CN108609954B - 一种低粘抗裂高强湿喷混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低粘抗裂高强湿喷混凝土及其制备方法，所述湿喷混凝土配比如下：胶凝材料470kg/m3~485kg/m3，水165kg/m3~175 kg/m3，粘度调节组分5kg/m3~11kg/m3，抗裂组分38.5kg/m3~40.5kg/m3，减水组分8.0kg/m3~8.5 kg/m3，细骨料900 kg/m3~950kg/m3，粗骨料750kg/m3~780kg/m3，无碱液体速凝剂40 kg/m3~42kg/m3。本发明所述湿喷混凝土的28d抗压强度在65MPa以上；在200 mm±10 mm的坍落度条件下，倒置坍落度筒排空时间在15s以内；早期抗裂试验单位面积上的总开裂面积不超过250mm2/m2，开裂等级为“L‑IV”；圆环开裂试验56d不开裂，开裂趋势为“低”。本发明湿喷混凝土强度高、粘度低、抗裂性好，易于泵送和喷射施工，有利于提高喷射混凝土衬砌结构的承载能力和防水性能。

Description

一种低粘抗裂高强湿喷混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于地下空间支护材料技术领域，特别涉及一种低粘抗裂高强湿喷混凝土及其制备方法。
技术背景
锚杆与喷射混凝土组合形成的锚喷体系在地下空间支护中发挥了重要作用，它能够减小围岩松弛、发挥围岩的自稳能力，提高支护的及时性和稳定性。然而，随着西部大开发的深入推进，大埋深、长距离隧洞数量增多，高地应力问题突出，以锦屏一级水电站的地下厂房洞室群为例，实测16个测点的地应力高达20.0MPa～35.7MPa。高地应力条件下极易诱发岩爆、坍塌等不利工程地质灾害。
增加喷射混凝土的衬砌厚度是应对高地应力的一种技术手段，但需要增加洞室开挖量，对岩体的扰动大；且喷射混凝土厚度增加，支护效率降低，岩体处于失稳状态时间长。这难以预防岩爆、坍塌等工程灾害。研发高强湿喷混凝土取代传统喷射混凝土是及时恢复高地应力条件下围岩稳定性的重要技术手段。
降低水胶比和掺入高活性胶凝材料是提高喷射混凝土强度的两个主要手段，但这会产生两个问题：第一，混凝土粘度变大，流动阻力增加，很难满足施工过程中的泵送与喷射需求，易出现堵管等事故。第二，低水胶比会增加喷射混凝土的胶凝材料用量，从而不利收缩变形增加，混凝土的开裂风险升高。因此，兼具高强、低粘、抗裂特性，是高强湿喷混凝土配合比设计与制备的技术难点。
公布号CN105541222A的中国专利公布了一种高强度环保喷射混凝土。它是由胶凝材料、速凝剂、机制砂、碎石和水组成，该混凝土的抗压强度可达到42.3MPa～42.9MPa，但该发明中未针对湿喷混凝土开裂风险采取相关的防裂措施。
公布号CN106892585A的中国专利公布了一种高强度超微喷射混凝土外加剂。它是由1份～2份亚硝酸钠、750份～930份膨化超细硅灰、60份～110份塑化剂和0份～100份氢氧化钙组成。该产品可提高喷射混凝土强度至50MPa，该发明中未针对湿喷混凝土开裂风险采取相关的防裂措施。
公布号CN103224364A的中国专利公布了一种低碳高性能隧道喷射专用系列混凝土。该系列喷射混凝土强度在48MPa左右，该发明中未针对湿喷混凝土开裂风险采取相关的防裂措施。
题为《HCSA膨胀剂对喷射混凝土微观结构的影响》(矿冶工程，2012年，第32卷，第4期，第5～7页和12页)的中国论文公开了一种补偿收缩喷射混凝土。文中通过掺加HCSA膨胀剂提升了混凝土的密实度，但混凝土强度等级仅为常规C30(30MPa～38.2MPa)，难以满足高地应力条件下的支护需求，且未针对湿喷混凝土开裂风险进行论述。
