CN102718444A

CN102718444A - 一种用于地下水封油库的喷射混凝土

Info

Publication number: CN102718444A
Application number: CN2012102040790A
Authority: CN
Inventors: 何真; 荣耀久; 赵晓; 蔡新华; 杨华美; 张文辉
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Hydropower Three Gorges Engineering Headquarters of Chinese Armed Police Force; Wuhan University WHU
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2032-06-20
Also published as: CN102718444B

Abstract

本发明公开了一种用于地下水封油库的喷射混凝土，包括水、水泥、骨料和外加剂，所述的外加剂包括改性有机硅防水材料、高效减水剂、无碱速凝剂和纤维素醚，其中，有机硅防水材料、高效减水剂、无碱速凝剂、纤维素醚的加入量分别为水泥重量的0.02～0.1%、0.8~1.2%、6～8%、0.03～0.05%。本发明的高抗渗性能和高粘结强度的喷射混凝土可用于地下水封油库，可以解决由粘结力不够而导致的喷射混凝土支护的破坏。

Description

一种用于地下水封油库的喷射混凝土

技术领域

本发明属于土木工程材料技术领域，特别涉及一种用于地下水封油库的喷射混凝土。

背景技术

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，对石油的消耗量也迅速增加，我国面临着日趋严重的石油危机。世界主要石油进口大国中，中国是唯一尚未建立战略石油储备的国家。地下水封油库是目前原油或石油储备的一种最好形式，它具有安全性好、节省投资、适合占地要求、占地面积少、维修费用低、使用寿命长等多重优点。国家能源中长期发展规划明确提出将在未来若干年大规模建设大型地下原油储备库，总规模将达到4500多万立方米。作为一种施工技术，喷射混凝土在地下工程施工中体现了较多的优越性，随着材料、设备和施工工艺的改进，喷射混凝土成为现代地下工程中一项必不可少的措施。而随着地下水封油库大规模建设的需求大大增加，势必会推动喷射混凝土施工技术的广泛应用和迅速发展。

喷射混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将按一定比例配合的拌合料，通过管道输送并以高速喷射到受喷面上凝结硬化而成的一种混凝土，是一种集运输、浇筑和振捣为一个工序的施工方法。喷射混凝土因其工序简单、机动灵活得到了广泛的应用，但同时喷射混凝土的密实性和均匀性较差，由于速凝剂的掺入，混凝土凝结快，水化产物结构较粗大，使喷射混凝土强度降低。在地下工程中，喷射混凝土的粘结力对喷射混凝土支护承载能力有着重大影响，是围岩与喷射混凝土共同作用的基础。喷射混凝土喷层与围岩之间接触面粘结力的存在，使得一定深度的围岩与喷层形成了一个整体，接触面既传递一部分应力也减少喷层的弯矩，还阻止岩块的相对滑移，使围岩形成一个可以承载压力的岩石拱圈，大大提高喷射混凝土的承载能力。喷射混凝土支护的破坏往往都是由于接触面较差的粘结力引起的。同时，喷射混凝土的不良抗渗性能也极大地限制喷射混凝土在地下工程中的应。用于地下水封油库的喷射混凝土还要求具有“渗而不漏”的独特性能，所以对用于地下水封油库的喷射混凝土的防水抗渗性能具有特殊的要求。因此，在保证喷射混凝土基本物理力学性能的前提下，努力提高其抗渗能力以及粘结强度，具有深刻的工程意义。

发明内容

本发明的目的是获取一种具有优良抗渗性能和粘结强度的、适用于地下水封油库的喷射混凝土。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于地下水封油库的喷射混凝土，包括水、水泥、骨料和外加剂，所述的外加剂包括改性有机硅防水材料、高效减水剂、无碱速凝剂和纤维素醚，其中，改性有机硅防水材料、高效减水剂、无碱速凝剂、纤维素醚的加入量分别为水泥质量的0.02～0.1%、0.8~1.2%、6～8%、0.03～0.05%。

作为优选，本发明的喷射混凝土中水灰比为0.42～0.55，砂率为45～55%，水泥与骨料的质量比为1：3.5。所述的骨料中的细骨料的细度模数不小于2.5，粗骨料的粒径符合5～15mm的连续级配。

