CN114804749A - 一种超细改性硅微粉低回弹高早强湿喷砼及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种超细改性硅微粉低回弹高早强湿喷砼及其施工方法，属于改性混凝土施工技术领域，可解决隧道初支湿喷混凝土回弹率高，建筑材料大量浪费，增加成本、污染环境、同时造成隧道初支一次合格率低的问题，包括如下质量份数的组分：水泥405‑408份、超细改性硅微粉22‑25份、砂886‑920份、碎石834‑852份、减水剂5.16‑5.59份、速凝剂30.1‑34.6份。本发明的超细改性硅微粉在高强高性能混凝土中分散性良好，有利于混凝土的早期强度的提高，同时获得更致密的混凝土胶结面，降低回弹率。
Description
技术领域
本发明属于改性混凝土施工技术领域，具体涉及一种超细改性硅微粉低回弹高早强湿喷砼及其施工方法。
背景技术
随着我国交通运输事业的蓬勃发展，高速铁路、公路建设延伸规模的不断扩大，山区、重丘陵区的建设工程越来越多，隧道工程占比也越来越高。众所周知，隧道工程建设中，围岩开挖后一般采用湿喷混凝土作为初期支护。因为湿喷混凝土具有施工方便、性能较为稳定、均匀性较好，污染较小及对施工人员友好等特点，因此应用广泛。但是，由于受施工工艺和材料本身性能的影响，喷射混凝土稳定性控制难度受材料性能影响较大，实际施工过程中湿喷混凝土回弹率较大，即喷射到岩面的混凝土会有一部分掉落。按照以往隧道施工经验，湿喷混凝土回弹率一般达到20%～30%，即约三分之一的混凝土因掉落而成为废料，这不仅导致建筑材料等的大量浪费、成本增加、环境污染，大幅影响施工进度，对隧道开挖施工的安全性也有较大影响。因此，降低隧道湿喷混凝土回弹率，对低回弹率、高早强湿喷混凝土的研究与开发已迫在眉睫，对节约资源、降低成本及工程施工安全具有重要意义。
发明内容
本发明针对隧道初支湿喷混凝土回弹率高，建筑材料大量浪费，增加成本、污染环境、同时造成隧道初支一次合格率低的问题，提供一种采用工业废弃物开发微米-纳米粉体活性掺和料-超细改性硅微粉代替传统混凝土中的掺和料粉煤灰的超细改性硅微粉低回弹高早强湿喷砼。
本发明采用如下技术方案：
一种超细改性硅微粉低回弹高早强湿喷砼，包括如下质量份数的组分：水泥405-408份、超细改性硅微粉22-25份、砂886-920份、碎石834-852份、减水剂5.16-5.59份、速凝剂30.1-34.6份。
进一步地，所述超细改性硅微粉的粒径为0.1～0.2μm，比表面积为20000～25000m2/kg，SiO2含量≥80%。
进一步地，所述砂的粒径为0~5mm机制砂；
进一步地，所述碎石的粒径为5~10mm连续级配碎石；
进一步地，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂；
进一步地，所述速凝剂为液体无碱速凝剂。
一种超细改性硅微粉低回弹高早强湿喷砼的施工方法，包括如下步骤：
混凝土施工采用湿喷机械手进行，喷混料由洞外自动计量拌和站生产，利用混凝土运输罐车运送至喷射地点加入喷射机，通过喷射机将喷混料泵送至喷头处，与电脑全自动配比掺量控制的液体速凝剂混合，再用高压空气进行喷射，具体包括如下步骤：原材料准备→配合比选定→拌合站集中加工→混凝土运输车运输→湿喷机械手→喷嘴→受喷面。
第一步，原材料准备；
第二步，按配合比称取原材料；
第三步，拌合站集中加工拌和；
第四步，通过混凝土运输车运输至喷射地点；
第五步，通过湿喷机械手喷嘴喷射至受喷面。
其中，在含砂量大的土质地层喷射混凝土，先喷射一层水泥砂浆，再按常规喷射混凝土。
本发明的超细改性硅微粉为电弧炉冶炼硅铁合金等时的副产品，是石英在2000℃下被还原成Si、SiO气体，冷却中又被氧化成SiO2(主要是非晶态的)的极微细颗粒，活性极高。作为混凝土掺和料可大幅提高混凝土的强度、抗冻性、抗渗性、抗侵蚀性，明显抑制碱-骨料反应，降低水化热，还可提高混凝土的早期强度（由于硅灰的活性极高，即使在早期也会与氢氧化钙发生水化反应）。通过颗粒级配设计，使隧道湿喷混凝土的流变性能达到纳米材料改性湿喷混凝土的级别，配制出低回弹率、高早强的湿喷混凝土。
超细改性硅微粉作用效果远高于粉煤灰，硅灰应用一般掺量为水泥量5%～15%；用于高强、超高强、高耐久性混凝土。超细改性硅微粉在高强高性能混凝土中分散性良好，有利于混凝土的早期强度的提高，同时获得更致密的混凝土胶结面，降低回弹率。采用超细改性硅微粉作为掺合料的试样，在比原配合比减少50kg胶凝材料（水泥）的情况下，7d单轴抗压强度达到设计强度的138%，比原配合比提高4.4Mpa；回弹率由原来的25%，下降到10%，节约成本61.95元/方。由此可以看出，采用超细改性硅微粉作为混凝土掺合料，具有降低水泥用量、增强混凝土强度的特点。
本发明的有益效果如下：
1. 超细改性硅微粉与无碱液体速凝剂具有良好的适应性
影响湿喷混凝土回弹率的另一个重要因素是速凝剂与胶凝材料之间的配合，速凝剂选择不当或者速凝剂与水泥、掺合料等不适应，将会导致混凝土无法有效的在围岩上附着，本发明全面评价超细改性硅微粉掺合料与速凝剂之间的适应性，确保超细改性硅微粉掺合料不会对混凝土凝结硬化过程造成不利影响。
