明的喷射混凝土回弹抑制剂的使用方法是，在制备喷射混凝土时，将水泥、砂、石、喷射混凝土回弹抑制剂一同加入搅拌机中搅拌，回弹抑制剂掺量为胶凝材料总用量的3％～8％(重量百分比)。
本发明的喷射混凝土回弹抑制剂具有良好的性能，参见本说明书后面的表2。本发明的喷射混凝土回弹抑制剂，含有特别适用于喷射混凝土的复合掺合料，优选了工业废渣，含有的激发剂，可促使复合掺合料产生复合胶凝效应、颗粒最紧密堆积体系和超叠加效应，可在不额外添加减水剂的情况下，改善喷射混凝土工作性能，提高喷射混凝土的粘聚性，降低喷射混凝土的回弹率，同时提高混凝土后期强度，弥补速凝剂造成的混凝土后期降低下降，减少了混凝土开裂风险。其中的纳米硅酸钙与水泥相容性好，可产生纳米晶核效应，降低水泥水化成核势垒，促进水泥矿物的水化，缩短了喷射混凝土的凝结时间，提高了24h内的超早期强度。高效减水剂组分除了改善喷射混凝土的施工性能，还可与保水剂组分产生协同作用，采用的高效减水剂分子中芳香环基团与保水剂分子中的烷基产生超共轭效应，进而提高了喷射混凝土的粘聚性和粘结强度。少量的可再分散乳胶粉可提高喷射混凝土的粘聚性，降低喷射混凝土的回弹率，其对强度的负面影响完全可被回弹抑制剂中含有的复合掺合料和纳米硅酸钙弥补。增稠剂组分为无机原料，可在混凝土中形成三维网状结构，增加混凝土的粘聚性，降低喷射混凝土回弹率，对强度没有负作用。
本发明的喷射混凝土回弹抑制剂，相比现有技术，具有以下有益效果：(1)制备喷射混凝土时，需要掺入减水剂和较多用量的速凝剂，喷射混凝土回弹率通常大于20％。本发明的回弹抑制剂用于喷射混凝土时，可不再单独掺入减水剂，可降低速凝剂的用量，避免了速凝剂对喷射混凝土的强度以及耐久性的不利影响，减少了喷射混凝土的开裂风险，提高了混凝土的耐久性能。使用后，喷射混凝土回弹率可降低至7％以下，一次喷射厚度可达50cm以上，早期强度明显提高，28天抗压强度比可达115％以上，大大提高了施工效率，节约了工程成本。经试验，本发明能降低工程成本在12％以上。(2)本发明含有的复合掺合料，解决了单一组分的矿物掺合料存在的弊端，充分发挥了复合掺合料的多元优化功能，能提高喷射混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能，降低了喷射混凝土的回弹率。由于采用磷渣、稻壳等工业废渣为主要原料，原料来源广泛，制备工艺简单，降低了工业废渣对环境的污染，有利于废弃物资源再利用，具有良好的经济效益和社会效益。
综上所述，本发明的喷射混凝土回弹抑制剂，可以在不添加减水剂和降低速凝剂掺量的情况下，大大降低喷射混凝土回弹率，改善了喷射混凝土的工作性能，同时提高了其力学性能和耐久性能，特别适用于高性能喷射混凝土的制备。使用后，喷射混凝土回弹率可降低至7％以下，一次喷射厚度可达50cm以上，早期强度显著提高，28天抗压强度比可达115％以上，避免了速凝剂对强度和耐久性等的不利影响，大大提高了施工效率，节约了工程成本。
