CN108821683A

CN108821683A - 一种隧道湿喷高性能混凝土材料

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Publication number: CN108821683A
Application number: CN201810743439.1A
Authority: CN
Inventors: 刘学伟; 刘泉声; 刘滨; 康永水
Original assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Current assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2018-11-16

Abstract

本发明公开了一种隧道湿喷高性能混凝土材料，包含如下重量份的凝胶材料、水、粗骨料、细骨料、减水剂、速凝剂和增粘剂，重量份分别为500～600、150～200、850～1000、920～1050、6～9、30～36、50～60。凝胶材料包括以下重量份的水泥、粉煤灰和硅粉。重量份分别为75～85、8～12、6～10。通过添加粉煤灰和硅粉，能够填充水泥间的孔隙，提高混凝土的早期和后期强度，并在一定程度上降低成本。通过添加速凝剂和增粘剂，能够有效提高混凝土喷层厚度，降低湿喷混凝土回弹率和机旁粉尘，具有较好的市场应用前景。

Description

一种隧道湿喷高性能混凝土材料

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种隧道湿喷高性能混凝土材料，适用于用于隧道施工。

背景技术

在隧道支护工程中，隧道围岩表面喷射的混凝土按其施作方式有干喷、潮喷和湿喷之分。湿喷混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将预先用水泥、粗骨料、水和其他添加剂按一定配比搅拌好的料浆通过管道输送并高速喷射到受喷面上凝结硬化而成的一种混凝土。与传统干式及潮式喷射混凝土相比，湿喷混凝土的主要优点是：

1、大大降低了机旁和喷嘴外的粉尘浓度，既可以使操作工人免遭尘肺病的威胁，又有利于环境保护和各种施工设备的保护。

2、回弹率低。干喷时，混凝土回弹率可达15%~50%；而采用湿喷技术，回弹率可降低到10%以下，大大提高了生产效率。

3、湿喷时，由于水灰比易于控制，混凝土水化程度高，故可大大改善喷射混凝土的品质，提高混凝土的匀质性。而干喷时，混凝土的水灰比是由喷射手根据经验及肉眼观察来进行调节的，混凝土的品质在很大程度上取决于操作工人的操作正确与否。

其于以上优点，所以当前许多混凝土喷射作业领域中，湿喷工艺己经取代了干喷和潮喷工艺。然而，喷射混凝土作为一种龄期类材料，其强度施作后需要几天甚至几十天才能接近喷射混凝土的最终强度。而且，当前现场湿喷作业设计，大多按经验进行，未考虑混凝土拌合顺序和时间、速凝剂的现场添加工艺以及现场喷射工艺。

从湿喷工艺可以看出，粉尘量和回弹率是湿喷混凝土施工好坏的两个重要指标，而现有的湿喷混凝土配比大多数针对某一工程或某一地质条件设计，能够解决具体工程问题，但存在着一定的不足：添加的高分子聚合物或金属材料，能在一定程度上提高材料强度，但是上述添加剂普遍价格较高，从而提高了喷射混凝土成本；在经济性差异不大的前提下，喷射混凝土材料强度没有明显提高；大多数喷射混凝土材料添加了速凝剂，能够有效控制回弹率，但是却难以调节和控制粉尘量，造成工作环境恶劣，给工人的身心造成极大的影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种隧道湿喷高性能混凝土材料。能有效降低工程成本，快速提高初支强度，降低回弹率与粉尘量，改善工作环境。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种隧道湿喷高性能混凝土材料，包含如下重量份的凝胶材料、水、粗骨料、细骨料、减水剂、速凝剂和增粘剂。

原料重量份

凝胶材料 500～600

水 150～200

粗骨料 850～1000

细骨料 920～1050

减水剂 6～9

速凝剂 30～36

增粘剂 50～60

所述的凝胶材料包括以下重量份的水泥、粉煤灰和硅粉：

原料重量份

水泥 75～85

粉煤灰 8～12

硅粉 6～10

其中，水泥选用标号不低于P.042.5的普通硅酸盐水泥。

粉煤灰为一级粉煤灰，其性能指标符合GB/T1596–2005《用于水泥和混凝土中粉煤灰》的相关规定。

硅粉比表面积大于20m²/g。

所述的水为普通饮用水。

所述的粗骨料为粒径为5～10 mm 连续级配人工碎石，含泥量小于0.5%。

所述的细骨料采用坚硬耐久的砂，细度模数为 2.5～3.0，含水率为 5%～7%。

所述的速凝剂为无碱速凝剂且应符合国家标准《GB/T35159-2017喷射混凝土用速凝剂》要求，其中，初凝时间小于5分钟，终凝时间小于10分钟。

所述的减水剂为聚羧酸盐高性能减水剂且应符合国家标准《GB8076-2008混凝土外加剂规范》要求，其中碱含量小于10%，减水率大于25%，常压沁水率比小于20%。

