CN106892585A - 一种高强超微喷射混凝土外加剂 - Google Patents

一种高强超微喷射混凝土外加剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强超微喷射混凝土外加剂，包括以下重量份的组分：1‑2份亚硝酸钠、750‑930份膨化超细硅粉、60‑110份塑化剂和0‑100份氢氧化钙。该产品解决了传统的喷射混凝土存在的强度低、回弹率大，滴水处导致喷射混凝土无法施工或喷射后严重剥落等缺陷，可极大地改善喷射混凝土的各项性能。在使用时能够填充水泥颗粒间的孔隙，显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能。

Description

一种高强超微喷射混凝土外加剂
技术领域
本发明属于混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种高强超微喷射混凝土外加剂。
背景技术
在矿井支护、隧道、大坝等工程中，混凝土的施工难度剧增，并时刻面临着安全风险，喷射混凝土因对现场适应性强，施工速度快等优良性能而得到广泛的应用。但喷射混凝土其支护方法和施工技术尤为重要，直接与安全、造价、质量和进度相关。但喷射混凝土也存在强度低，回弹率大，滴水处往往导致喷射混凝土无法施设或喷射后严重剥落现象等缺陷，因而急需研制出一种喷射混凝土外加剂，用于改善性喷射混凝土的强度低、回弹率大，耐腐蚀性差等缺点。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种高强超微喷射混凝土外加剂，可有效解决现有技术中喷射混凝土的强度低、回弹率大，耐腐蚀性差等缺点。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高强超微喷射混凝土外加剂，包括以下重量份的组分：1-2份亚硝酸钠、750-930份膨化超细硅粉、60-110份粉剂塑化剂和0-100份氢氧化钙。
进一步地，一种高强超微喷射混凝土外加剂，包括以下重量份的组分：2份亚硝酸钠、820份膨化超细硅粉、95份塑化剂和43份氢氧化钙。
进一步地，膨化超细硅粉包括二氧化硅、三氧化二铁和氧化铝，其中二氧化硅、三氧化二铁和氧化铝的重量比为67.5-83.7：4.5-5.6：0.6-0.7，最佳配比为76.9：4.9：0.65；该膨化超细硅粉的粒径为1.5-10μm。
粉剂塑化剂为聚羧酸系高性能减水剂，聚羧酸系减水剂固含量为97％-98％。
上述高强超微喷射混凝土外加剂通过以下方法制备得到：将各组分按比例混合，充分混匀后，制得，其粒径为1-10μm；将其用于喷射混凝土的实施过程，其含量占胶凝材料重量的5-8％，优选6.5％。
其中，亚硝酸钠的作用是：可作为混凝土表面活性物质，对混凝土拌和物起塑化作用，防止钢筋锈蚀，它与钙盐生成可溶性复盐用以调节难溶结晶，从而使液相物的冰点下降，达到抗冻效果，进而提高混凝土早期强度。
膨化超细硅粉具有独特的细度，SiO2含量高，使胶凝材料具有更好的级配。膨化超细硅粉提高混凝土强度的关键在于提高了水泥浆体与集料之间的粘结强度即降低泌水、防止水分在集料下表面凝聚，从而提高界面过渡区的密实度和减小界面过渡区的厚度，掺入硅粉能明显降低硬化水泥浆的孔隙率以及过渡区的孔隙，能提高其抗渗性；降低混凝土中Ca(OH)2含量，降低侵蚀化学药品的扩散速率，也降低了各种硫酸盐离子与Ca(OH)2反应生成钙矾石而产生膨胀的危害性；混凝土中掺加硅粉是提高水泥石抗冲磨性能的有效途径之一。
粉剂塑化剂的作用是在不降低水泥用量和强度的同时，提高了混凝土的流动性、保水性以及粘聚性。
氢氧化钙的作用是加快水泥和水等物质组成的胶体的凝聚速度即加快混凝土的硬化速度。
本发明提供的高强超微喷射混凝土外加剂，具有以下有益效果：
(1)降低喷射混凝土的回弹率，回弹率降低到边墙2％左右，拱部5％左右，粉尘浓度降低40％，节约施工成本，减少现场环境污染。
(2)粘结强度大大提高，可达到2.5MPa，一次喷射厚度可以达到0.3m以上。
(3)在一般渗水岩面可以正常喷射，大大减少岩面渗漏水现象；减水效果达30％以上，28天强度可提高到50MPa，可配制C40防腐喷射混凝土，能充分解决岩爆与富水区喷射混凝土问题。
(4)高强超微喷射外加剂在经济上取得的效益主要体现在混凝土快速凝固和一次喷射厚度提高所节省的时间上。使用外掺高强超微喷射外加剂的喷射混凝土进行喷射比普通混凝土在凝结时间上可以从11-15min减少到2min左右；同时，一次喷射厚度可以从5-7cm提高到30cm或以上。设计喷射混凝土厚度在15cm之间，使用普通喷射混凝土需喷射两次才能喷够厚度，折合单喷射循环缩短时间为30min。在支护完成后2小时强度达1.6MPa，可以放炮，节约喷浆时间，不会出现放炮后与喷射自重承受不了掉下来的现象，提高作业循环，加快施工进度。
具体实施方式
实施例1
一种高强超微喷射混凝土外加剂，包括以下重量份的组分：1份亚硝酸钠、750份膨化超细硅粉和60份粉剂塑化剂。
其中，膨化超细硅粉包括二氧化硅、三氧化二铁和氧化铝且这三者物质的重量比为67.5：4.5：0.6；膨化超细硅粉粒径为1.5-10μm。
塑化剂包括甲基烯丙基聚氧乙烯醚和丙烯酸等为主的多种材料复配，为聚羧酸系高性能减水剂，聚羧酸系减水剂固含量为97％-98％，为粉体。
上述高强超微喷射混凝土外加剂通过以下方法制备得到：将各组分按比例混合，充分混匀后，制得，其粒径为1-10μm；将其用于喷射混凝土的实施过程，其含量占混凝土用总胶凝材料(胶凝材料指水泥)重量的5％。