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：本发明所述的喷射混凝土回弹抑制剂是由下述组分及质量百分比的原料混合而成的：复合掺合料50％，纳米硅酸钙20％，高效减水剂20％，可再分散乳胶粉2％，保水剂5％，增稠剂2％，激发剂1.0％；上述的复合掺合料是由下述质量百分比的原料制成的：偏高岭土30％，超细硅灰25％，沸石粉20％，磨细稻壳灰15％，磷渣粉5％，石灰石粉5％；上述的偏高岭土是高岭土经过850℃高温煅烧2h后磨细制成，其颗粒粒径D50(中位径)≤5μm(采用3～5微米)；上述的超细硅灰为二氧化硅微粉，其中二氧化硅含量为95％，比表面积为24000m2/kg；上述的沸石粉为活性成分SiO2+Al2O3含量为82％、平均粒径为170nm的白色粉末；上述磨细稻壳灰是稻壳经过650℃高温煅烧2h后自然冷却、磨细制成的28d活性指数为88％的粉体；上述的磷渣粉为比表面积为520m2/kg、28d活性指数为88％的工业废渣粉；上述的石灰石粉为比表面积是600m2/kg、28d活性指数是73％的白色粉末；上述的纳米硅酸钙是人工合成的平均粒径为110nm的水化硅酸钙粉体，其制备方法为：将质量百分比浓度为12％的钙源水溶液、质量百分比浓度为8％的硅源水溶液，分别同时滴加到固含量为7％的高分子聚合物分散液中，钙硅摩尔比为1.5(即钙硅摩尔比为1.5:1)，钙源水溶液与高分子聚合物分散液的质量之比为0.7:1，滴加过程中高速搅拌速率为3000rpm，反应温度为20℃，钙源水溶液滴加时间为5h，硅源水溶液滴加时间为3h，两者滴加完成继续搅拌10min(老化时间)，得到(固含量大约为27％的)乳白色悬浮液，将制得的所述悬浮液进行喷雾干燥制得白色粉末，即为平均粒径为110nm的纳米硅酸钙；上述的高效减水剂为萘系磺酸盐系缩合物，减水率为20％，激发剂为硫酸钾、偏硅酸钾两种原料的组合，硫酸钾与偏硅酸钾的质量之比为1:1.5；上述的可再分散乳胶粉为德国瓦克公司生产的5010N型可再分散(性)乳胶粉；上述的保水剂为聚环氧乙烷(PEO)，分子量为50万的白色粉末；上述的增稠剂为水合硅酸镁超细粉；上述的钙源水溶液是将氯化钙溶于水制得钙源水溶液；硅源水溶液是将偏硅酸钠溶于水制得硅源水溶液。
本发明实施例1的喷射混凝土回弹抑制剂的使用方法是：在制备喷射混凝土时，将水泥、砂、石，喷射混凝土回弹抑制剂一同加入搅拌机中搅拌，回弹抑制剂掺量为胶凝材料总用量的5％(重量百分比)。
实施例2：本发明所述的喷射混凝土回弹抑制剂是由下述组分及质量百分比的原料混合而成的：复合掺合料52％，纳米硅酸钙23％，高效减水剂15％，可再分散乳胶粉2％，保水剂3％，增稠剂4％，激发剂1.0％；上述的复合掺合料是由下述质量百分比的原料制成的：偏高岭土37％，超细硅灰20％，沸石粉20％，磨细稻壳灰10％，磷渣粉6％，石灰石粉7％；上述的偏高岭土是高岭土经过900℃高温煅烧3h后磨细制成，其颗粒粒径D50(中位径)≤4μm(可以为3～4微米)；上述的超细硅灰为二氧化硅微粉，其中二氧化硅含量为96％，比表面积为25000m2/kg；上述的沸石粉为活性成分SiO2+Al2O3含量为85％、平均粒径为120nm的白色粉末；上述磨细稻壳灰是稻壳经过600℃高温煅烧2h后自然冷却、磨细制成的28d(28天)活性指数为87％的粉体；上述的磷渣粉为比表面积是550m2/kg、28d活性指数是88％的工业废渣粉；上述的石灰石粉为比表面积是650m2/kg、28d活性指数