所述的增粘剂为聚丙烯酰胺增粘剂并应符合国家标准《GB8076-2008混凝土外加剂规范》要求且应与速凝剂和减水剂相容，其中分层度应小于20mm，28d抗压强度比应大于95%。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

1、混凝土强度高。通过添加粉煤灰和硅粉，显著减少混凝土的离析和泌水，有效提高混凝土的泵送性能，显著提高混凝土的早期和后期强度，降低氯离子的渗透能力，有效提高混凝土的抗化学腐蚀和耐磨性能，在水下施工保持混凝土不分离，使混凝土抗压、抗折强度大大增加；

2、降低混凝土成本。本发明中，1吨本发明的混凝土材料成本大约在330元，1吨普通水泥成本在360元，成本降低8.3%；

3、回弹率和粉尘量大幅降低。由于增加了速凝剂和增粘剂，增加了混凝土的粘结性和保水性，使得混凝土能够迅速实现强度，一次喷层厚度达到100mm，回弹率降低到5%以内，增加了喷层质量的稳定性，避免了材料的浪费。另外，由于增粘剂抑制了粉尘，使得机旁粉尘小于7mg/m³，降低了粉尘对工人身心的影响，具有重要的市场应用前景。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种隧道湿喷高性能混凝土材料，包含凝胶材料，水，粗骨料，细骨料，减水剂，速凝剂和增粘剂。其重量份为：

原料重量份

凝胶材料 500

水 150

粗骨料 850

细骨料 920

减水剂 6

速凝剂 30

增粘剂 50

本实施例中，

所述的凝胶材料包括以下重量份的水泥、粉煤灰和硅粉：

原料重量份

水泥 75

粉煤灰 8

硅粉 6

其中，水泥选用标号为P.042.5的普通硅酸盐水泥。

硅粉比表面积为30m²/g。

水为普通饮用水。

粗骨料为粒径为5 mm 连续级配人工碎石，含泥量 0.2～0.4%。

细骨料采用坚硬耐久的砂，细度模数为 2.5～3.0，含水率为 5%～7%。

速凝剂为无碱速凝剂且应符合国家标准《GB/T35159-2017喷射混凝土用速凝剂》要求，其中，初凝时间小于5分钟，终凝时间小于10分钟。

减水剂为聚羧酸盐高性能减水剂且应符合国家标准《GB8076-2008混凝土外加剂规范》要求，其中碱含量小于10%，减水率大于25%，常压沁水率比小于20%。

增粘剂为聚丙烯酰胺增粘剂并应符合国家标准《GB8076-2008混凝土外加剂规范》要求且应与速凝剂和减水剂相容，其中分层度应小于20mm，28d抗压强度比应大于95%。

喷射及养护：

凝胶材料为水泥，粉煤灰和硅粉所组成混合物，所述凝胶材料中水泥、粉煤灰、硅粉重量份比值为75:8:6。在室外选取合适地段进行了隧道湿喷高性能混凝土材料湿喷作业，预取代之前的普通混凝土干喷工艺。并设计实验测试了本实施例的混凝土材料的强度。试件采用现场湿喷制作，钢试模尺寸为 500mm×500mm×150mm，试验时，将钢模放置于工作面附近，以 80°左右摆放在墙脚处，先进行试喷作业，等喷射正常后，由下而上分层向钢模喷满本实施例的混凝土材料得到试件，试件放置在隧道自然环境中养护 1d后拆模，再在实验室标准养护 3d后，切割成 100 mm×100 mm×100 mm的立方体试块，然后继续在实验室标准养护。

通过试验，获得了本实施例的混凝土材料的强度与普通C25混凝土强度3d、7d和28d强度值，本实施例的混凝土材料的强度比普通喷射混凝土有了很大的提高。3d强度由14.6 MPa提升到19.4MPa，强度增长了32.9%；7d强度由23.2 MPa提升到28.9 MPa，强度增长了24.6%；后期28d强度由31.5 MPa提升到38.2 MPa，强度增长了21.3%。此外，还获取了喷射过程中湿喷混凝土的以下技术指标：

