CN112047708B - 一种喷射混凝土及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种喷射混凝土，由胶凝材料层和界面处理层组成，所述胶凝材料层由如下重量份的组分混合而成：200～600份碳铬渣，100～200份氧化镁，100～200份磷酸氢钠，50～100份锂渣粉，50～100份钢渣粉，10～50份铝粉，30～60份水玻璃，50～180份ASA树脂乳液，10～50份调凝剂，400～800份再生骨料，100～200份水；界面处理层由如下重量份的组分混合而成：30～60份丙烯酸乳液，20～40份水性聚氨酯，10～30份硅烷偶联剂，5～20份偏硅酸钠，10～30份石灰石粉，100～200份水。本发明没有采用传统水泥以及传统速凝剂，有利于环保，并且耐久性好，回弹率低。

Description

一种喷射混凝土及其施工方法
技术领域
本发明属于喷射混凝土技术领域，具体涉及一种喷射混凝土及其施工方法。
背景技术
喷射混凝土是使用混凝土喷射机械，以压缩空气为动力，将石子、砂、水、掺合料及外加剂按预先设计的配合比混合，通过软管或管道将其直接喷射到待喷表面的一种快速施工材料。喷射混凝土与浇筑混凝土相比，具有终凝时间快、早期强度高、施工方便灵活等特点，主要应用在隧道、矿井、地下工程、边坡等混凝土难以浇筑成型的施工环境。近年来，随着我国大量建筑进入老化期，大量建筑物需要进行改造、修复、加固，喷射混凝土作为加固修补材料已越来越受到重视，尤其在军事抢修抢建方面，喷射混凝土也具有十分广阔的应用前景。
然而，目前抢修抢建用喷射混凝土主要由普通混凝土中加入速凝剂制备而成，速凝剂的使用，使得普通混凝土的凝结时间由几个小时缩短到几分钟，改变了水泥混凝土的整个水化过程，提高了混凝土的孔隙率，不利于混凝土的耐久性，特别是混凝土后期强度会倒缩，而加固工程对于加固材料的耐久性较高。并且为使喷射混凝土具有较低的回弹量(回弹量主要指的是在混凝土喷射过程中，集料、水或已经拌好的混凝土喷射到被加固的工程上，由于混凝土不能及时凝结，部分掉落的混凝土就是喷射混凝土的回弹量)，水泥用量都非常高，每方混凝土水泥用量达到了450～480kg，提高了混凝土的成本与水化放热量，不利于其耐久性。
磷酸镁水泥是一种基于氧化镁和磷酸盐的酸碱反应而凝结硬化的新型胶凝材料。该材料具有凝结速度快、早期强度高、粘结性能好、干燥收缩小、耐磨、抗冻等特点。但是磷酸镁水泥凝结时间过快，可施工时间较短，在生产用往往需要加入缓凝剂才能正常使用，由于缓凝剂的使用延缓了磷酸镁水泥基材料的正常水化过程，因此不利于磷酸镁水泥后期强度的发展。
发明内容
本发明的目的在于解决普通喷射混凝土水泥用量大、耐久性差以及回弹率高的问题，提供一种喷射混凝土。
技术方案
一种喷射混凝土，由胶凝材料层和界面处理层组成，所述胶凝材料层由如下重量份的组分混合而成：200～600份碳铬渣，100～200份氧化镁，100～200份磷酸氢钠，50～100份锂渣粉，50～100份钢渣粉，10～50份铝粉，30～60份水玻璃，50～180份ASA树脂乳液，10～50份调凝剂，400～800份再生骨料，100～200份水；
所述界面处理层由如下重量份的组分混合而成：30～60份丙烯酸乳液，20～40份水性聚氨酯，10～30份硅烷偶联剂，5～20份偏硅酸钠，10～30份石灰石粉，100～200份水；
所述钢渣粉中Fe2O3含量大于10％；锂渣粉中Al2O3含量大于20％；丙烯酸乳液的粘度为3000～6000mPa·s；水性聚氨酯的粘度为50～200Pa·s。
进一步，所述碳铬渣为经过700～1100℃高温处理1～2小时后的碳铬渣。碳铬渣含有较多的氧化铁与氧化镁，同时含有较多重金属离子，将其利用到普通混凝土中，不但存在体积安定性风险，同时还担心重金属离子的溶出。本发明采用高温处理后的碳铬渣，通过高温处理提高了碳铬渣中MgO的活性，通过磷酸氢钠与碳铬渣中MgO反应形成鸟粪石，同时将碳铬渣中的重金属离子固结于其中。