是76％的白色粉末；上述的纳米硅酸钙是人工合成的平均粒径为85nm的水化硅酸钙粉体，其制备方法为：将质量百分比浓度为10％的钙源水溶液、质量百分比浓度为8％的硅源水溶液，分别同时滴加到固含量为7％的高分子聚合物分散液中，钙硅摩尔比为1.25(即钙硅摩尔比为1.25:1)，钙源水溶液与高分子聚合物分散液的质量之比为0.8:1，滴加过程中高速搅拌速率为4000rpm，反应温度为10℃，钙源水溶液滴加时间为6h，硅源水溶液滴加时间为4h，两者滴加完成继续搅拌15min(老化时间)，得到(固含量大约为23％的)乳白色悬浮液，将制得的所述悬浮液进行喷雾干燥制得白色粉末，即为平均粒径为85nm的纳米硅酸钙；上述的高效减水剂为萘系磺酸盐系缩合物，减水率为20％，上述的激发剂为偏硅酸钾；上述的可再分散乳胶粉为德国瓦克公司生产的5010N型可再分散(性)乳胶粉；上述的保水剂为聚环氧乙烷(PEO)，分子量为80万的白色粉末；上述的增稠剂为拟薄水铝石；上述的钙源水溶液是将硝酸钙溶于水制得钙源水溶液；硅源水溶液是将九水合硅酸钠溶于水制得硅源水溶液。
本发明实施例2的喷射混凝土回弹抑制剂的使用方法是：在制备喷射混凝土时，将水泥、砂、石，喷射混凝土回弹抑制剂一同加入搅拌机中搅拌，回弹抑制剂掺量为胶凝材料总用量的4％(重量百分比)。
实施例3：本发明所述的喷射混凝土回弹抑制剂是由下述组分及质量百分比的原料混合而成的：复合掺合料55％，纳米硅酸钙15％，高效减水剂20％，可再分散乳胶粉3％，保水剂4％，增稠剂2.5％，激发剂0.5％；上述的复合掺合料是由下述质量百分比的原料制成的：偏高岭土34％，超细硅灰20％，沸石粉23％，磨细稻壳灰12％，磷渣粉5％，石灰石粉6％；上述的偏高岭土是高岭土经过900℃高温煅烧2.5h后磨细制成，其颗粒粒径D50(中位径)≤3μm(可以是2～3微米)；上述的超细硅灰为二氧化硅微粉，其中二氧化硅含量为93％，比表面积为24000m2/kg；上述的沸石粉为活性成分SiO2+Al2O3含量是85％、平均粒径为100nm的白色粉末；上述磨细稻壳灰是稻壳经过680℃高温煅烧3h后自然冷却、磨细制成的28d活性指数为85％的粉体；上述的磷渣粉为比表面积是550m2/kg、28d活性指数是86％的工业废渣粉；上述的石灰石粉为比表面积是620m2/kg、28d活性指数是75％的白色粉末；上述的纳米硅酸钙是人工合成的平均粒径为60nm的水化硅酸钙粉体，其制备方法为：将质量百分比浓度为15％的钙源水溶液、质量百分比浓度为10％的硅源水溶液，分别同时滴加到固含量为10％的高分子聚合物分散液中，钙硅摩尔比为1.5(即钙硅摩尔比为1.5:1)，钙源水溶液与高分子聚合物分散液的质量之比为0.9:1，滴加过程中高速搅拌速率为5000rpm，反应温度为15℃，钙源水溶液滴加时间为5.5h，硅源水溶液滴加时间为3.5h，两者滴加完成继续搅拌20min(老化时间)，得到(固含量大约为30％的)乳白色悬浮液，将制得的所述悬浮液进行喷雾干燥制得白色粉末，即为平均粒径为60nm的纳米硅酸钙；上述的高效减水剂为萘系磺酸盐系缩合物，减水率为20％，激发剂为碳酸钾；上述的可再分散乳胶粉为德国瓦克公司生产的5024N型可再分散(性)乳胶粉；上述的保水剂为聚环氧乙烷(PEO)，分子量为30万的白色粉末；上述的增稠剂为水合硅酸镁超细粉、拟薄水铝石两种原料的组合，水合硅酸镁超细粉、拟薄水铝石的质量之比为1:1；上述的钙源水溶液是将硝酸钙溶于水制得钙源水溶液；硅源水溶液是将偏硅酸钠溶于水制得硅源水溶液。