题为《基于小型湿喷机施工的喷射混凝土性能评价》(人民长江，2017年，第48卷，第16期，第67～72页)的中国论文公开了系列高强纤维喷射混凝土。该混凝土的抗压强度达到了44MPa～54MPa，文中未针对湿喷混凝土开裂风险采取相关的防裂措施。
题为《不同品种外加剂对喷射混凝土性能影响的试验研究》(混凝土世界，2015年，第4期，第70～74页)的中国论文公开了一种膨胀剂喷射混凝土。文中通过掺加膨胀剂可在一定程度上抑制混凝土收缩，但强度等级仅为C30(30MPa～38.2MPa)，难以满足高地应力条件下的支护需求，且未针对湿喷混凝土开裂风险进行具体论述。
题为《磁化水喷射补偿收缩粉煤灰混凝土动态压缩性能试验研究》(安徽理工大学学位论文，2016年)的中国论文公开了一种磁化水喷射补偿收缩混凝土。该研究在一定程度上提升了混凝土的抗裂性，但强度等级为常规的C30(30MPa～38.2MPa)，难以满足高地应力条件下的快速支护需求。
题为《井巷多元复合混凝土抗渗防裂性能试验研究》(鄂州大学学报，2013年，第20卷，第6期，第68～71页)的中国论文公开了一种抗裂防渗喷射混凝土。该研究显著提升了混凝土的早期抗裂性能，但混凝土的强度等级为常规C25(25MPa～33.2MPa)，难以满足高地应力条件下的快速支护需求。
题为《高强喷射混凝土在铁路隧道中的应用研究》(铁道建筑，2015年，第10期，第111～113和131页)的中国论文公开了一种高强喷射混凝土。它由42.5普通硅酸盐水泥、硅灰、机制砂、粗骨料、水、减水剂和无碱液体速凝剂组成。该混凝土的抗压强度可以达到56MPa，文中未针对高强度湿喷混凝土的粘度及开裂风险采取相关的防范措施。
题为《膨胀剂对喷射补偿收缩钢纤维混凝土力学性能的影响》(混凝土与水泥制品，2010年，第5期，第45～47页)的中国论文公开了一种喷射补偿收缩混凝土。该混凝土的强度等级为常规C30(30MPa～38.2MPa)，难以满足高地应力条件下的快速支护需求。
题为《粉煤灰及SAP对喷射混凝土早龄期开裂损伤影响》(实验力学，2015年，第30卷，第6期，第785～790页)的中国论文公开了一种SAP内养护喷射混凝土。该混凝土的强度等级为常规C30(30MPa～38.2MPa)，难以满足高地应力条件下的快速支护需求。
题为《隧道湿喷纤维高性能混凝土单层永久衬砌研究》(岩石力学与工程学报，2004年，第23卷，第20期，第3509～3517页)的中国论文公开了一种C45喷射混凝土。该混凝土的抗压强度达到了56.7MPa～58.4MPa，采用钢纤维在一定程度上可提升混凝土的抗裂性，但高强混凝土开裂风险大，抗裂性能仍有较大的提升空间。
上述防裂(补偿收缩)喷射混凝土的强度等级为C25～C30(25MPa～38.2MPa)，难以满足高地应力条件下洞室结构的快速支护需求。上述高强喷射混凝土均未提及降粘防裂措施。提升喷射混凝土的强度等级是应对高地应力复杂地质条件的有效手段，若将喷射混凝土强度进一步提升，则其粘度大、开裂风险高的问题将更加严峻，本发明即针对此难题提出解决方案。
发明内容
针对高地应力条件下地下洞室支护对高强度喷射混凝土的迫切需求，以及高强喷射混凝土粘度大、开裂风险高的技术难题，本发明提出一种低粘抗裂高强湿喷混凝土及其制备方法。本发明所述湿喷混凝土的28d抗压强度在65MPa以上；在200mm±10mm的坍落度条件下，倒置坍落度筒排空时间在15s以内；早期抗裂试验单位面积上的总开裂面积不超过250mm2/m2，开裂等级为“L-IV”；圆环开裂试验56d不开裂，开裂趋势为“低”。
本发明主要从三个方面来实现：
第一，高强度仍采用低水胶比、掺入活性掺合料来实现，将水胶比降低至0.35，并以纳米SiO2作为活性掺合料。
