CN113800853A - 一种高强湿喷混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土技术领域，具体公开了一种高强湿喷混凝土及其制备方法，包括以下重量份的原料：水泥300‑500份、粉煤灰50‑80份、硅灰30‑50份、细骨料800‑1200份、粗骨料600‑800份、减水剂2‑5份、增强纤维8‑16份、速凝剂10‑30份、木薯淀粉1‑3份、增强剂10‑30份、水100‑200份；增强剂由重量比为1:(1‑2)的稻壳灰和超细碳酸钙微粉组成，其制备方法为：将水泥、粗骨料混合均匀后加入粉煤灰、硅灰、细骨料以及水混合均匀后，继续加入增强纤维，混合均匀后得到第一混合物；将第一混合物与减水剂、木薯淀粉、增强剂混合，混合均匀后得到第二混合物；后通过喷射与速凝剂混合均匀，制得高强湿喷混凝土；本申请的湿喷混凝土具有强度高的优点。

Description

一种高强湿喷混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种高强湿喷混凝土及其制备方法。
背景技术
喷射混凝土是用压力喷枪喷涂灌筑细石混凝土的施工法，一般分为干拌法和湿拌法，广泛应用于隧道等建筑领域中。
干拌法是将水泥、砂、石在干燥状态下拌合均匀用压缩空气将其和速凝剂送至喷嘴，并与压力水混合后进行喷灌的方法；湿拌法是将预先配好的水泥、砂、石子、水和一定数量的外加剂，装入喷射机，利用高压空气将其送到喷头和速凝剂混合后，以很高的速度喷向岩石或混凝土的表面而形成，得到湿喷混凝土。湿喷混凝土相比于干型混凝土粉尘小、均质率较好，强度也较高，使用也更加广泛。
通过上述相关技术，虽然加入速凝剂后，湿喷混凝土快速凝结，短期内湿喷混凝土的强度增强，但容易导致湿喷混凝土的后期强度较低。
发明内容
为了提高湿喷混凝土的后期强度，本申请提供了一种高强湿喷混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种高强湿喷混凝土，采用如下的技术方案：
一种高强湿喷混凝土，包括以下重量份的原料：
水泥300-500份；
粉煤灰50-80份；
硅灰30-50份；
细骨料800-1200份；
粗骨料600-800份；
减水剂2-5份；
增强纤维8-16份；
速凝剂10-30份；
木薯淀粉1-3份；
增强剂10-30份；
水100-200份；
所述增强剂由重量比为1:(1-2)的稻壳灰和超细碳酸钙微粉组成，所述超细碳酸钙微粉的粒径为0.01-0.1μm。
通过采用上述技术方案，在混凝土中加入增强纤维，与增强剂共同配合，增强湿喷混凝土的后期强度。增强剂选用稻壳灰和超细碳酸钙微粉，同时优选超细碳酸钙微粉的粒径；两者加入后，一方面和增强纤维配合，有效细化混凝土中的孔隙，改善孔结构，提高湿喷混凝土的后期强度；另一方面和速凝剂配合，加速C3A与石膏作用，并使石膏提前生成，同时形成六方板状结构，提高混凝土的密实度，进一步增强湿喷混凝土强度，同时加快混凝土凝结时间。另外木薯淀粉与增强剂配合，赋予混凝土较好的粘稠性，进一步增强湿喷混凝土的后期强度；同时减少混凝土的回弹量，减少混凝土喷射过程中的粉尘。
综上所述，采用稻壳灰和超细碳酸钙微粉组成增强剂，并加入增强纤维、木薯淀粉，多种物质共同配合，增强湿喷混凝土的后期强度，加速混凝土的凝结。
优选的，所述增强纤维包括聚丙烯纤维、抗碱玻璃纤维中的至少一种。
通过采用上述技术方案，优选聚丙烯纤维、抗碱玻璃纤维中的至少一种，两者和增强剂更好地配合，减少湿喷混凝土的开裂，进一步增强湿喷混凝土的强度，同时也减少湿喷混凝土的回弹率。