1、喷射混凝土作业现场的粉尘浓度在6～7mg/m³。

2、喷射混凝土回弹率在4.5%～5%。

3、喷射混凝土一次喷层厚度达到105～110mm。

实施例2：

原料重量份

凝胶材料 550

水 180

粗骨料 920

细骨料 1000

减水剂 8

速凝剂 34

增粘剂 55

本实施例中，

所述的凝胶材料包括以下重量份的水泥、粉煤灰和硅粉：

原料重量份

水泥 80

粉煤灰 10

硅粉 8

其他与实施例1一致。

具体喷射及养护过程与实施例1一致，

通过试验，获得了本实施例的混凝土材料的强度与普通C25混凝土强度3d、7d和28d强度值，本实施例的混凝土材料的强度比普通喷射混凝土有了很大的提高。3d强度由14.6MPa提升到20.5MPa，强度增长了40.4%；7d强度由23.2 MPa提升到32.1MPa，强度增长了38.4%；后期28d强度由31.5 MPa提升到40.2MPa，强度增长了27.6%。此外，还获取了喷射过程中湿喷混凝土的以下技术指标：

1、喷射混凝土作业现场的粉尘浓度在5.5～6mg/m³。

2、喷射混凝土回弹率在4.1%～4.5%。

3、喷射混凝土一次喷层厚度达到115～120mm。

实施例3：

一种隧道湿喷高性能混凝土材料，其特征在于：组分包含凝胶材料，水，粗骨料，细骨料，减水剂，速凝剂和增粘剂。其重量份为：

原料重量份

凝胶材料 600

水 200

粗骨料 1000

细骨料 1050

减水剂 9

速凝剂 36

增粘剂 60

所述的凝胶材料包括以下重量份的水泥、粉煤灰和硅粉：

原料重量份

水泥 85

粉煤灰 12

硅粉 10

其他与实施例1一致。

具体喷射及养护过程与实施例1一致，

通过试验，获得了本实施例的混凝土材料的强度与普通C25混凝土强度3d、7d和28d强度值，本实施例的混凝土材料的强度比普通喷射混凝土有了很大的提高。3d强度由14.6MPa提升到20.1MPa，强度增长了37.7%；7d强度由23.2 MPa提升到29.1MPa，强度增长了25.4%；后期28d强度由31.5 MPa提升到39.5MPa，强度增长了25.4%。此外，还获取了喷射过程中湿喷混凝土的以下技术指标：

1、喷射混凝土作业现场的粉尘浓度在5.8～6.3mg/m³。

2、喷射混凝土回弹率在4.6%～5 %。

3、喷射混凝土一次喷层厚度达到110～115mm。

以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和都应落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种隧道湿喷高性能混凝土材料，其特征在于，包含如下重量份的凝胶材料、水、粗骨料、细骨料、减水剂、速凝剂和增粘剂：

原料重量份

凝胶材料 500～600

水 150～200

粗骨料 850～1000

细骨料 920～1050

减水剂 6～9

速凝剂 30～36

增粘剂 50～60。

2.根据权利要求1所述的一种隧道湿喷高性能混凝土材料，其特征在于，所述的凝胶材料包括以下重量份的水泥、粉煤灰和硅粉：

原料重量份

水泥 75～85

粉煤灰 8～12

硅粉 6～10。

3.根据权利要求2所述的一种隧道湿喷高性能混凝土材料，其特征在于，

水泥选用标号不低于P.042.5的普通硅酸盐水泥；

粉煤灰为一级粉煤灰；

硅粉比表面积大于20m²/g；

粗骨料为粒径为5～10 mm 连续级配人工碎石，含泥量小于0.5%；

细骨料采用砂，细度模数为 2.5～3.0，含水率为 5%～7%；

速凝剂为无碱速凝剂，初凝时间小于5分钟，终凝时间小于10分钟；

减水剂为聚羧酸盐高性能减水剂，碱含量小于10%，减水率大于25%，常压沁水率比小于20%；

增粘剂为聚丙烯酰胺增粘剂，增粘剂与速凝剂和减水剂相容，增粘剂分层度小于20mm，28d抗压强度比大于95%。