第二，采用粘度调节组分降低湿喷混凝土粘度，保证混凝土的可泵性与可喷性。高强湿喷混凝土粘度大主要因为：水胶比降低，水泥浆体的水固比减小，浆体粘度增大；且纳米SiO2的比表面积远超过水泥，会进一步增加浆体粘度。采用粘度调节组分能够降低拌合物化学结合水率，提高自由水率；还可削减毛细孔溶液的表面张力，扩大微细颗粒间距，降低混凝土拌合物粘度。
第三，采用纤维阻裂、补偿收缩、内养护综合防裂技术，改善高强湿喷混凝土的抗裂性。在纤维阻裂方面，采用粗合成纤维与微合成纤维进行粗细混杂，粗合成纤维通过两种长径比纤维进行长短混杂，力求发挥最佳纤维阻裂作用；在补偿收缩方面，选用膨胀率较高的氧化钙熟料，并采用松香树脂酸对其表面进行包覆，可对膨胀历程进行调节，尽可能适时适量地产生有益膨胀；内养护组分一方面要发挥“蓄水池”作用，降低湿喷混凝土的自干燥、自收缩，另一方面还能为膨胀剂的水化反应提供良好的水环境。
本发明所述的一种低粘抗裂高强湿喷混凝土，其各组分配比为：胶凝材料470kg/m3～485kg/m3，水165kg/m3～175kg/m3，粘度调节组分5kg/m3～11kg/m3，抗裂组分38.5kg/m3～40.5kg/m3，减水组分8.0kg/m3～8.5kg/m3，细骨料900kg/m3～950kg/m3，粗骨料750kg/m3～780kg/m3，无碱液体速凝剂40kg/m3～42kg/m3。
本发明所述的低粘抗裂高强湿喷混凝土中，所述粘度调节组分呈液态，由甲基烯丙醇醚、甲基丙烯酸钠、烷氧基聚醚甲基丙烯酸酯、过硫酸铵和自巯基乙酸先在常温条件下(15℃～25℃)按照摩尔比(0.2～0.6):(0.6～0.9):(0.3～0.7):(0.02～0.04):(0.02～0.05)混合均匀，再将其升温至60℃～70℃并恒温3h～5h而成。它具有降低混凝土粘度的作用。
本发明所述低粘抗裂高强湿喷混凝土中，所述抗裂组分由膨胀组分、内养护组分和混杂合成纤维三部分组成，三者混合质量比例为(40～60):1:(16～19)。
所述膨胀组分为一种由松香树脂酸包覆氧化钙熟料制成的改性膨胀剂，氧化钙熟料与松香树脂酸的混合比例为100:(5～10)，该改性膨胀剂的比表面积为370m2/kg～400m2/kg。其制备方法如下：先将松香树脂酸与无水乙醇按照质量比1:(50～70)进行溶解，在保证氧化钙熟料与松香树脂酸的质量比为100:(5～10)的前提下，将适量的比表面积为310m2/kg～330m2/kg、f-CaO含量为75％～78％的氧化钙熟料加入到松香树脂酸与无水乙醇的混合溶液中，并在常温条件下(15℃～25℃)搅拌均匀；再将搅拌均匀的混合物放置在60℃～70℃的环境下干燥3h～5h，待无水乙醇充分挥发后，将干燥后混合物的比表面积粉磨至370m2/kg～400m2/kg，即得该改性膨胀剂。
所述内养护组分为丙烯酸-腐植酸复合高吸水树脂、改性聚天冬氨酸复合吸水树脂、茶多酚-丙烯酸系高吸水树脂中的一种；
所述混杂合成纤维由粗合成纤维和微合成纤维按体积比9:1组成。所述粗合成纤维由Φ0.5mm×38mm和Φ0.8mm×24mm的两种同材质纤维按照体积比1:1组成，其材质为聚丙烯、聚烯烃、聚酯中的一种；所述微合成纤维规格为Φ20μm×12mm，其材质为聚丙烯、聚乙烯醇中的一种。
本发明所述的低粘抗裂高强湿喷混凝土中，所述无碱液体速凝剂的28d抗压强度比大于120％。
本发明所述的低粘抗裂高强湿喷混凝土中，所述胶凝材料由水泥、纳米SiO2和矿粉三部分组成，三者的混合质量比例为(79～90):(5～11):(5～16)，其中，纳米SiO2的体积平均粒径D(4,3)≤80nm。
本发明所述的低粘抗裂高强湿喷混凝土中，所述细骨料为石灰岩机制砂，细度模数为2.8，石粉含量为10％，饱和面干吸水率为1.28％；所述粗骨料为石灰岩人工碎石，粒径为5mm～10mm，饱和面干吸水率为0.86％；所述减水组分为聚羧酸系高性能减水剂(粉体)，掺量为0.1％时，减水率为28％。