优选的，所述速凝剂由重量比为1:(0.5-0.8):(0.2-0.5)的硫酸铝、甘油以及聚丙烯酸甲酯组成。
通过采用上述技术方案，选用无机类速凝剂硫酸铝和有机类速凝剂甘油、聚丙烯酸甲酯作为速凝剂，共同配合，一方面提高水泥水化速度，使得湿喷混凝土使用时快速凝结；另一方面不改变水泥与水的基本反应，而是提高水泥与水的反应速度，对湿喷混凝土的后期强度影响较小，进一步减少湿喷混凝土后期强度的损失。另外有机速凝剂聚丙烯酸甲酯和增强剂中超细碳酸钙微粉共同作用，可使混凝土快速脱水结硬，形成橡胶状凝胶，进一步增强凝结速度，增强湿喷混凝土的后期强度。
优选的，所述高强湿喷混凝土的原料中还包括重量份数为3-5份的稳定剂，所述稳定剂包括刺槐豆胶、黄原胶中的至少一种。
通过采用上述技术方案，稳定剂中的刺槐豆胶、黄原胶和木薯淀粉、增强剂共同组合，填充于木薯淀粉颗粒片段间，形成致密的蜂窝状结构，形成弹性、强度较好的凝胶，有助于增强湿喷混凝土的后期强度。
优选的，所述稳定剂由刺槐豆胶和黄原胶组成，所述刺槐豆胶和黄原胶的重量比为1:(1-1.5)。
通过采用上述技术方案，优选刺槐豆胶和黄原胶组成稳定剂，并优选两者重量配比，进一步与木薯淀粉更好地配合，增强湿喷混凝土的后期强度。
优选的，所述高强湿喷混凝土的原料中还包括重量份数为1-2份的分散剂，所述分散剂包括甲基三乙氧基硅烷、棕榈蜡、甲基含氢硅油中的至少两种。
通过采用上述技术方案，由于稻壳灰和超细碳酸钙微粉本身具有较大的比表面积，不容易分散均匀。通过加入上述分散剂相互配合，增强稻壳粉、超细碳酸钙微粉表面的疏水性，对稻壳灰和超细碳酸钙微粉进行有效分散，增强混凝土的均匀度，进一步增强湿喷混凝土的强度和强度持久性。
优选的，所述减水剂包括甲基丙烯酸聚羧酸减水剂、马来酸酐聚羧酸减水剂中的至少一种。
通过采用上述技术方案，选用甲基丙烯酸聚羧酸减水剂、马来酸酐聚羧酸减水剂中的至少一种作为减水剂，与水泥的适应性较好，减少混凝土发生泌水、分层等问题，更有助于增强湿喷混凝土的后期强度。
第二方面，本申请提供一种高强湿喷混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种高强湿喷混凝土的制备方法，包括以下制备步骤：
S1:将水泥、粗骨料混合，混合均匀后加入粉煤灰、硅灰、细骨料以及水混合均匀后，继续加入增强纤维，混合均匀后得到第一混合物；
S2:将第一混合物与减水剂、木薯淀粉、增强剂混合，混合均匀后得到第二混合物；
S3:将第二混合物通过喷射与速凝剂混合均匀，制得高强湿喷混凝土。
通过采用上述技术方案，首先加入部分原料，将水泥与水混合进行水化；后加入木薯淀粉、增强剂共同配合，细化混凝土中的孔隙，改善孔结构，提高湿喷混凝土的后期强度；同时加入速凝剂后，共同加速水泥水化，提高凝结速度，提高混凝土的密实度，进一步增强湿喷混凝土强度。
优选的，在所述步骤S2中加入3-5重量份的稳定剂和1-2重量份的分散剂，并共同混合。
通过采用上述技术方案，分步加入稳定剂和分散剂，和其他原料混合均匀，获得稳定性好，后期强度高，且凝结速度快的湿喷混凝土。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1.在本申请中,在湿喷混凝土中加入增强纤维、增强剂和木薯纤维，共同配合，增强湿喷混凝土的后期强度。增强剂选用稻壳灰和超细碳酸钙微粉，并规定超细碳酸钙微粉的粒径，和增强纤维有效配合，细化湿喷混凝土中的孔隙，进一步增强后期强度。