进一步，所述氧化镁由轻烧氧化镁与重烧氧化镁组成，轻烧氧化镁与重烧氧化镁的质量比为1:3～3:1。
进一步，所述ASA树脂乳液是在采用乳液聚合法制备ASA树脂过程中加入ASA树脂原材料丙烯腈摩尔份数1.2倍的丙烯酸钠、1.8倍的硫酸胺、0.6倍的三乙醇胺和1.3倍的双丙烯酰胺进行改性得到的，其中ASA树脂是由丙烯腈、苯乙烯和丙烯酸丁酯组成的共聚物，乳液聚合法制备ASA树脂为本领域公知技术。
进一步，所述调凝剂为氯化镁、硝酸镁或硫酸镁中的一种或两种以上任意比例的组合。
进一步，所述再生骨料的粒径小于10mm，其中0～5mm与5～10mm质量比为2:(1～3)。这两种组合的再生骨料搭配在一起所形成的空间骨架空隙最小，从而喷射混凝土所使用的胶凝材料最少，所制备的喷射混凝土最密实，强度最高。
进一步，所述硅烷偶联剂优选为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。此种硅烷偶联剂与丙烯酸乳液、水性聚氨酯、偏硅酸钠等搭配后成膜能力强、且渗透力强。
上述喷射混凝土的施工方法，包括如下步骤：
(1)按重量份称取丙烯酸乳液、水性聚氨酯、硅烷偶联剂、偏硅酸钠、石灰石粉和水，搅拌均匀后，得到界面处理层，将其喷涂于需要施工的工作面；
(2)按重量份称取碳铬渣、氧化镁、磷酸氢钠、锂渣粉、钢渣粉、铝粉、水玻璃、ASA树脂乳液、调凝剂、再生骨料和水，搅拌均匀后，得到胶凝材料层，待步骤(1)的界面处理层喷涂完成30～60min后，将胶凝材料层喷射至界面处理层上。
本发明的有益效果：
1.本发明没有采用传统水泥以及传统的速凝剂，而是通过磷酸镁水泥快速凝结的特点，并通过原材料(碳铬渣、氧化镁、磷酸盐)改性，采用矿物掺合料(锂渣粉、钢渣粉、铝粉)等，利用矿物掺合料相较多的Al2O3、Fe2O3，使其在反应过程中取代MgO，从而进一步改进其水化产物组成，并通过调凝剂(氯化镁、硝酸镁与硫酸镁)来调节本发明体系中Mg2+的含量与活性，来调节本发明的凝结时间；通过铝粉发泡、利用水玻璃、ASA树脂乳液等物质改变本发明喷射混凝土的流动性、稠度，保证本发明的匀致性。同时，ASA树脂乳液可以与本发明的界面处理层中的丙烯酸乳液、水性聚氨酯、硅烷偶联剂等所用聚合反应，增大了本发明胶凝材料层与界面处理层的粘结，降低了混凝土回弹率。
2.本发明通过在施工工作面提前喷涂一层界面处理层，其作用有：1)良好的渗透能力，可以渗透到施工面的土层等内部，将土层内外形成一个有机整体；2)良好的成膜能力，可以在施工面的土层表面形成一层膜，防止松散土体的掉落；3)良好的粘聚性，可以将混凝土等材料粘聚到土层上，降低混凝土的回弹率。本发明利用石灰石粉作为界面处理层的填料，可以提高界面处理层的施工性能。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
下述实施例中，所述钢渣粉中Fe2O3含量大于10％；锂渣粉中Al2O3含量大于20％；丙烯酸乳液的粘度为3000～6000mPa·s；水性聚氨酯的粘度为50～200Pa·s；所述ASA树脂乳液是在采用乳液聚合法制备ASA树脂过程中加入ASA树脂原材料丙烯腈摩尔份数1.2倍的丙烯酸钠、1.8倍的硫酸胺、0.6倍的三乙醇胺和1.3倍的双丙烯酰胺进行改性得到的，其中ASA树脂是由丙烯腈、苯乙烯和丙烯酸丁酯组成的共聚物。
实施例1
一种喷射混凝土，由胶凝材料层和界面处理层组成，所述胶凝材料层由如下重量份的组分混合而成：600份碳铬渣(经过1100℃的高温处理1h)，200份氧化镁，200份磷酸氢钠，50份锂渣粉，50钢渣粉，10份铝粉，60份水玻璃，180份ASA树脂乳液，50份调凝剂(氯化镁)，800份再生骨料，200份水；
所述界面处理层由如下重量份的组分混合而成：30份丙烯酸乳液，20份水性聚氨酯，30份硅烷偶联剂(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)，20份偏硅酸钠，30份石灰石粉，200份水。