本发明所述的低粘抗裂高强湿喷混凝土，其特征在于，28d抗压强度达到65MPa以上，在200mm±10mm的坍落度条件下，倒置坍落度筒排空时间在15s以内；早期抗裂试验的单位面积上的总开裂面积不超过250mm2/m2，开裂等级为“L-IV”；圆环开裂试验56d不开裂，开裂趋势为“低”。
本发明所述的低粘抗裂高强湿喷混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)先将粗骨料、胶凝材料加入强制式搅拌机，干拌30s；
2)再将抗裂组分加入搅拌锅中，干拌30s；
3)将减水组分、粘度调节组分与拌合水混合均匀；
4)向搅拌锅中加入经步骤3)混合的拌合水的3/4，搅拌30s；
5)将剩余经步骤3)混合的拌合水同细骨料一起加入搅拌锅，继续搅拌3min，制得低粘抗裂高强湿喷混凝土拌合物；
6)将经上述步骤1)～5)制备的湿喷混凝土拌合物与无碱液体速凝剂根据所述比例，通过混凝土湿喷机喷射混合，制得所述低粘抗裂高强湿喷混凝土。
应用本发明可明显提高湿喷混凝土的抗压强度，合理调控混凝土粘度，显著降低混凝土的开裂风险。具备施工性能好、支护强度高、抗裂性好等较优的综合性能。
有益效果：
本发明所述的低粘抗裂高强湿喷混凝土具有如下优点：
1)湿喷混凝土抗压强度高，可达65MPa以上，比常规使用的25.0MPa～38.2MPa湿喷混凝土提高了70％～160％。可在较薄的衬砌厚度下、较短的施工时间内，达到与稍低强度混凝土同样的支护能力，可更快地控制围岩的松弛和变形，更好地预防高地应力条件下岩爆、坍塌等不利工程灾害的发生，缩短工期，具有明显的社会效益和经济效益。
2)高强湿喷混凝土拌合物的粘度不高，在200mm±10mm的坍落度条件下，其倒置坍落度筒排空时间尚不足15s，能够较好地满足泵送或喷射施工，有利于解决喷射混凝土普遍存在的堵管问题。
3)湿喷混凝土的抗裂性好。早期抗裂试验单位面积上的总开裂面积不超过250mm2/m2，开裂等级达到了“L-IV”；且圆环开裂试验56d不开裂，开裂趋势为“低”。可显著降低喷射混凝土的开裂风险，有利于保持支护结构的承载能力；减少水、空气、腐蚀离子等不利复杂介质的扩散通道，有利于延长喷射混凝土衬砌结构的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
以下实施例中所采用的甲基烯丙醇醚、甲基丙烯酸钠、烷氧基聚醚甲基丙烯酸酯、过硫酸铵和自巯基乙酸均由南京瑞迪高新技术有限公司提供；所采用氧化钙熟料由武汉三源特种建材有限公司提供；所采用松香树脂酸由广州松宝化工有限公司提供；所采用丙烯酸-腐植酸复合高吸水树脂、改性聚天冬氨酸复合吸水树脂、茶多酚-丙烯酸系高吸水树脂均由徐州和美新材料有限公司提供；所采用粗合成纤维由深圳市维特耐新材料有限公司生产；所采用微合成纤维均由安徽皖维集团有限责任公司提供；所采用无碱液体速凝剂由南京瑞迪建设科技有限公司生产；所采用纳米SiO2由杭州万景新材料有限公司提供。
以下实施例中抗裂组分由膨胀组分、内养护组分和混杂合成纤维三者按比例混合而成，其中膨胀组分为松香树脂酸包覆氧化钙熟料制备而成的改性膨胀剂，其制备方法为：先将松香树脂酸与无水乙醇按照质量比1:50进行溶解，在保证氧化钙熟料与松香树脂酸的质量比为100:5的前提下，将适量的比表面积为310m2/kg、f-CaO含量为78％的氧化钙熟料加入到松香树脂酸与无水乙醇的混合溶液中，并在常温条件下(20℃)搅拌均匀；再将搅拌均匀的混合物放置在60℃的环境下干燥5h，待无水乙醇充分挥发后，将干燥后混合物的比表面积粉磨至380m2/kg，即得该改性膨胀剂。