本发明实施例3的喷射混凝土回弹抑制剂的使用方法是：在制备喷射混凝土时，将水泥、砂、石，喷射混凝土回弹抑制剂一同加入搅拌机中搅拌，回弹抑制剂掺量为胶凝材料总用量的6％(重量百分比)。
实施例4：本发明所述的喷射混凝土回弹抑制剂是由下述组分及质量百分比的原料混合而成的：复合掺合料58％，纳米硅酸钙15％，高效减水剂15％，可再分散乳胶粉1％，保水剂5％，增稠剂5％，激发剂1.0％；上述的复合掺合料是由下述质量百分比的原料制成的：偏高岭土32％，超细硅灰28％，沸石粉20％，磨细稻壳灰10％，磷渣粉5％，石灰石粉5％；上述的偏高岭土是高岭土经过880℃高温煅烧2h后磨细制成，其颗粒粒径D50(中位径)≤3μm(可以为2～3微米)；上述的超细硅灰为二氧化硅微粉，其中二氧化硅含量为96％，比表面积为25000m2/kg；上述的沸石粉为活性成分SiO2+Al2O3含量是88％、平均粒径为100nm的白色粉末；上述磨细稻壳灰是稻壳经过630℃高温煅烧2h后自然冷却、磨细制成的28d活性指数为87％的粉体；上述的磷渣粉为比表面积是570m2/kg、28d活性指数是85％的工业废渣粉；上述的石灰石粉为比表面积是650m2/kg、28d活性指数为80％的白色粉末；上述的纳米硅酸钙是人工合成的平均粒径为100nm的水化硅酸钙粉体，其制备方法为：将质量百分比浓度为15％的钙源水溶液、质量百分比浓度为10％的硅源水溶液，分别同时滴加到固含量为10％的高分子聚合物分散液中，钙硅摩尔比为1.6(即钙硅摩尔比为1.6:1)，钙源水溶液与高分子聚合物分散液的质量之比为1:1，滴加过程中高速搅拌速率为3000rpm，反应温度为25℃，钙源水溶液滴加时间为5h，硅源水溶液滴加时间为3.5h，两者滴加完成继续搅拌15min(老化时间)，得到(固含量大约为30％的)乳白色悬浮液，将制得的所述悬浮液进行喷雾干燥制得白色粉末，即为平均粒径为100nm的纳米硅酸钙；上述的高效减水剂为萘系磺酸盐系缩合物，减水率为20％，激发剂为偏硅酸钾；上述的可再分散乳胶粉为德国瓦克公司生产的5010N型可再分散(性)乳胶粉；上述的保水剂为聚环氧乙烷(PEO)，分子量为50万的白色粉末；上述的增稠剂为水合硅酸镁超细粉、拟薄水铝石两种原料的组合，水合硅酸镁超细粉、拟薄水铝石的质量之比为1:1；上述的钙源水溶液是将硝酸钙溶于水制得钙源水溶液；硅源水溶液是将九水合硅酸钠溶于水制得硅源水溶液。
本发明实施例4的喷射混凝土回弹抑制剂的使用方法是：在制备喷射混凝土时，将水泥、砂、石，喷射混凝土回弹抑制剂一同加入搅拌机中搅拌，回弹抑制剂掺量为胶凝材料总用量的4％(重量百分比)。
以下为本发明的试验部分：性能测试
按照JGJ/T 372-2016《喷射混凝土应用技术规程》，使用实施例1～实施例4制备的喷射混凝土回弹抑制剂进行喷射混凝土配制，喷射工艺为湿喷，试验配合比和喷射混凝土性能测试结果分别如表1和表2所示。其中，配制喷射混凝土所用的水泥为峨胜水泥P.O42.5R，碎石为5～15mm玄武岩，减水剂为石家庄市长安育才有限公司生产的GK-3000聚羧酸高性能减水剂，速凝剂为石家庄市长安育才有限公司生产的GK-3B液体速凝剂。空白组为不使用喷射混凝土回弹抑制剂的喷射混凝土。