所述氧化镁由轻烧氧化镁与重烧氧化镁组成，轻烧氧化镁与重烧氧化镁的质量比为1:3；所述再生骨料中0～5mm与5～10mm质量比为2:3。
上述喷射混凝土的施工方法，包括如下步骤：
(1)按重量份称取丙烯酸乳液、水性聚氨酯、硅烷偶联剂、偏硅酸钠、石灰石粉和水，搅拌均匀后，得到界面处理层，将其喷涂于需要施工的工作面；
(2)按重量份称取碳铬渣、氧化镁、磷酸氢钠、锂渣粉、钢渣粉、铝粉、水玻璃、ASA树脂乳液、调凝剂、再生骨料和水，搅拌均匀后，得到胶凝材料层，待步骤(1)的界面处理层喷涂完成30min后，将胶凝材料层喷射至界面处理层上。
实施例2
一种喷射混凝土，由胶凝材料层和界面处理层组成，所述胶凝材料层由如下重量份的组分混合而成：200份碳铬渣(经过700℃的高温处理2h)，100份氧化镁，100份磷酸氢钠，50份锂渣粉，50钢渣粉，50份铝粉，30份水玻璃，50份ASA树脂乳液，10份调凝剂(硝酸镁)，400份再生骨料，100份水；
所述界面处理层由如下重量份的组分混合而成：60份丙烯酸乳液，40份水性聚氨酯，10份硅烷偶联剂(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)，20份偏硅酸钠，30份石灰石粉，100份水。
所述氧化镁由轻烧氧化镁与重烧氧化镁组成，轻烧氧化镁与重烧氧化镁的质量比为3:1；所述再生骨料中0～5mm与5～10mm质量比为1:1。
上述喷射混凝土的施工方法，包括如下步骤：
(1)按重量份称取丙烯酸乳液、水性聚氨酯、硅烷偶联剂、偏硅酸钠、石灰石粉和水，搅拌均匀后，得到界面处理层，将其喷涂于需要施工的工作面；
(2)按重量份称取碳铬渣、氧化镁、磷酸氢钠、锂渣粉、钢渣粉、铝粉、水玻璃、ASA树脂乳液、调凝剂、再生骨料和水，搅拌均匀后，得到胶凝材料层，待步骤(1)的界面处理层喷涂完成60min后，将胶凝材料层喷射至界面处理层上。
实施例3
一种喷射混凝土，由胶凝材料层和界面处理层组成，所述胶凝材料层由如下重量份的组分混合而成：400份碳铬渣(经过1000℃的高温处理1.5h)，150份氧化镁，150份磷酸氢钠，70份锂渣粉，80钢渣粉，40份铝粉，50份水玻璃，100份ASA树脂乳液，40份调凝剂(硫酸镁)，600份再生骨料，200份水；
所述界面处理层由如下重量份的组分混合而成：50份丙烯酸乳液，30份水性聚氨酯，20份硅烷偶联剂(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)，15份偏硅酸钠，20份石灰石粉，150份水。
所述氧化镁由轻烧氧化镁与重烧氧化镁组成，轻烧氧化镁与重烧氧化镁的质量比为2:1；所述再生骨料中0～5mm与5～10mm质量比为2:1。
上述喷射混凝土的施工方法，包括如下步骤：
(1)按重量份称取丙烯酸乳液、水性聚氨酯、硅烷偶联剂、偏硅酸钠、石灰石粉和水，搅拌均匀后，得到界面处理层，将其喷涂于需要施工的工作面；
(2)按重量份称取碳铬渣、氧化镁、磷酸氢钠、锂渣粉、钢渣粉、铝粉、水玻璃、ASA树脂乳液、调凝剂、再生骨料和水，搅拌均匀后，得到胶凝材料层，待步骤(1)的界面处理层喷涂完成50min后，将胶凝材料层喷射至界面处理层上。
实施例4
一种喷射混凝土，由胶凝材料层和界面处理层组成，所述胶凝材料层由如下重量份的组分混合而成：600份碳铬渣(经过1000℃的高温处理1h)，150份氧化镁，200份磷酸氢钠，60份锂渣粉，70钢渣粉，20份铝粉，40份水玻璃，50份ASA树脂乳液，30份调凝剂(由重量比为1:1:1的氯化镁、硝酸镁与硫酸镁组成)，400份再生骨料，150份水；
所述界面处理层由如下重量份的组分混合而成：30份丙烯酸乳液，20份水性聚氨酯，30份硅烷偶联剂(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)，20份偏硅酸钠，30份石灰石粉，200份水。
