CN114853419A - 高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土及其制备方法，包括349～399质量份的水泥、939质量份的机制砂、727～736质量份的粗骨料、175质量份的水、4.49质量份的减水剂、31.43质量份的速凝剂、1～10质量份的改性聚丙烯纤维、50～100质量份的改性火成岩矿物掺合料；改性聚丙烯纤维包括70质量份的聚丙烯、10质量份的复合界面改性剂、5质量份的聚丙烯接枝马来酸酐，改性聚丙烯纤维直径为25μm～60μm、长度为10mm～45mm；改性火成岩矿物掺合料包括85％的磨细火成岩、10％的95级半加密硅灰、4％的低热硅酸盐水泥熟料、0.3％的硫酸钠、0.7％的明矾石，磨细火成岩的比表面积为400m2/kg～900m2/kg。本发明解决了现有混凝土施工回弹率高不适宜高原地区的铁路隧道施工的问题。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土及其制备方法。
背景技术
高原地区的铁路施工是极其困难的，在我国西部高原的铁路沿线平均海拔超过3500m，尤其是在低氧、高寒、大温差等恶劣的气候条件，以及困难的施工材料运输和施工环境，就要求需要具有适应高原环境的高性能隧道喷射混凝土，更需要低回弹率的喷射混凝土的配合比及其施工方法，以适应其特殊的条件。
现有的普通配合比混凝土的施工回弹率普遍高于20％，甚至有的超过了40％，造成大量资源浪费。
发明内容
为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土及其制备方法，以解决现有普通混凝土的施工回弹率高不适宜高原地区的铁路隧道施工的问题。
为实现上述目的，提供一种高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土，包括：
包括349～399质量份的水泥、939质量份的机制砂、727～736质量份的粗骨料、175质量份的水、4.49质量份的减水剂、31.43质量份的速凝剂、1～10质量份的改性聚丙烯纤维、50～100质量份的改性火成岩矿物掺合料；
所述改性聚丙烯纤维包括70质量份的聚丙烯、10质量份的复合界面改性剂、5质量份的聚丙烯接枝马来酸酐，所述改性聚丙烯纤维直径为25μm～60μm、长度为10mm～45mm；
以所述改性火成岩矿物掺合料的质量为百分百计，所述改性火成岩矿物掺合料包括85％的磨细火成岩、10％的95级半加密硅灰、4％的低热硅酸盐水泥熟料、0.3％的硫酸钠、0.7％的明矾石，所述磨细火成岩的比表面积为400m2/kg～900m2/kg。
进一步的，所述粗骨料的粒径为5mm～10mm。
进一步的，所述机制砂为中砂。
进一步的，所述复合界面改性剂包括SiO2、Al2O3、CaO。
本发明提供一种高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将939质量份的机制砂和727～736质量份的粗骨料混合获得混合固料；
将349～399质量份的水泥、175质量份的水、4.49质量份的减水剂、50～100质量份的改性火成岩矿物掺合料混合获得混合浆料；
将所述混合基料和1～10质量份的改性聚丙烯纤维加入所述混合浆料并混合搅拌均匀获得基料；
在所述基料中加入31.43质量份的速凝剂制得高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土。
本发明的有益效果在于，本发明的高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土，大幅降低了喷射混凝土的回弹率，使得喷射混凝土的回弹率低于12％，减少了大量资源浪费，实现绿色低碳建设。另一方面，利用川藏高原地区自有丰富的火成岩，实现就地取材，节约成本。本发明的高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土优化了高原特殊环境下的混凝土性能，提升混凝土整体的性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本申请。
本发明提供了一种高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土，包括349～399质量份的水泥、939质量份的机制砂、727～736质量份的粗骨料、175质量份的水、4.49质量份的减水剂、31.43质量份的速凝剂、1～10质量份的改性聚丙烯纤维、50～100质量份的改性火成岩矿物掺合料。
在本发明中，水泥采用P.O42.5硅酸盐水泥。
粗骨料的粒径为5mm～10mm。
机制砂为中砂。
水采用施工所在地的地下水。
减水剂采用高性能聚羧酸减水剂。
其中，改性聚丙烯纤维包括70质量份的聚丙烯、10质量份的复合界面改性剂、5质量份的聚丙烯接枝马来酸酐。改性聚丙烯纤维直径为25μm～60μm、长度为10mm～45mm。改性聚丙烯纤维由70质量份的聚丙烯、10质量份的复合界面改性剂、5质量份的聚丙烯接枝马来酸酐共融而成。