上述改性有机硅防水材料优选为长链烷基烷氧基硅烷。

上述高效减水剂优选为聚羧酸减水剂。

无碱速凝剂在保证环保无腐蚀性的前提下，能均匀分散于混凝土拌合物中，大大减少混凝土后期强度损失，增加水泥浆与基岩的粘聚性，使施工回弹量大大减少，粉尘浓度大幅度降低，可满足喷射混凝土喷射质量和使用性能的基本要求。

改性有机硅防水材料和高效减水剂有良好的适应性，两者同时加入能在保证混凝土流动性的前提下，减少水灰比，使得孔隙结构细化，浆体密实均匀，从而使混凝土具有一定的疏水效果，有效提高喷射混凝土的抗渗能力，但不减弱混凝土的其他力学性能。另外，改性有机硅防水材料和高效减水剂的同时加入对提高抗裂能力上也有突出效果，其产生的轻微的缓凝效果可通过无碱速凝剂进行补偿。

纤维素醚对水泥浆同时具有增塑和增稠作用，在本发明提供的使用掺量下，能大大提高混凝土粘结强度，减少回弹量，又不削弱混凝土其他力学性能，从而实现喷射混凝土的高性能化。

一般储油洞室在地下50-60m深度，水封油库的基本原理是水封作用，对洞室围岩的抗渗性具有独特要求，即“渗而不漏”。本发明通过复掺改性有机硅防水材料和高效减水剂，能很好地提高喷射混凝土的抗渗性能，适合地下水封油库的建设；本发明通过掺入粘度改性组分—纤维素醚提高了喷射混凝土的粘结强度，从而可以解决由粘结力不够而导致的喷射混凝土支护的破坏，使得喷射混凝土迈向高性能化道路。本发明的高抗渗性能和高粘结强度的喷射混凝土，不仅为我国大规模化建设地下水封油库提供技术支持，同时也是实现喷射混凝土高性能化的重要推进。

附图说明

图1为纤维素醚掺与流变衰减时间阀值之间的关系趋势图。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明作进一步的阐述。

表1为无碱速凝剂掺量分别为水泥质量4%、6%、8%对水泥净浆凝结时间的影响，由表中可以看出，当无碱速凝剂的掺量为6%、8%时，水泥净浆的凝结时间大大缩短。

表1 不同速凝剂掺量对水泥净浆凝结时间的影响

按照表2中所提供的配比制备几组湿喷喷射混凝土样品，坍落度满足14~18cm。

表2 湿喷喷射混凝土配合比

采用混凝土喷射机进行湿法喷射作业，喷射方法参照GB/T 50086-2001《锚杆喷射混凝土支护技术规范》相关规定进行。在喷射过程中，液态无碱速凝剂由喷枪出口处的导管定量泵送。采用钻芯取样的方法在现场喷射混凝土上取试样，切割成100mm×100mm×100mm标准试件，养护至规定龄期，依据SL352-2006《水工混凝土试验规程》规定进行抗压强度、抗拉强度、渗透压力值等基本力学性能测试。同时参照GB/T 50086-2001《锚杆喷射混凝土支护技术规范》以及DL/T 5181-2003《水电水利工程锚喷支护施工规范》附录中对粘结强度检测方法的相关规定，采用喷大板室内劈拉法测试粘结强度，同时还对现场喷射混凝土的回弹率和一次喷层厚度进行了测试。表3为湿喷喷射混凝土基本性能现场大板试验结果；表4为回弹率和一次喷层厚度测试结果，表5为渗透压力和粘结强度试验结果。

表3 湿喷喷射混凝土基本性能现场大板试验结果

4回弹率与一次喷层厚度试验结果

表5 渗透压力和粘结强度试验结果

从表2中可以看出，本发明喷射混凝土比基准混凝土（配比A）的坍落度值稍低，但仍能满足坍落度14~18cm的流动性要求。从表3中可以看出，相比基准混凝土A，掺入改性有机硅防水材料和纤维素醚的喷射混凝土的抗压强度和抗拉强度均有一定程度的增长；对比编号为C和E-0的两组配比，显然本发明进一步提高了力学性能；对比编号为D和E-0的两组配比，编号为E-0的配比具有更优的力学性能，表明本发明喷射混凝土的力学性能更优于掺特殊外加剂的。