表1喷射混凝土配合比
Figure BDA0002686932930000121
表2喷射混凝土性能
Figure BDA0002686932930000122
从表1和表2数据可以看出，空白组的喷射混凝土，通过掺入减水剂和速凝剂，混凝土的1d抗压强度偏低，一次喷射层厚度仅为25cm，回弹率超过20％。掺入本发明的喷射混凝土回弹抑制剂，在不单独掺入减水剂、速凝剂掺量减半情况下，混凝土工作性能有所改善，同时抗压强度也显著提高，无论是早期1天强度，还是后期28天强度比(达到115％以上)，一次喷射层厚度提高到50cm以上，回弹率降低至7％以下。由此说明本发明的喷射混凝土回弹抑制剂非常适用于高性能喷射混凝土的制备。
综上所述，本发明的以上各实施例性能良好，它能在降低速凝剂掺量和不单独使用减水剂情况下，改善了混凝土工作性能，显著提高了混凝土强度，减小了混凝土开裂风险，提高了混凝土的耐久性，同时明显提高了一次喷射层厚度，大大降低了喷射混凝土的回弹率，进而节约了工程成本，有利于工业化生产和推广。

Claims (10)

1.一种喷射混凝土回弹抑制剂，其特征在于它是由下述组分及质量百分比的原料混合而成的：复合掺合料50％～60％，纳米硅酸钙15％～30％，高效减水剂15％～25％，可再分散乳胶粉1％～5％，保水剂1％～5％，增稠剂1％～5％，激发剂0.5％～1.0％，上述各组分的质量百分比之和为100％；
上述的复合掺合料是由下述质量百分比的原料制成的：偏高岭土30％～40％，超细硅灰20％～30％，沸石粉20％～30％，磨细稻壳灰10％～15％，磷渣粉5％～10％，石灰石粉5％～10％，复合掺合料中各组分的质量百分比之和为100％；
上述的偏高岭土是高岭土经过800℃～900℃高温煅烧2h～3h后磨细制成，其颗粒粒径D50≤5μm；上述的超细硅灰为二氧化硅微粉，其中二氧化硅含量为92％～98％，比表面积为23000～25000m2/kg；上述的沸石粉为活性成分SiO2+Al2O3含量≥80％、粒径为100～200nm的白色粉末；上述磨细稻壳灰是稻壳经过600℃～700℃高温煅烧2h～3h后自然冷却、磨细制成的28d活性指数≥85％的粉体；上述的磷渣粉为比表面积≥500m2/kg、28d活性指数≥85％的工业废渣粉；上述的石灰石粉为比表面积≥550m2/kg、28d活性指数≥70％的白色粉末；
上述的纳米硅酸钙是人工合成的平均粒径为50～150nm的水化硅酸钙粉体，其制备方法为：将质量百分比浓度为10％～15％的钙源水溶液、质量百分比浓度为5％～10％的硅源水溶液，分别同时滴加到固含量为5％～10％的高分子聚合物分散液中，钙硅摩尔比为1.2～1.7，钙源水溶液与高分子聚合物分散液的质量之比为0.7～1:1，滴加过程中高速搅拌速率为3000～5000rpm，反应温度为10℃～30℃，钙源水溶液滴加时间为5h～6h，硅源水溶液滴加时间为3h～4h，两者滴加完成继续搅拌10min～20min，得到乳白色悬浮液，将制得的所述悬浮液进行喷雾干燥制得白色粉末，即为平均粒径为50～150nm的纳米硅酸钙；上述的高效减水剂为萘系磺酸盐系缩合物，18％≤减水率≤25％，激发剂为硫酸钾、碳酸钾、偏硅酸钾中的一组或几种的组合。