2.本申请中，优选聚丙烯纤维、抗碱玻璃纤维作为增强纤维，进一步增强湿喷混凝土的后期强度。优选速凝剂的具体组分，通过有机速凝剂、无机速凝剂配合，提高水泥水化速度，提高凝结速度的同时，增强湿喷混凝土的后期强度。在湿喷混凝土中加入稳定剂，进一步增强混凝土后期强度。加入分散剂，有效对增强剂进行分散，增强均匀度，进一步增强湿喷混凝土的强度和强度持久性。另外优选减水剂的具体组分，增强与水泥的适应性，有助于增强湿喷混凝土的后期强度。
3.本申请的制备方法，分步加入各种原料，从而更好地细化湿喷混凝土的孔隙，改善孔结构，提高湿喷混凝土的强度，同时加速凝结，提高速凝效果。
具体实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
各实施例中的组分及生产厂家如表1所示。
表1组分及生产厂家
Figure BDA0003278500550000041
实施例
实施例1:一种高强湿喷混凝土，所包括的具体组分及重量如表2所示，包括以下制备步骤：
S1:将水泥、粗骨料混合搅拌，搅拌速度为700r/min，搅拌均匀后加入粉煤灰、硅灰、细骨料以及水继续搅拌，搅拌速度为900r/min，搅拌均匀后，继续加入增强纤维搅拌，搅拌均匀后得到第一混合物；
S2:将第一混合物与减水剂、木薯淀粉、增强剂混合搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌均匀后得到第二混合物；
S3:将第二混合物通过喷射与速凝剂混合搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌均匀后制得高强湿喷混凝土。
其中增强剂中超细碳酸钙微粉的粒径为0.03±0.02μm。
实施例2:一种高强湿喷混凝土，与实施例1的区别在于，具体组分及重量不同，其中超细碳酸钙微粉的粒径为0.08±0.02μm，所包括的具体组分及重量如表2所示。
实施例3-4:一种高强湿喷混凝土，与实施例1的区别在于，增强纤维的具体组分及重量不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
实施例5-6:一种高强湿喷混凝土，与实施例4的区别在于，速凝剂的具体组分及重量不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
实施例7-8:一种高强湿喷混凝土，与实施例6的区别在于，在步骤S2中加入稳定剂，所包括的具体组分及重量如表2所示。
表2实施例1-8中的具体组分及重量
Figure BDA0003278500550000051
Figure BDA0003278500550000061
实施例9-10:一种高强湿喷混凝土，与实施例8的区别在于，稳定剂的具体组分及重量不同，所包括的具体组分及重量如表3所示。
实施例11-12:一种高强湿喷混凝土，与实施例10的区别在于，在步骤S2中加入分散剂，所包括的具体组分及重量如表3所示。
实施例13-14:一种高强湿喷混凝土，与实施例12的区别在于，减水剂的具体组分及重量不同，所包括的具体组分及重量如表3所示。
实施例15-16:一种高强湿喷混凝土，与实施例14的区别在于，具体组分及重量不同，所包括的具体组分及重量如表3所示。
表3实施例9-16中的具体组分及重量
Figure BDA0003278500550000062
Figure BDA0003278500550000071
对比例
对比例1:一种湿喷混凝土，与实施例1的区别在于，采用等量的稻壳灰替代超细碳酸钙微粉。
对比例2:一种湿喷混凝土，与实施例1的区别在于，采用等量的超细碳酸钙微粉替代稻壳灰。