较佳的，复合界面改性剂包括SiO2、Al2O3、CaO。具体的，在本实施例中，以复合界面改性剂的质量为100％计，复合界面剂包括87％的SiO2、9％的Al2O3、4％的CaO。
在本实施例中，以改性火成岩矿物掺合料的质量为百分百计，改性火成岩矿物掺合料包括85％的磨细火成岩、10％的95级半加密硅灰、4％的低热硅酸盐水泥熟料、0.3％的硫酸钠、0.7％的明矾石。
其中，磨细火成岩的比表面积为400m2/kg～900m2/kg。火成岩在研磨成粉前的含水量小于1％。火成岩的矿物选择需要求活性SiO2、活性Al2O3以及活性Fe2O3的含量不得低于70％。
本发明提供一种高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：将939质量份的机制砂和727～736质量份的粗骨料混合获得混合固料。
S2：将349～399质量份的水泥、175质量份的水、4.49质量份的减水剂、50～100质量份的改性火成岩矿物掺合料混合获得混合浆料。
S3：将混合基料和1～10质量份的改性聚丙烯纤维加入混合浆料并混合搅拌均匀获得基料。
S4：在基料中加入31.43质量份的速凝剂制得高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土。
在进行喷射作业时，必须先对喷射面进行清洁处理。喷射时按照先墙后拱，自下而上的喷射顺序施工，所有的面喷射时，都要先进行垫层喷射，垫层的喷射厚度小于2cm。在垫层形成后1h后，再继续在垫层上进行喷射作业。岩面凹凸不平岩面时，先喷凹处在喷射平处，喷射时喷嘴料束应呈螺旋轨迹路线缓慢平稳的移动。在喷出混凝土后纵向成“S”形进行，喷出的螺旋圈直径大约为三十厘米。料束的旋转速度均匀，在纵向喷射至第二行线上时，依次按顺序由第一行的起点处出发，行与行间搭接距离不少于2～3cm，并确保所喷射的混凝土层面表面平顺光洁。
为了进一步说明本发明的高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土的具体效果，特具以下具体实施例进行说明。
实施例一
准备混凝土各成分材料，包括：水泥399质量份，机制砂939质量份，粗骨料分别为736质量份，水175质量份，减水剂4.49质量份，速凝剂31.43质量份，改性聚丙烯纤维为1质量份，改性火成岩矿物掺合料50质量份。
施工作业时，先将机制砂、碎石先进性混合搅拌以备用。将水、硅酸盐水泥、改性火成岩矿物掺合料、聚羧酸减水剂混合搅拌，再将机制砂、碎石混合物加入其中，搅拌同时加入改性聚丙烯纤维。在喷射作业时，再加入速凝剂喷射作业，喷射作业时留存试验样品。
实施例二
本实施例与实施例一相比，区别仅在于：粗骨料为733质量份、改性聚丙烯纤维为4质量份。
实施例三
本实施例与实施例一相比，区别仅在于：粗骨料为730质量份、改性聚丙烯纤维为7质量份。
实施例四
本实施例与实施例一相比，区别仅在于：粗骨料为727质量份、改性聚丙烯纤维为10质量份。
实施例五
本实施例与实施例一相比，区别仅在于：改性火成岩矿物掺合料为75质量份。
实施例六
本实施例与实施例五相比，区别仅在于：改性聚丙烯纤维为4质量份。
实施例七
本实施例与实施例五相比，区别仅在于：粗骨料为733质量份、改性聚丙烯纤维为7质量份。
实施例八
本实施例与实施例五相比，区别仅在于：粗骨料为730质量份、改性聚丙烯纤维为10质量份。
实施例九
本实施例与实施例一相比，区别仅在于：粗骨料为727质量份、改性火成岩矿物掺合料为100质量份。
实施例十
本实施例与实施例九相比，区别仅在于：改性聚丙烯纤维为4质量份。
实施例十一
本实施例与实施例九相比，区别仅在于：粗骨料为730质量份、改性聚丙烯纤维为7质量份。
实施例十二
本实施例与实施例九相比，区别仅在于：粗骨料为727质量份、改性聚丙烯纤维为10质量份。
对实施例一至十二的喷射混凝土进行回弹率试验，其中，喷射混凝土的回弹率＝回弹下来的喷射混凝土体积/喷射混凝土总体积，其结果如下表1所示：
表1、各实施例中的混凝土的回弹率
| 项目 | 回弹率(％) |
| 实施例1 | 12 |
| 实施例2 | 11 |
| 实施例3 | 11 |
| 实施例4 | 8 |
| 实施例5 | 11 |
| 实施例6 | 11 |
续表1、各实施例中的混凝土的回弹率
| 项目 | 回弹率(％) |
| 实施例7 | 10 |
| 实施例8 | 8 |
| 实施例9 | 12 |
| 实施例10 | 11 |
| 实施例11 | 10 |
| 实施例12 | 8 |