从表4中可以看出，在同为C25设计强度下，编号为A、C、D、E-0的配比中，编号为E-0的配比的回弹率最低，平均回弹率仅为8.5%，一次喷层厚度最高，达到28cm。由此可见，在相同设计强度下，本发明具有更低的回弹率和更高的一次喷层厚度。另外，在编号为D的配比中，特殊外加剂的掺量达到水泥质量的10%时，才具有和本发明相近的回弹率和一次喷层厚度，而本发明中纤维素醚的掺量不高于水泥质量的0.05%，因此，本发明更具经济性。

相比E-0，E-1配比中减水剂掺量从6%增至8%，速凝剂掺量相应增加至8%；E-2配比中改性有机硅防水材料处于最低限制0.02%，纤维素醚掺量也降至0.03%；E-3配比中改性有机硅防水材料处于最高限制0.1%。喷射混凝土性能试验结果表明，四种外加剂掺量在权利所述范围内变化，适当调整混凝土配合比，坍落度值、强度、渗透压力值以及粘结强度等基本力学性能结果波动不大，均能达到提高抗渗性能和粘结强度的目的。

从表5中可以看出，本发明具有更大的渗透压力和粘结强度。

在本具体实施中，改性有机硅防水材料为长链烷基烷氧基硅烷，其在结构上具有防护基团（碳链R）和结合基团Si(OR₃)₃两部分，结合基团Si(OR₃)₃与水发生水解反应脱去醇，形成三维交联有机硅树脂。长链烷基烷氧基硅烷的羟基与混凝土基材具有很好的亲和力，使得两者紧密相连，促使非极性有机基团向外排列形成憎水层，在混凝土表面形成有机疏水薄膜，起到很强的防水抗渗作用。聚羧酸减水剂能够吸附在水泥颗粒表面，降低水泥颗粒固液界面能，同时具有减水和分散作用，使浆体中水泥离子更加分散。因此，改性有机硅防水材料与聚羧酸减水剂复掺，由于聚羧酸减水剂的分散作用，使得长链烷基烷氧基硅烷的基团与基材能更好地连接，且更牢靠，使得混凝土的抗渗性能进一步提高。

纤维素醚吸附在水泥颗粒表面，不仅加速反应初期熟料矿物的水化，同时纤维素醚会吸附一部分自由水，从而使得体系中的粘度值增大，起到增稠的效果；同时纤维素醚作为一种表面活性剂，对水泥颗粒具有湿润和润滑作用，因而增加体系流动性，起到增塑的效果。当纤维素醚掺量很低时（为水泥质量的0.01%~0.03%），主要表现为增塑或减水作用；当掺量较高时（为水泥质量的0.05%），纤维素醚的增稠效果迅速增加，见附图1。本发明纤维素醚掺量为水泥质量的0.03%~0.05%时，不严重影响混凝土流动性，而增稠效果表现显著，混凝土粘聚性能大大增大。

Claims

1.一种用于地下水封油库的喷射混凝土，包括水、水泥、骨料和外加剂，其特征在于：

所述的外加剂包括改性有机硅防水材料、高效减水剂、无碱速凝剂和纤维素醚，其中，有机硅防水材料、高效减水剂、无碱速凝剂、纤维素醚的加入量分别为水泥重量的0.02～0.1%、0.8~1.2%、6～8%、0.03～0.05%。

2.根据权利要求1所述的用于地下水封油库的喷射混凝土，其特征在于：

所述的喷射混凝土中水灰比为0.42～0.55，砂率为45～55%，水泥与骨料的质量比为1：3.5。

3.根据权利要求1或2所述的用于地下水封油库的喷射混凝土，其特征在于：

所述的骨料中的细骨料的细度模数不小于2.5，粗骨料的粒径符合5～15mm的连续级配。

4.根据权利要求1所述的用于地下水封油库的喷射混凝土，其特征在于：

所述的改性有机硅防水材料为长链烷基烷氧基硅烷。

5.根据权利要求1所述的用于地下水封油库的喷射混凝土，其特征在于：

所述的高效减水剂为聚羧酸减水剂。