2.根据权利要求1所述的喷射混凝土回弹抑制剂，其特征在于上述的可再分散乳胶粉为5010N型可再分散乳胶粉、5024N型可再分散乳胶粉中的一种或两种的组合。
3.根据权利要求1所述的喷射混凝土回弹抑制剂，其特征在于上述的保水剂为聚环氧乙烷，分子量为10万～100万的白色粉末。
4.根据权利要求1所述的喷射混凝土回弹抑制剂，其特征在于上述的增稠剂为水合硅酸镁超细粉、拟薄水铝石中的一组或两种的组合。
5.根据权利要求1所述的喷射混凝土回弹抑制剂，其特征在于上述的超细硅灰即二氧化硅微粉是从硅石熔融蒸汽中冷凝捕集到的一种白色球状二氧化硅微粉。
6.根据权利要求1所述的喷射混凝土回弹抑制剂，其特征在于上述的钙源水溶液是将氯化钙、硝酸钙溶于水制得钙源水溶液；硅源水溶液是将偏硅酸钠或者九水合硅酸钠溶于水制得硅源水溶液。
7.根据权利要求1所述的喷射混凝土回弹抑制剂，其特征在于上述的高分子聚合物分散液是由下述组分及质量份数的原料制成的：分子量为4000～5000的异戊烯醇聚氧乙烯醚大单体100份，硅烷偶联剂即乙烯基三乙氧基硅烷3份，不饱和羧酸即富马酸10份，链转移剂即巯基丙酸0.4份，引发剂0.7份，去离子水，引发剂为0.2份抗坏血酸和0.5份过氧化氢的组合；所述高分子聚合物分散液的制备方法包括如下工艺步骤：将异戊烯醇聚氧乙烯醚、乙烯基三乙氧基硅烷和60份去离子水加入反应釜中，开动搅拌器，加热升温，同时将巯基丙酸和部分引发剂即0.2份抗坏血酸溶于38份去离子水中配置成A料液；将富马酸加入40份去离子水中配置成B液；当反应釜内温度升至50℃时，向釜底加入剩余的引发剂即0.5份过氧化氢，同时滴加A料液、B料液，A料液滴加时间为130分钟，B料液滴加时间为100分钟，A料液、B料液滴加完后继续在50℃再保温反应1.0小时，反应结束，加入去离子水稀释至固含量为5％～10％，即得到高分子聚合物分散液。
8.根据权利要求1所述的喷射混凝土回弹抑制剂，其特征在于它是由下述组分及质量百分比的原料混合而成的：复合掺合料50％，纳米硅酸钙20％，高效减水剂20％，可再分散乳胶粉2％，保水剂5％，增稠剂2％，激发剂1.0％；上述的复合掺合料是由下述质量百分比的原料制成的：偏高岭土30％，超细硅灰25％，沸石粉20％，磨细稻壳灰15％，磷渣粉5％，石灰石粉5％；上述的偏高岭土是高岭土经过850℃高温煅烧2h后磨细制成，其颗粒粒径D50≤5μm；上述的超细硅灰为二氧化硅微粉，其中二氧化硅含量为95％，比表面积为24000m2/kg；上述的沸石粉为活性成分SiO2+Al2O3含量为82％、平均粒径为170nm的白色粉末；上述磨细稻壳灰是稻壳经过650℃高温煅烧2h后自然冷却、磨细制成的28d活性指数为88％的粉体；上述的磷渣粉为比表面积为520m2/kg、28d活性指数为88％的工业废渣粉；上述的石灰石粉为比表面积是600m2/kg、28d活性指数是73％的白色粉末；上述的纳米硅酸钙是人工合成的平均粒径为110nm的水化硅酸钙粉体，其制备方法为：将质量百分比浓度为12