粘度调节组分，呈液态，由甲基烯丙醇醚、甲基丙烯酸钠、烷氧基聚醚甲基丙烯酸酯、过硫酸铵和自巯基乙酸先在常温条件下(20℃)按照摩尔比0.3:0.8:0.5:0.03:0.03混合均匀，再将其升温至60℃并恒温3h而成。
以下实施例中低粘抗裂高强湿喷混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)先将粗骨料、胶凝材料加入强制式搅拌机，干拌30s；
2)再将抗裂组分加入搅拌锅中，干拌30s；
3)将减水组分、粘度调节组分与拌合水混合均匀；
4)向搅拌锅中加入经步骤3)混合的拌合水的3/4，搅拌30s；
5)将剩余经步骤3)混合的拌合水同细骨料一起加入搅拌锅，继续搅拌3min，制得低粘抗裂高强湿喷混凝土拌合物；
6)将经上述步骤1)～5)制备的湿喷混凝土拌合物与无碱液体速凝剂根据所述比例，通过混凝土湿喷机喷射混合，制得所述低粘抗裂高强湿喷混凝土。
实施例1
材料的组成比例如表1所示。
表1不掺抗裂组分和粘度调节组分的基准配合比(kg/m3)
Figure BDA0001667067730000071
该湿喷混凝土的水胶比为0.35，所采用水泥为P·O42.5、矿粉为S95级，纳米SiO2的体积平均粒径D(4,3)为80nm，砂为细度模数2.8的机制砂，石为5mm～10mm的人工碎石，减水剂为减水率28％的高性能减水剂，无碱液体速凝剂28d抗压强度比为124％。胶凝材料中水泥、纳米SiO2和矿粉三者的混合比例为90:5:5，并未采用抗裂和降粘措施，作为基准配合比，编号为1。
实施例2
材料的组成比例如表2所示。
表2掺抗裂组分、不掺粘度调节组分的基准配合比(kg/m3)
Figure BDA0001667067730000081
该湿喷混凝土的水胶比为0.35，所采用水泥为P·O42.5、矿粉为S95级，纳米SiO2的体积平均粒径D(4,3)为73nm，砂为细度模数2.8的机制砂，石为5mm～10mm的人工碎石，减水剂为减水率28％的高性能减水剂，无碱液体速凝剂28d抗压强度比为124％。胶凝材料中水泥、纳米SiO2和矿粉三者的混合比例为79:10:11。抗裂组分中膨胀组分、内养护组分和混杂合成纤维三者的混合比例为60:1:16，所采用的膨胀组分为松香树脂酸包覆氧化钙熟料而成的改性膨胀剂，内养护组分为丙烯酸-腐植酸复合高吸水树脂，粗合成纤维材质为聚烯烃、微合成纤维材质为聚丙烯(粗合成纤维由Φ0.5mm×38mm和Φ0.8mm×24mm的两种同材质纤维按照体积比1:1组成，微合成纤维规格为Φ20μm×12mm，粗合成纤维与微合成纤维的体积比为9:1)。掺加了一定量的抗裂组分作为抗裂手段，但并未采取相应的降粘措施，作为基准配合比，编号为2。
实施例3
材料的组成比例如表3所示。
表3掺粘度调节组分、不掺抗裂组分的基准配合比(kg/m3)
Figure BDA0001667067730000082
该湿喷混凝土的水胶比为0.35，所采用水泥为P·O 42.5、矿粉为S95级，纳米SiO2的体积平均粒径D(4,3)为75nm，砂为细度模数2.8的机制砂，石为5mm～10mm的人工碎石，减水剂为减水率28％的高性能减水剂，无碱液体速凝剂28d抗压强度比为124％。胶凝材料中水泥、纳米SiO2和矿粉三者的混合比例为85:8:7。掺加了一定量的粘度调节组分，粘度调节组分为甲基烯丙醇醚、甲基丙烯酸钠、烷氧基聚醚甲基丙烯酸酯、过硫酸铵和自巯基乙酸共聚而成的液体。但并未采取相应的抗裂措施，作为基准配合比，编号为3。
实施例4
材料的组成比例如表4所示。
表4低粘抗裂高强喷射混凝土配合比(kg/m3)
Figure BDA0001667067730000091