对比例3:一种湿喷混凝土，与实施例1的区别在于，不含有增强剂。
对比例4:一种湿喷混凝土，与实施例1的区别在于，不含有木薯淀粉。
对比例5:一种湿喷混凝土，与实施例1的区别在于，超细碳酸钙微粉的粒径为0.2μm。
对比例6:一种湿喷混凝土，包括以下重量份的组分：水198kg，水泥417kg，中砂930kg，碎石830kg，减水剂4.5kg,铝氧熟料6kg，6kg碳酸钠6kg，生石灰3kg，十二烷基葡萄糖苷5kg。
制备方法为：
S1：制备烷基苷改性速凝剂：将6kg铝氧熟料、6kg碳酸钠和3kg的生石灰的混合物混至5kg的十二烷基葡萄糖苷中，80℃下加热，搅拌30min，得到烷基苷改性速凝剂。
S2：将水、水泥、中砂和碎石混合，搅拌30min，其中，碎石直径为10mm；
S3：将木质素磺酸盐与S2中的混合物混合均匀；
S4：将S3中的混合物压送至湿式喷射机，与S1中得到的烷基苷改性速凝剂混合并喷出，得到湿喷混凝土。
检测方法
实验一：抗压强度实验
实验样品：将实施例1-16以及对比例1-6制成边长为150mm的立方体，将实施例1-16制成的立方体分别命名为实验样品1-6，将对比例1-6制成的立方体分别命名为对比样品1-6。
实验仪器：抗压试验机。
实验方法：
抗压强度测试：根据国家标准GB/T50081-2019的《混凝土物理力学性能实验方法标准》中的抗压强度实验对高强湿喷混凝土的抗压强度进行评价，具体的抗压强度实验步骤如下：
(1)实验样品1到达实验龄期即28d时，从养护地点取出。
(2)实验样品1放置于抗压实验机前，将实验样品1表面与上、下承压板面擦拭干净；以实验样品1成型时的侧面为承压面。将实验样品1安放在抗压实验机的下压板或垫板上，实验样品1的中心应与抗压实验机下压板中心对准。
(3)启动抗压实验机，实验样品1表面与上、下承压板或钢垫板均匀接触。实验过程中连续均匀加荷，加荷速度应取0.5MPa/s
(4)手动控制抗压实验机加荷速度时，当实验样品1接近破坏开始急剧变形时，停止并调整抗压实验机油门直至破坏实验样品1，此时记录破坏荷载。
混凝土标准试件的抗压强度计算公式：Fcc＝F/A (3)
式中Fcc为实验样品1的抗压强度(MPa)计算结果精确至0.1MPa；
F为实验样品1的破坏荷载(N)；
A为实验样品1的承压面积(mm2)。
按照上述实验方法对实验样品2-16以及对比样品1-6进行抗压强度测试。
实验结果：实验样品1-16以及对比样品1-6的抗压强度的测试结果如表4所示。
实验二：凝结时间实验实验样品：采用实施例1-16以及对比例1-6制备得到的混凝土，并将由实施例1-16得到的混凝土分别命名为实验样品1-16，将由对比例1-6得到的混凝土分别命名为对比样品1-6，实验样品1-16以及对比样品1-6均有5个。
实验仪器：湿气养护箱、计时表。
实验方法：参照GB/T1346-2019的《水泥标准稠度、凝结时间、安定性检验方法》对实验样品1-16以及对比样品1-6的凝结时间进行检测。
实验结果：实验样品1-16以及对比样品1-6的缓凝实验结果如表4所示。
实验三：回弹率检测实验实验样品：采用实施例1-16以及对比例1-6制备得到的混凝土，并将由实施例1-16得到的混凝土分别命名为实验样品1-16，将由对比例1-6得到的混凝土分别命名为对比样品1-6，实验样品1-16以及对比样品1-6均有5个。
实验仪器：搅拌机、喷射设备；塑料膜；机械秤。