所述氧化镁由轻烧氧化镁与重烧氧化镁组成，轻烧氧化镁与重烧氧化镁的质量比为2:1；所述再生骨料中0～5mm与5～10mm质量比为1:1。
上述喷射混凝土的施工方法，包括如下步骤：
(1)按重量份称取丙烯酸乳液、水性聚氨酯、硅烷偶联剂、偏硅酸钠、石灰石粉和水，搅拌均匀后，得到界面处理层，将其喷涂于需要施工的工作面；
(2)按重量份称取碳铬渣、氧化镁、磷酸氢钠、锂渣粉、钢渣粉、铝粉、水玻璃、ASA树脂乳液、调凝剂、再生骨料和水，搅拌均匀后，得到胶凝材料层，待步骤(1)的界面处理层喷涂完成60min后，将胶凝材料层喷射至界面处理层上。
对比例
某市售喷射混凝土，其配合比如下：52.5水泥450份、硅灰45份、中砂800份、石子700、纤维素醚类增稠剂10份、硫铝酸钙类速凝剂10份、聚乙烯醇纤维20份、聚羧酸减水剂5份、水180份。
测试实施例1-4和对比例的喷射混凝土的力学性能和耐久性，测试方法参照《普通混凝土力学试验方法》(GB/T50081-2002)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082-2009)。测试结果见表1：
表1
Figure BDA0002665176640000061
由表1的测试结果可以发现，与市场用普通喷射混凝土相比，本发明实施例1-4的喷射混凝土回弹率更低，耐久性也远远高于普通喷射混凝土。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种喷射混凝土，其特征在于，由胶凝材料层和界面处理层组成，所述胶凝材料层由如下重量份的组分混合而成：200~600份碳铬渣，100~200份氧化镁，100~200份磷酸氢钠，50~100份锂渣粉，50~100份钢渣粉，10~50份铝粉，30~60份水玻璃，50~180份ASA树脂乳液，10~50份调凝剂，400~800份再生骨料，100~200份水；
所述界面处理层由如下重量份的组分混合而成：30~60份丙烯酸乳液，20~40份水性聚氨酯，10~30份硅烷偶联剂，5~20份偏硅酸钠，10~30份石灰石粉，100~200份水；
所述钢渣粉中Fe2O3含量大于10%；锂渣粉中Al2O3含量大于20%；丙烯酸乳液的粘度为3000~6000mPa•s；水性聚氨酯的粘度为50~200Pa•s；
所述碳铬渣为经过高温700~1100℃处理1~2小时后的碳铬渣；
所述调凝剂为硝酸镁或硫酸镁中的一种或两种任意比例的组合。
2.如权利要求1所述喷射混凝土，其特征在于，所述氧化镁由轻烧氧化镁与重烧氧化镁组成，轻烧氧化镁与重烧氧化镁的质量比为1:3~3:1。
3.如权利要求1所述喷射混凝土，其特征在于，所述ASA树脂乳液是在采用乳液聚合法制备ASA树脂过程中加入ASA树脂原材料丙烯腈摩尔份数1.2倍的丙烯酸钠、1.8倍的硫酸胺、0.6倍的三乙醇胺和1.3倍的双丙烯酰胺进行改性得到的，其中ASA树脂是由丙烯腈、苯乙烯和丙烯酸丁酯组成的共聚物。
4.如权利要求1所述喷射混凝土，其特征在于，所述再生骨料的粒径小于10mm，其中粒径小于5mm的再生骨料与粒径为5~10mm的再生骨料的质量比为2:（1~3）。
5.如权利要求1至4任一项所述喷射混凝土，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
6.权利要求1至5任一项所述喷射混凝土的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按重量份称取丙烯酸乳液、水性聚氨酯、硅烷偶联剂、偏硅酸钠、石灰石粉和水，搅拌均匀后，得到界面处理层，将其喷涂于需要施工的工作面；
（2）按重量份称取碳铬渣、氧化镁、磷酸氢钠、锂渣粉、钢渣粉、铝粉、水玻璃、ASA树脂乳液、调凝剂、再生骨料和水，搅拌均匀后，得到胶凝材料层，待步骤（1）的界面处理层喷涂完成30~60min后，将胶凝材料层喷射至界面处理层上。
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