该湿喷混凝土的水胶比为0.35，所采用水泥为P·O42.5、矿粉为S95级，纳米SiO2的体积平均粒径D(4,3)为75nm，砂为细度模数2.8的机制砂，石为5mm～10mm的人工碎石，减水剂为减水率28％的高性能减水剂，无碱液体速凝剂28d抗压强度比为124％。胶凝材料中水泥、纳米SiO2和矿粉三者的混合比例为84:5:11。粘度调节组分为甲基烯丙醇醚、甲基丙烯酸钠、烷氧基聚醚甲基丙烯酸酯、过硫酸铵和自巯基乙酸共聚而成的液体。抗裂组分中膨胀组分、内养护组分和混杂合成纤维三者的混合比例为60:1:16，所采用的膨胀组分为松香树脂酸包覆氧化钙熟料而成的改性膨胀剂，内养护组分为改性聚天冬氨酸复合吸水树脂，粗合成纤维材质为聚烯烃、微合成纤维材质为聚丙烯(粗合成纤维由Φ0.5mm×38mm和Φ0.8mm×24mm的两种同材质纤维按照体积比1:1组成，微合成纤维规格为Φ20μm×12mm，粗合成纤维与微合成纤维的体积比为9:1)。同时掺加了粘度调节组分和抗裂组分，为本发明产品，编号为4。
实施例5
材料的组成比例如表5所示。
表5低粘抗裂高强喷射混凝土配合比(kg/m3)
Figure BDA0001667067730000092
该湿喷混凝土的水胶比为0.35，所采用水泥为P·O42.5、矿粉为S95级，纳米SiO2的体积平均粒径D(4,3)为70nm，砂为细度模数2.8的机制砂，石为5mm～10mm的人工碎石，减水剂为减水率28％的高性能减水剂，无碱液体速凝剂28d抗压强度比为124％。胶凝材料中水泥、纳米SiO2和矿粉三者的混合比例为84:11:5。粘度调节组分为甲基烯丙醇醚、甲基丙烯酸钠、烷氧基聚醚甲基丙烯酸酯、过硫酸铵和自巯基乙酸共聚而成的液体。抗裂组分中膨胀组分、内养护组分和混杂合成纤维三者的混合比例为60:1:16，所采用的膨胀组分为松香树脂酸包覆氧化钙熟料而成的改性膨胀剂，内养护组分为改性聚天冬氨酸复合吸水树脂，粗合成纤维材质为聚烯烃、微合成纤维材质为聚丙烯(粗合成纤维由Φ0.5mm×38mm和Φ0.8mm×24mm的两种同材质纤维按照体积比1:1组成，微合成纤维规格为Φ20μm×12mm，粗合成纤维与微合成纤维的体积比为9:1)。同时掺加了粘度调节组分和抗裂组分，为本发明产品，编号为5。
实施例6
材料的组成比例如表6所示。
表6低粘抗裂高强喷射混凝土配合比(kg/m3)
Figure BDA0001667067730000101
该湿喷混凝土的水胶比为0.35，所采用水泥为P·O42.5、矿粉为S95级，纳米SiO2的体积平均粒径D(4,3)为75nm，砂为细度模数2.8的机制砂，石为5mm～10mm的人工碎石，减水剂为减水率28％的高性能减水剂，无碱液体速凝剂28d抗压强度比为124％。胶凝材料中水泥、纳米SiO2和矿粉三者的混合比例为79:5:16。粘度调节组分为甲基烯丙醇醚、甲基丙烯酸钠、烷氧基聚醚甲基丙烯酸酯、过硫酸铵和自巯基乙酸共聚而成的液体。抗裂组分中膨胀组分、内养护组分和混杂合成纤维三者的混合比例为60:1:18，所采用的膨胀组分为松香树脂酸包覆氧化钙熟料而成的改性膨胀剂，内养护组分为茶多酚-丙烯酸系高吸水树脂，粗合成纤维材质为聚酯、微合成纤维材质为聚乙烯醇(粗合成纤维由Φ0.5mm×38mm和Φ0.8mm×24mm的两种同材质纤维按照体积比1:1组成，微合成纤维规格为Φ20μm×12mm，粗合成纤维与微合成纤维的体积比为9:1)。同时掺加了粘度调节组分和抗裂组分，为本发明产品，编号为6。
实施例7
材料的组成比例如表7所示。
表7低粘抗裂高强喷射混凝土配合比(kg/m3)
Figure BDA0001667067730000102