实施例2
一种高强超微喷射混凝土外加剂，包括以下重量份的组分：2份亚硝酸钠、930份膨化超细硅粉、110份塑化剂和100份氢氧化钙。
其中，膨化超细硅粉包括二氧化硅、三氧化二铁和氧化铝且这三者物质的重量比为83.7：5.6：0.7；膨化超细硅粉粒径为1.5-10μm。
塑化剂包括甲基烯丙基聚氧乙烯醚和丙烯酸等为主的多种材料复配，为聚羧酸系高性能减水剂，聚羧酸系减水剂固含量为97％-98％，为粉体。
上述高强超微喷射混凝土外加剂通过以下方法制备得到：将各组分按比例混合，充分混匀后，制得，其粒径为1-10μm；将其用于喷射混凝土的实施过程，其含量占混凝土用总胶凝材料(胶凝材料指水泥)重量的8％。
实施例3
一种高强超微喷射混凝土外加剂，包括以下重量份的组分：2份亚硝酸钠、820份膨化超细硅粉、95份塑化剂和43份氢氧化钙。
其中，膨化超细硅粉包括二氧化硅、三氧化二铁和氧化铝且这三者物质的重量比为76.9：4.9：0.65；膨化超细硅粉粒径为1.5-10μm。
塑化剂包括甲基烯丙基聚氧乙烯醚和丙烯酸等为主的多种材料复配，为聚羧酸系高性能减水剂，聚羧酸系减水剂固含量为97％-98％，为粉体。
上述高强超微喷射混凝土外加剂通过以下方法制备得到：将各组分按比例混合，充分混匀后，制得，其粒径为1-10μm；将其用于喷射混凝土的实施过程，其含量占混凝土用总胶凝材料(胶凝材料指水泥)重量的6.5％。
对添加有高强超微喷射混凝土外加剂(实施例3)的喷射混凝土进行性能检测，检测内容、检测方法及检测结果如下：
1、速凝性能检测，参照《喷射混凝土用速凝剂》JC477-2005和《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010，检测结果见表1。
表1速凝性能检测结果
2、减水性能检测，参照《混凝土外加剂》GB8076-2008、《混凝土外加剂匀质性试验方法》GB8077-2012和《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010，检测结果见表2。
表2减水性能检测结果
3、耐久性检测，检测结果见表3。
表3耐久性检测结果
4、防腐性能检测，参照《混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂》JC/T 1011-2006，检测结果见表4。
表4防腐性检测结果
将高强超微喷射混凝土外加剂用于喷射混凝土中，原喷射混凝土中掺有硅灰、粉煤灰、磨细矿渣、磨细沸石和减水剂等，现喷射混凝土包括水泥、砂石料、速凝剂、高强超微喷射混凝土外加剂，具体配比见表5。
表5喷射混凝土配方
对上述喷射混凝土进行检测，其单位容重≥2300kg/m3，抗压强度≥38MPa，抗折强度≥5.8MPa，抗拉强度≥2.8MPa，弹性模量≥3.0×104MPa，抗渗等级≥W18，与围岩粘结强度≥3.0MPa。
对上述喷射混凝土进行现场试验与使用有以下明显的特点：
(1)早期强度高，快凝。早强且在速凝剂混合后，2h强度可达1.6MPa以上，24h可大于1 8MPa，这一特点对尽快给围岩提供支护力将发挥积极作用。原喷射混凝土8h强度在2MPa左右，24h在10MPa左右。
(2)粘结力高。经过现场试验喷射混凝土，其粘结力可达2.5MP以上，此特点对降低回弹、提高抗渗非常有益。原喷射混凝土粘结力只有0.8MP。
(3)回弹率低。由于存在上述特点，回弹可控制平均达到5.3％左右，原喷射混凝土回弹在20％左右。
(4)强度好。在速凝剂4％的条件下，28d强度可达43.1MPa以上、56d达47.9MPa以上，原喷射混凝土强度合格率普遍较低。
(5)拌合物性能良好。坍落度损失率低于5％，拌合物流动性好，减少堵管，可提高喷射效率。原喷射混凝土堵管、和易性不好。
本产品高强超微喷射混凝土外加剂是在普通喷砼基础上的特殊外加材料，以达到喷砼在其性能上满足线、滴状出水条件下的喷射工艺，极大地改善了喷射混凝土的各项性能，该喷射混凝土除能满足强度要求外，还具有很好的耐腐蚀性，后期强度高，且大大减少了回弹量，具有较高的经济、技术价值，确保了隧洞安全、经济和高效施工。
(3)高强超微喷射混凝土外加剂加入后，喷砼明显增强，强度不足的现象可完全解决。该产品在相同速凝剂掺量的情况下，因用水量减少，凝结时间至少快一半以上，并且对速凝剂降强有抑制作用。掺高强超微喷射混凝土外加剂，可减少速凝剂掺量达到原初与终凝时间效果。凝结时间短，解决了喷射砼喷后放炮后与喷射自重承受不了掉下来的现象，拌制出的喷砼料流动度工作性极佳，不泌水与板结，且坍损极小，解决了因坍落度损失，无法泵送所造成的弃料现象且回弹量至少会降三分之二以上，节约了成本。
此外，可将喷砼作为永久结构，可减少衬砌砼作业工作量。
本发明的喷射混凝土的具体使用方法如下：
1)在富水区喷射岩面进行排水措施的辅助处理，施作排水孔并预埋盲管。
2)按配方将水泥、砂、碎石、高强超微外加剂，投入强制式拌和机，观察并记录试验搅拌过程并使用砼罐车运输至工作面，并放入喷射台车的料机斗中。
3)用湿喷工艺经机械喷射到岩壁上，喷射台车的喷嘴处混入速凝剂，喷射砼的拌合物将在数十秒与数分钟间达到终凝；其中，喷射过程采用“自下而上，由外至里”的喷射顺序进行。
4)进行数据采集、计算、分析。
在小于5L/s的洞段若使用常规喷混凝土方法，必须是先局部灌浆封堵后，才能用普通喷混凝土解决；高强超微外加剂混凝土采取必要的辅助措施后，可直接喷射作业。喷射混凝土在有水情况下回弹量高达80％以上，用此材料可解决。