2. 超细改性硅微粉改性湿喷混凝土早期力学性能与体积稳定性良好
湿喷混凝土的早期力学性能决定了初期支护是否安全，如果湿喷混凝土强度发展过慢，必然导致支护风险增加。超细改性硅微粉改性湿喷混凝土的体积稳定性对支护体系的安全性、稳定性、渗透性等有显著影响，早期强度高、后期强度增长良好、抗渗性能好、耐久性作用强。
3. 加入超细改性硅微粉后的混凝土拌和物性能
根据超细改性硅微粉比表面积大的特性，在保证混凝土拌和物和易性、粘聚性满足现场施工要求的情况下，首先对砂率进行调整，普通C25喷射混凝土砂率在55%左右，添加超细改性硅微粉后砂率调整为50%且有效的解决了喷射混凝土易出现的粘稠、坍落度损失过快、硬化过程中的不均匀收缩造成的局部开裂现象，以及喷射过程中因混凝土粘稠，喷射管阻力过大，而导致的压力损失造成的喷射混凝土不能散开与雾化后的速凝剂充分均匀的掺融在一起，造成喷射混凝土松散不密实，硬化收缩过程中产生的掉块、滑塌等问题，有效的控制了混凝土的各项拌和物性能指标，使其满足技术要求。优化后的喷射混凝土胶材总量比原施工配合比降低50kg。每/m3混凝土容重调整到2350-2380kg。
4. 加入超细改性硅微粉后的混凝土力学性能良好
掺加超细改性硅微粉的喷射混凝土（设计强度C25）平均强度为：（1）室内试验∶1天为13.2MPa，7天为27.8MPa，28天为37.6MPa。（2）现场大板试验∶1天为11MPa，7天为25.1MPa，28天为34.2MPa。
5. 超细改性硅微粉改性湿喷混凝土经济效益
通过对多个试验项目检验，对照使用掺加超细改性硅微粉的喷射混凝土和普通喷射混凝土的强度及回弹量等数据变化统计分析，平均回弹率由原来的22.2%降至10%，混凝土单方成本降低51.6元，降本增效效果显著。
具体实施方式
一种超细改性硅微粉低回弹高早强湿喷砼，包括如下质量份数的组分：水泥405-408份、超细改性硅微粉22-25份、砂886-920份、碎石834-852份、减水剂5.16-5.59份、速凝剂30.1-34.6份。
其中，减水剂为安徽中铁RAWY101聚羧酸高性能减水剂、洛阳恒源隧物资有限公司华阳新材料分公司DYSH881-PF缓凝型减水剂、山西康特尔KTPCA缓凝型减水剂。
速凝剂为安徽中铁（ZTF-02)液体无碱速凝剂、洛阳恒源隧物资有限公司华阳新材料分公司DYSH881-WJ型速凝剂、山西康特尔KTWJS无碱型速凝剂。
原混凝土配合比与掺超细改性硅微粉混凝土配合比对比如表1所示。
表1原混凝土配合比与掺超细改性硅微粉混凝土配合比对比
上述三个实施例的性能参数如表2所示（表中所述掺超细改性硅微粉掺量为掺超细改性硅微粉的质量占掺超细改性硅微粉和水泥总质量的百分比）。
表2 本发明实施例的性能参数
Claims (7)
1.一种超细改性硅微粉低回弹高早强湿喷砼，其特征在于：包括如下质量份数的组分：水泥405-408份、超细改性硅微粉22-25份、砂886-920份、碎石834-852份、减水剂5.16-5.59份、速凝剂30.1-34.6份。
2.根据权利要求1所述的一种超细改性硅微粉低回弹高早强湿喷砼，其特征在于：所述超细改性硅微粉的粒径为0.1～0.2μm，比表面积为20000～25000m2/kg，SiO2含量≥80%。
3.根据权利要求1所述的一种超细改性硅微粉低回弹高早强湿喷砼，其特征在于：所述砂的粒径为0~5mm机制砂。
4.根据权利要求1所述的一种超细改性硅微粉低回弹高早强湿喷砼，其特征在于：所述碎石的粒径为5~10mm连续级配碎石。
5.根据权利要求1所述的一种超细改性硅微粉低回弹高早强湿喷砼，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。
6.根据权利要求1所述的一种超细改性硅微粉低回弹高早强湿喷砼，其特征在于：所述速凝剂为液体无碱速凝剂。
7.一种超细改性硅微粉低回弹高早强湿喷砼的施工方法，其特征在于：混凝土施工采用湿喷机械手进行，喷混料由洞外自动计量拌和站生产，利用混凝土运输罐车运送至喷射地点加入喷射机，通过喷射机将喷混料泵送至喷头处，与电脑全自动配比掺量控制的液体速凝剂混合，再用高压空气进行喷射，具体包括如下步骤：
第一步，原材料准备；
第二步，按配合比称取原材料；
第三步，拌合站集中加工拌和；
第四步，通过混凝土运输车运输至喷射地点；
第五步，通过湿喷机械手喷嘴喷射至受喷面。
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| 卿三惠等: "《土木工程施工工艺隧道及地铁工程 第2版》", 31 October 2013, 中国铁道出版社 * |
| 闫振甲等: "高性能泡沫混凝土保温制品实用技术", 中国建材工业出版社 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115417639A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-12-02 | 中国建筑土木建设有限公司 | 隧道喷射混凝土及隧道混凝土喷射施工方法 |
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