该湿喷混凝土的水胶比为0.35，所采用水泥为P·O42.5、矿粉为S95级，纳米SiO2的体积平均粒径D(4,3)为73nm，砂为细度模数2.8的机制砂，石为5mm～10mm的人工碎石，减水剂为减水率28％的高性能减水剂，无碱液体速凝剂28d抗压强度比为124％。胶凝材料中水泥、纳米SiO2和矿粉三者的混合比例为79:10:11。粘度调节组分为甲基烯丙醇醚、甲基丙烯酸钠、烷氧基聚醚甲基丙烯酸酯、过硫酸铵和自巯基乙酸共聚而成的液体。抗裂组分中膨胀组分、内养护组分和混杂合成纤维三者的混合比例为60:1:18，所采用的膨胀组分为松香树脂酸包覆氧化钙熟料而成的改性膨胀剂，内养护组分为茶多酚-丙烯酸系高吸水树脂，粗合成纤维材质为聚酯、微合成纤维材质为聚乙烯醇(粗合成纤维由Φ0.5mm×38mm和Φ0.8mm×24mm的两种同材质纤维按照体积比1:1组成，微合成纤维规格为Φ20μm×12mm，粗合成纤维与微合成纤维的体积比为9:1)。同时掺加了粘度调节组分和抗裂组分，为本发明产品，编号为7。
实施例1～实施例7同时测试了混凝土的坍落度、倒置坍落度筒排空时间、28d抗压强度、早期抗裂试验和圆环开裂试验。
混凝土的坍落度和倒置坍落度筒排空时间均以混凝土拌合物作为研究对象，均依据GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能方法试验标准》进行，倒置坍落度筒排空时间测试时，其小口端距底板的距离为500mm。
混凝土的早期抗裂试验和圆环开裂试验分别参考GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》和ASTM C 1581-2009《Standard Test Method forDetermining Age at Cracking and Induced Tensile Stress Characteristics ofMortar and Concrete under Re-strained Shrinkage》进行。并且分别依据JGJ/T193-2009《混凝土耐久性检验评定标准》和ASTM C 1581-2009进行抗裂等级评定，早期抗裂试验和圆环开裂试验的抗裂等级划分分别依据表8和表9。
表8混凝土早期抗裂性能的等级划分(JGJ/T 193-2009)
Figure BDA0001667067730000111
表9混凝土圆环试验开裂风险的分类(ASTM C 1581-2009)
Figure BDA0001667067730000112
Figure BDA0001667067730000121
在制备早期抗裂试验和圆环开裂试验试件时，通过在拌合物中加入速凝剂而快速搅拌振动成型，搅拌时间为5s～8s，制备试件后参照上述规范开展后续试验。
湿喷混凝土抗压强度的成型及测试按照DL/T 5721-2015《水工喷射混凝土试验规程》进行，采用TK-600型湿喷机进行喷射成型施工。
实例1～实例7所有喷射混凝土的性能测试结果见表10所示。
由表10可以看出，实例1～实例3为基准混凝土，实例4～实例7为本发明产品。7种湿喷混凝土的28d抗压强度为65MPa～73MPa，通过对抗裂组分内部组成比例的调整，采取降粘、抗裂措施后，混凝土的抗压强度没有显著变化。
实例1和实例2的对比可知，掺加抗裂组分可显著提高混凝土的粘度，即使将减水剂用量由7.2kg增加至8.2kg，其倒置坍落度筒排空时间仍由14.7s增长至37.1s，提高幅度超过了100％，不利于混凝土的泵送或喷射施工。但实例2具有明显的抗裂优势。早期抗裂试验中，与实例1相比，单位面积上的总开裂面积由622mm2/m2降至248mm2/m2，降低幅度高达150％，开裂等级由L-III提高至L-IV级；圆环开裂试验中，实例1在6d时就出现了裂缝，而掺加抗裂组分后，试验历时56d时，混凝土仍未开裂，开裂趋势也由“高”降为“低”，抗裂优势显著。