Claims (8)

1.一种高强超微喷射混凝土外加剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：1-2份亚硝酸钠、750-930份膨化超细硅粉、60-110份塑化剂和0-100份氢氧化钙。
2.根据权利要求1所述的高强超微喷射混凝土外加剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：2份亚硝酸钠、820份膨化超细硅粉、95份塑化剂和43份氢氧化钙。
3.根据权利要求1或2所述的高强超微喷射混凝土外加剂，其特征在于，膨化超细硅粉包括二氧化硅、三氧化二铁和氧化铝且这三者物质的重量比为67.5-83.7：4.5-5.6：0.6-0.7。
4.根据权利要求3所述的高强超微喷射混凝土外加剂，其特征在于，膨化超细硅粉包括二氧化硅、三氧化二铁和氧化铝且这三者物质的重量比为76.9：4.9：0.65。
5.根据权利要求3所述的高强超微喷射混凝土外加剂，其特征在于，膨化超细硅粉粒径为1.5-10µm。
6.根据权利要求1或2所述的高强超微喷射混凝土外加剂，其特征在于，高强超微喷射混凝土外加剂粒径为1-10µm。
7.根据权利要求1或2所述的高强超微喷射混凝土外加剂，其特征在于，高强超微喷射混凝土外加剂重量占混凝土用总胶凝材料重量的5-8%。
8.根据权利要求7所述的高强超微喷射混凝土外加剂，其特征在于，高强超微喷射混凝土外加剂重量占混凝土用总胶凝材料重量的6.5%。
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