本发明的高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土，大幅降低了喷射混凝土的回弹率，使得喷射混凝土的回弹率低于12％，减少了大量资源浪费，实现绿色低碳建设。另一方面，利用川藏高原地区自有丰富的火成岩，实现就地取材，节约成本。本发明的高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土优化了高原特殊环境下的混凝土性能，提升混凝土整体的性能。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (5)
1.一种高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土，其特征在于，包括349～399质量份的水泥、939质量份的机制砂、727～736质量份的粗骨料、175质量份的水、4.49质量份的减水剂、31.43质量份的速凝剂、1～10质量份的改性聚丙烯纤维、50～100质量份的改性火成岩矿物掺合料；
所述改性聚丙烯纤维包括70质量份的聚丙烯、10质量份的复合界面改性剂、5质量份的聚丙烯接枝马来酸酐，所述改性聚丙烯纤维直径为25μm～60μm、长度为10mm～45mm；
以所述改性火成岩矿物掺合料的质量为百分百计，所述改性火成岩矿物掺合料包括85％的磨细火成岩、10％的95级半加密硅灰、4％的低热硅酸盐水泥熟料、0.3％的硫酸钠、0.7％的明矾石，所述磨细火成岩的比表面积为400m2/kg～900m2/kg。
2.根据权利要求1所述的高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土，其特征在于，所述粗骨料的粒径为5mm～10mm。
3.根据权利要求1所述的高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土，其特征在于，所述机制砂为中砂。
4.根据权利要求1所述的高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土，其特征在于，所述复合界面改性剂包括SiO2、Al2O3、CaO。
5.一种如权利要求1～4中任意一项所述的高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将939质量份的机制砂和727～736质量份的粗骨料混合获得混合固料；
将349～399质量份的水泥、175质量份的水、4.49质量份的减水剂、50～100质量份的改性火成岩矿物掺合料混合获得混合浆料；
将所述混合基料和1～10质量份的改性聚丙烯纤维加入所述混合浆料并混合搅拌均匀获得基料；
在所述基料中加入31.43质量份的速凝剂制得高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土。
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| CN202210494540.4A Pending CN114853419A (zh) | 2022-05-07 | 2022-05-07 | 高海拔铁路隧道的低回弹喷射混凝土及其制备方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107099869A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-08-29 | 中山科成化纤有限公司 | 一种改性聚丙烯纤维及其制备方法和改性聚丙烯纤维增强砂浆混凝土 |
| CN111187023A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-22 | 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 | 一种火成岩石粉用矿物改性剂 |
-
2022
- 2022-05-07 CN CN202210494540.4A patent/CN114853419A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107099869A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-08-29 | 中山科成化纤有限公司 | 一种改性聚丙烯纤维及其制备方法和改性聚丙烯纤维增强砂浆混凝土 |
| CN111187023A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-22 | 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 | 一种火成岩石粉用矿物改性剂 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 宁逢伟等: "湿喷混凝土回弹率影响因素的研究进展", 《水利水电技术》 * |
| 杨红伟: "高寒地区喷射混凝土配合比设计与应用", 《隧道建设》 * |
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