实验方法：根据JGJ/T 372-2016的《喷射混凝土应用技术规程》中的附录G的喷射混凝土回弹率试验分别对实验样品1-16以及对比样品1-6进行实验，并计算得到回弹率。例如分别计算5个实验样品1的回弹率，取5个回弹率的平均值作为实验样品1最终的回弹率。
实验结果：实验样品1-16和对比样品1-6的回弹率检测实验结果如表4所示。
表4实验样品1-16以及对比样品1-6的实验结果
Figure BDA0003278500550000091
由表4的数据可知，实验样品1-16的28d抗压强度为48.0-51.2MPa，终凝时间为212-247s，回弹率为6.6-8.5％；对比样品1-6的28d抗压强度为30.5-39.5MPa，终凝时间为257-298s，回弹率为9.9-14.5％。实验样品1-16相比于对比样品1-6的后期强度，也就是28d的强度较高，终凝时间小，回弹率也较小；说明实验样品1-16的后期强度高，速凝效果好，喷射过程中粉尘较少。
对比实验样品1和对比样品1-3可知，加入增强剂后，湿喷混凝土的抗压强度增强。当稻壳灰与超细碳酸钙微粉相互配合时，得到的湿喷混凝土的后期强度提高。可能是由于稻壳灰和超细碳酸钙微粉掺入水泥中后，共同细化孔隙，改善湿喷混凝土的孔结构，增强湿喷混凝土的强度。稻壳灰结构的表层含有一层膜，主要由致密的二氧化硅组成，形成较紧密的蜂窝孔，细化混凝土拌合物中的较大孔隙。同时将超细碳酸钙微粉加入后，继续填补孔隙，进一步增强湿喷混凝土的后期强度。同时超细碳酸钙微粉具有一定的集料作用，改善水泥颗粒的分布状况，使得水泥与水具有较大的接触面积，促进水泥水化反应；当石膏存在的条件下，超细碳酸钙微粉首先会加速C3A与石膏作用，生成钙矾石(AFt)，并使石膏提前耗尽，在钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙转变的同时，碳铝酸钙明显生成，从而增强湿喷混凝土的强度，提高凝结速度。
对比实验样品1和对比样品4，加入木薯淀粉后，湿喷混凝土的后期强度提高；可能是因为木薯淀粉具有一定的粘性，和增强剂配合后，有效将增强纤维和混凝土其他原料进行粘结，同时使得混凝土结构更加紧密，进一步增强湿喷混凝土的后期强度。另外淀粉赋予混凝土较好的粘稠性能，从而减少湿喷混凝土喷射过程中的回弹率。
对比实验样品1和对比样品5可知，优选超细碳酸钙微粉的粒径，与稻壳灰的配合效果更加，增强湿喷混凝土的后期强度。对比实验样品1和实验样品3-4可知，增强纤维选用聚丙烯纤维、抗碱玻璃纤维后，湿喷混凝土的强度提高，同时回弹率减小；可能是由于两者均具有较好的韧性和强度，当加入混凝土中后，与增强剂更好地配合，减少湿喷混凝土的开裂，提高后期强度。
对比实验样品4-6可知，选用有机、无机共同组合的速凝剂后，湿喷混凝土的强度增强，终凝时间减小；可能是因为无机类速凝剂硫酸铝较为安全环保，同时长期强度保有率较高。有机类速凝剂甘油、聚丙烯酸甲酯通过对水泥颗粒表面的石灰等物质进行溶解，使得水泥与水的反应阻碍胶小，加速水化反应，提高速凝效率。两者相互配合，提高凝结速率的同时，增强湿喷混凝土的后期强度。
对比实验样品6-8可知，稳定剂刺槐豆胶、黄原胶加入后，有助于增强湿喷混凝土的强度，可能是稳定剂一方面和木薯淀粉配合，填充于木薯淀粉颗粒间，进一步增强湿喷混凝土的强度。另一方面硫酸铝型的速凝剂较不稳定，加入刺槐豆胶、黄原胶后，有效对速凝剂进行稳定，进而增强湿喷混凝土的后期强度。对比实验样品8-10可知，优选稳定剂重量配比，与增强剂等原料更好地配合，进一步增强了湿喷混凝土的后期强度，增强速凝效果。