实例1和实例3的对比可知，掺加粘度调节组分可显著降低混凝土的粘度，利于泵送或喷射施工。与实例1相比，在降低5kg单方用水量的情况下，实例3仍可将混凝土的倒置坍落度筒排空时间由14.7s降至8.7s。该粘度调节组分也具有一定的抗裂功能，早期抗裂试验中，与实例1相比，实例3单位面积上的总开裂面积由622mm2/m2降至579mm2/m2；圆环开裂试验中，混凝土的开裂时间由6d推迟到了13d，开裂趋势也由“高”降为“中高”。
实例4～实例7为同时使用粘度调节组分和抗裂组分的本发明产品，倒置坍落度筒排空时间均可控制在15s以内，单位面积上的总开裂面积降低在250mm2/m2以下，开裂等级均为L-IV，圆环开裂试验56d均不开裂，开裂趋势为“低”。在200mm±10mm的坍落度条件下，可兼具高强、低粘、抗裂等特性，其技术优势显著。
表10实例1～实例7各喷射混凝土的性能测试结果
Figure BDA0001667067730000122
Figure BDA0001667067730000131

Claims (4)

1.一种低粘抗裂高强湿喷混凝土，其特征在于，配比如下：胶凝材料470kg/m3~485kg/m3，水165kg/m3~175kg/m3，粘度调节组分5kg/m3~11kg/m3，抗裂组分38.5kg/m3~40.5kg/m3，减水组分8.0kg/m3 ~8.5kg/m3，细骨料900 kg/m3~950 kg/m3，粗骨料750kg/m3~780kg/m3，无碱液体速凝剂40kg/m3~42kg/m3；
所述粘度调节组分呈液态，由甲基烯丙醇醚、甲基丙烯酸钠、烷氧基聚醚甲基丙烯酸酯、过硫酸铵和自巯基乙酸先在15℃~25℃下按照摩尔比（0.2~0.6）:（0.6~0.9）:（0.3~0.7）:（0.02~0.04）:（0.02~0.05）混合均匀，再将其升温至60℃~70℃并恒温3h~5h而成；所述抗裂组分由膨胀组分、内养护组分和混杂合成纤维三部分组成，三者混合质量比例为（40~60）:1:（16~19）；所述胶凝材料由水泥、纳米SiO2和矿粉三部分组成，三者的混合质量比例为（79~90）:（5~11）:（5~16），其中，纳米SiO2的体积平均粒径D（4, 3）≤80nm；
所述膨胀组分为一种由松香树脂酸包覆氧化钙熟料制成的改性膨胀剂，氧化钙熟料与松香树脂酸的混合比例为100:（5~10），该改性膨胀剂的比表面积为370m2/kg~400 m2/kg；所述内养护组分为丙烯酸-腐植酸复合高吸水树脂、改性聚天冬氨酸复合吸水树脂、茶多酚-丙烯酸系高吸水树脂中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种低粘抗裂高强湿喷混凝土，其特征在于，所述无碱液体速凝剂的28d抗压强度比大于120%。
3.根据权利要求1所述的一种低粘抗裂高强湿喷混凝土，其特征在于，所述混杂合成纤维由粗合成纤维和微合成纤维按体积比9:1组成。
4.权利要求1所述一种低粘抗裂高强湿喷混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）先将粗骨料、胶凝材料加入强制式搅拌机，干拌30s；
2）再将抗裂组分加入搅拌锅中，干拌30s；
3）将减水组分、粘度调节组分与水混合均匀；
4）向搅拌锅中加入经步骤3）混合的水的3/4，搅拌30s；
5）将剩余经步骤3）混合的水同细骨料一起加入搅拌锅，继续搅拌3min，制得低粘抗裂高强湿喷混凝土拌合物；
6）将经上述步骤1）~5）制备的湿喷混凝土拌合物与无碱液体速凝剂根据所述比例，通过混凝土湿喷机喷射混合，制得所述低粘抗裂高强湿喷混凝土。
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