％的钙源水溶液、质量百分比浓度为8％的硅源水溶液，分别同时滴加到固含量为7％的高分子聚合物分散液中，钙硅摩尔比为1.5，钙源水溶液与高分子聚合物分散液的质量之比为0.7:1，滴加过程中高速搅拌速率为3000rpm，反应温度为20℃，钙源水溶液滴加时间为5h，硅源水溶液滴加时间为3h，两者滴加完成继续搅拌10min，得到乳白色悬浮液，将制得的所述悬浮液进行喷雾干燥制得白色粉末，即为平均粒径为110nm的纳米硅酸钙；上述的高效减水剂为萘系磺酸盐系缩合物，减水率为20％，激发剂为硫酸钾、偏硅酸钾两种原料的组合，硫酸钾与偏硅酸钾的质量之比为1:1.5；上述的可再分散乳胶粉为5010N型可再分散乳胶粉；上述的保水剂为聚环氧乙烷，分子量为50万的白色粉末；上述的增稠剂为水合硅酸镁超细粉；上述的钙源水溶液是将氯化钙溶于水制得钙源水溶液；硅源水溶液是将偏硅酸钠溶于水制得硅源水溶液。
9.根据权利要求1所述的喷射混凝土回弹抑制剂，其特征在于它是由下述组分及质量百分比的原料混合而成的：复合掺合料52％，纳米硅酸钙23％，高效减水剂15％，可再分散乳胶粉2％，保水剂3％，增稠剂4％，激发剂1.0％；上述的复合掺合料是由下述质量百分比的原料制成的：偏高岭土37％，超细硅灰20％，沸石粉20％，磨细稻壳灰10％，磷渣粉6％，石灰石粉7％；上述的偏高岭土是高岭土经过900℃高温煅烧3h后磨细制成，其颗粒粒径D50≤4μm；上述的超细硅灰为二氧化硅微粉，其中二氧化硅含量为96％，比表面积为25000m2/kg；上述的沸石粉为活性成分SiO2+Al2O3含量为85％、平均粒径为120nm的白色粉末；上述磨细稻壳灰是稻壳经过600℃高温煅烧2h后自然冷却、磨细制成的28d活性指数为87％的粉体；上述的磷渣粉为比表面积是550m2/kg、28d活性指数是88％的工业废渣粉；上述的石灰石粉为比表面积是650m2/kg、28d活性指数是76％的白色粉末；上述的纳米硅酸钙是人工合成的平均粒径为85nm的水化硅酸钙粉体，其制备方法为：将质量百分比浓度为10％的钙源水溶液、质量百分比浓度为8％的硅源水溶液，分别同时滴加到固含量为7％的高分子聚合物分散液中，钙硅摩尔比为1.25，钙源水溶液与高分子聚合物分散液的质量之比为0.8:1，滴加过程中高速搅拌速率为4000rpm，反应温度为10℃，钙源水溶液滴加时间为6h，硅源水溶液滴加时间为4h，两者滴加完成继续搅拌15min，得到乳白色悬浮液，将制得的所述悬浮液进行喷雾干燥制得白色粉末，即为平均粒径为85nm的纳米硅酸钙；上述的高效减水剂为萘系磺酸盐系缩合物，减水率为20％，上述的激发剂为偏硅酸钾；上述的可再分散乳胶粉为5010N型可再分散乳胶粉；上述的保水剂为聚环氧乙烷，分子量为80万的白色粉末；上述的增稠剂为拟薄水铝石；上述的钙源水溶液是将硝酸钙溶于水制得钙源水溶液；硅源水溶液是将九水合硅酸钠溶于水制得硅源水溶液。
10.一种权利要求1所述的喷射混凝土回弹抑制剂的使用方法，其特征在于是在制备喷射混凝土时，将水泥、砂、石、喷射混凝土回弹抑制剂一同加入搅拌机中搅拌，回弹抑制剂掺量为胶凝材料总用量的3％～8％。
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