对比实验样品10-12可知，加入分散剂后，湿喷混凝土的后期强度提高；可能是因为增强剂中的稻壳灰和超细碳酸钙微粉本身由于比表面积较大，导致具有较大的吸附作用。通过加入分散剂，对两者表面进行疏水改性，对稻壳灰和超细碳酸钙微粉进行有效分散，增强均匀度，进一步增强湿喷混凝土的强度和强度持久性。对比实验样品12-14可知，选用聚羧酸减水剂，并限制具体组分后，有效增强和水泥的适应性，同时减少混凝土拌合物发生泌水、分层等现象，进一步增强湿喷混凝土的后期强度等性能。
对比实验样品1和实验样品14-16可知，优选各原料组分，同时加入稳定剂和分散剂，有助于增强湿喷混凝土的后期强度，提高凝结速度，减少喷射过程中粉尘的产生。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种高强湿喷混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：
水泥300-500份；
粉煤灰50-80份；
硅灰30-50份；
细骨料800-1200份；
粗骨料600-800份；
减水剂2-5份；
增强纤维8-16份；
增强剂10-30份；
速凝剂10-30份；
木薯淀粉1-3份；
水100-200份；
所述增强剂由重量比为1:(1-2)的稻壳灰和超细碳酸钙微粉组成，所述超细碳酸钙微粉的粒径为0.01-0.1μm。
2.根据权利要求1所述的一种高强湿喷混凝土，其特征在于，所述增强纤维包括聚丙烯纤维、抗碱玻璃纤维中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种高强湿喷混凝土，其特征在于，所述速凝剂由重量比为1:(0.5-0.8):(0.2-0.5)的硫酸铝、甘油以及聚丙烯酸甲酯组成。
4.根据权利要求1所述的一种高强湿喷混凝土，其特征在于，所述高强湿喷混凝土的原料中还包括重量份数为3-5份的稳定剂，所述稳定剂包括刺槐豆胶、黄原胶中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种高强湿喷混凝土，其特征在于，所述稳定剂由刺槐豆胶和黄原胶组成，所述刺槐豆胶和黄原胶的重量比为1:(1-1.5)。
6.根据权利要求1所述的一种高强湿喷混凝土，其特征在于，所述高强湿喷混凝土的原料中还包括重量份数为1-2份的分散剂，所述分散剂包括甲基三乙氧基硅烷、棕榈蜡、甲基含氢硅油中的至少两种。
7.根据权利要求1所述的一种高强湿喷混凝土，其特征在于，所述减水剂包括甲基丙烯酸聚羧酸减水剂、马来酸酐聚羧酸减水剂中的至少一种。
8.权利要求1-7中任意一项所述的一种高强湿喷混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
S1:将水泥、粗骨料混合，混合均匀后加入粉煤灰、硅灰、细骨料以及水混合均匀后，继续加入增强纤维，混合均匀后得到第一混合物；
S2:将第一混合物与减水剂、木薯淀粉、增强剂混合，混合均匀后得到第二混合物；
S3:将第二混合物通过喷射与速凝剂混合均匀，制得高强湿喷混凝土。
9.根据权利要求8所述的一种高强湿喷混凝土的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中加入3-5重量份的稳定剂和1-2重量份的分散剂，并共同混合。
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叶建雄主编: "《建筑材料基础实验》", 30 November 2016 *

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