CN109020391A - 一种喷射混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷射混凝土及其制备方法,该混凝土按照质量比包括以下组分:水泥:细集料:玻璃纤维:粉煤灰:减水剂:保水剂:纳米SiO2=100:100~120:2.0~2.5:15~25:0.5~1.5:0.10~0.15:5~7,其制备方法如下:1)按比例称取各原料和水;2)将减水剂、纳米SiO2加入部分水中持续超声震荡,得到水溶液;3)将水泥、剩余的水、细集料和粉煤灰混合共同搅拌得到砂浆;4)向砂浆中加入玻璃纤维、保水剂和步骤2)得到的水溶液,搅拌均匀即可。该喷射混凝土具有全寿命强度均较高、不易开裂、界面黏结性能好等优势,适用于地下工程的支护、建筑物的加固补强和防护工程领域。

Description

一种喷射混凝土及其制备方法
技术领域
本发明专利公开了一种喷射混凝土及其制备方法,属于土木工程材料领域。
背景技术
喷射混凝土是利用压缩空气或其他动力,借助喷射机械,将按一定比例配合的拌合料,通过管道输送并高速喷射到受喷射面上凝结硬化而成的一种混凝土。在从喷嘴高速喷出时,水泥颗粒与集料颗粒会持续反复撞击,因此无需借助振动即可使混凝土密实。同时喷射混凝土所用水灰比较小,可进一步提高其密实性,从而具有较高的力学强度和良好的耐久性。由于其材料和工艺的特点,目前喷射混凝土广泛应用于地下工程的支护、建筑物的加固补强和防护工程领域,并取得了良好的加固效果和经济效益。
然而喷射混凝土由于其水灰比较低,且具有速凝的特性,早期产生大量的水化热,从而增加开裂风险。目前通常在喷射混凝土中加入纤维和粉煤灰降低开裂风险,纤维能够明显抑制裂缝产生,粉煤灰在早期水化速度慢,能够降低水化热,两者协同作用,可以在一定程度上降低喷射混凝土早期开裂风险。
在各种纳米材料中,纳米SiO2具有更高的火山灰活性,掺入水泥基建筑材料中,可与分布在水泥基材料基体和细集料、纤维之间界面过渡区中的Ca(OH)2反应生成CSH凝胶,显著增强界面过渡区强度,进而显著提高混凝土的早期抗压、抗拉和抗折强度,提高混凝土的耐磨性能和疲劳性能,对混凝土构件起到减振作用。
纳米SiO2对纤维混凝土性能的改善作用存在最佳用量。随着纳米SiO2的加入,可填充至混凝土基体内的微小缝隙,使混凝土内部缺陷减少,提高其密实度,并抑制水化产物的收缩;同时,纳米SiO2还能与Ca(OH)2反应,减少Ca(OH)2对混凝土的不利影响。但是若纳米SiO2用量过多,过量的纳米SiO2会出现团聚现象,也会消耗大量的水,在没有充足的水分保证水泥水化作用的情况下,混凝土内部缺陷会增多,导致质量下降,整体性能减弱。此外,由于纳米SiO2吸水导致混凝土整体流动度降低,可能会导致喷射时发生堵塞。
综上所述,纤维和纳米SiO2对喷射混凝土有明显的改性作用。
发明内容
技术问题:本发明的目的是提供一种喷射混凝土及其制备方法,该喷射混凝土具有全寿命强度均较高、不易开裂、界面黏结性能好、易于表面塑形等优势。
技术方案:本发明提供了一种喷射混凝土,该混凝土按照质量比包括以下组分:水泥:细集料:玻璃纤维:粉煤灰:减水剂:保水剂:纳米SiO2=100:100~120:2.0~2.5:15~25:0.5~1.5:0.10~0.15:5~7。
其中:
所述的水泥是标号为32.5R的硅酸盐水泥、42.5R的硅酸盐水泥、32.5的低碱硫铝酸盐水泥或者42.5的低碱硫铝酸盐水泥。
所述的细集料为石英砂或河砂,其纯度高于99wt%、粒径范围为0.5mm~2mm。
所述的玻璃纤维为表面改性过的耐碱玻璃纤维,其弹性模量高于70GPa、长度范围为6mm~15mm,其改性方法如下:将玻璃纤维浸泡在丙酮中并超声3min~5min,之后将纤维表面有机溶剂洗去后在40℃~50℃烘干,最后浸泡在纯丙乳液中3min~5min后取出并在室温下晾干即可。
所述的纯丙乳液为甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类和丙烯酸三元共聚乳液,并在其中加入0.1%~0.15%wc的碳酸氢钠、0.25%~0.35%wc的过硫酸钾;该纯丙乳液为乳白色液体、固含量为50±1%、最低成膜温度为20±2℃、玻璃化温度为23±2℃、pH值为7~8。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
所述的减水剂为高效聚羧酸减水剂,其固含量为40%~50%、减水率高于35%。
所述的保水剂为聚甲基纤维素钠或纤维素淀粉醚,等级为工业纯。
所述的纳米SiO2比表面积为200m2/g~300m2/g,表观密度为55g/L~65g/L,平均粒径为20nm~30nm。
本发明还提供了一种喷射混凝土的制备方法,该方法包括以下步骤:
1)按比例称取水泥、细集料、玻璃纤维、粉煤灰、减水剂、保水剂、纳米SiO2和水,其中水泥和水的质量比为100:32~38;
2)将减水剂、纳米SiO2加入3/10~5/10所称取的水中持续超声震荡,得到水溶液;
3)将水泥、剩余的水、细集料和粉煤灰混合共同搅拌60s~70s,得到砂浆;
4)向砂浆中加入玻璃纤维、保水剂和步骤2)得到的水溶液,搅拌120s~130s后即得所述的喷射混凝土。
有益效:与现有技术相比,本发明具有以下优势:
1、本发明提供的喷射混凝土,新拌浆体和易性好、工作性良好、喷射性好、施工性能良好;
2、本发明提供的喷射混凝土采用纳米SiO2为添加材料,实现了新拌浆体和易性的提高,使得硬化喷射混凝土强度大幅提高,界面粘结性提高;表面改性玻璃纤维的使用提高喷射混凝土体积稳定性,大幅降低收缩造成的开裂风险;
3、本发明提供的喷射混凝土能够附着于钢丝网片或一般平面上,与普通喷射混凝土相比具有全寿命强度均较高、不易开裂、界面黏结性能好、易于表面塑形等优势,适用于地下工程的支护、建筑物的加固补强和防护工程领域;
4、本发明提供的喷射混凝制备方法通过多次分散、逐次放料,使玻璃纤维和纳米SiO2在砂浆中分散良好,从而降低成本,提高强度,并具有简单易操作、不易堵管等优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步阐述。
实施例1:
一种喷射混凝土,该混凝土按照质量比包括以下组分:
水泥:细集料:玻璃纤维:粉煤灰:减水剂:保水剂:纳米SiO2=100:100:2.2:25:1.5:0.1:5。
所述的水泥是强度标号为42.5R硅酸盐水泥。
所述的细集料为石英砂,其纯度高于99wt%、粒径范围为0.5mm~2mm。
所述的玻璃纤维为表面改性过的耐碱玻璃纤维,其弹性模量高于70GPa、长度为6mm,其改性方法如下:将玻璃纤维浸泡在丙酮中并超声3min,之后将纤维表面有机溶剂洗去后在40℃烘干,最后浸泡在纯丙乳液中3min后取出并在室温下晾干即可。其中纯丙乳液为甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类和丙烯酸三元共聚乳液,并在其中加入0.1%wc的碳酸氢钠、0.25%wc的过硫酸钾;该纯丙乳液为乳白色液体、固含量为50%、最低成膜温度为20℃、玻璃化温度为23℃、pH值为7。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
所述的减水剂为高效聚羧酸减水剂,其固含量为50%、减水率为40%。
所述的保水剂为聚甲基纤维素钠,等级为工业纯。
所述的纳米SiO2比表面积为200m2/g,表观密度为55g/L,平均粒径为30nm。
一种喷射混凝土的制备方法,该方法包括以下步骤:
1)按比例称取水泥、细集料、玻璃纤维、粉煤灰、减水剂、保水剂、纳米SiO2和水,其中水泥和水的质量比为100:32;
2)将减水剂、纳米SiO2加入5/10所称取的水中持续超声震荡,得到水溶液;
3)将水泥、剩余的水、细集料和粉煤灰混合共同搅拌60s,得到砂浆;
4)向砂浆中加入表面改性过的耐碱玻璃纤维、保水剂和步骤2)得到的水溶液,搅拌120s后即得所述的喷射混凝土。
实施例2:
一种喷射混凝土,该混凝土按照质量比包括以下组分:
水泥:细集料:玻璃纤维:粉煤灰:减水剂:保水剂:纳米SiO2=100:110:2.0:25:1.5:0.1:6。
所述的水泥是强度标号为32.5R硅酸盐水泥。
所述的细集料为石英砂,其纯度高于99wt%、粒径范围为0.5mm~2mm。
所述的玻璃纤维为表面改性过的耐碱玻璃纤维,其弹性模量高于70GPa、长度为12mm,其改性方法如下:将玻璃纤维浸泡在丙酮中并超声5min,之后将纤维表面有机溶剂洗去后在50℃烘干,最后浸泡在纯丙乳液中5min后取出并在室温下晾干即可。其中纯丙乳液为甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类和丙烯酸三元共聚乳液,并在其中加入0.12%wc的碳酸氢钠、0.28%wc的过硫酸钾;该纯丙乳液为乳白色液体、固含量为49%、最低成膜温度为18℃、玻璃化温度为21℃、pH值为8。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
所述的减水剂为高效聚羧酸减水剂,其固含量为50%、减水率为45%。
所述的保水剂为聚甲基纤维素钠,等级为工业纯。
纳米SiO2比表面积为300m2/g,表观密度为65g/L,平均粒径为20nm。
一种喷射混凝土的制备方法,该方法包括以下步骤:
按比例称取水泥、细集料、玻璃纤维、粉煤灰、减水剂、保水剂、纳米SiO2和水,其中水泥和水的质量比为100:34;
2)将减水剂、纳米SiO2加入5/10所称取的水中持续超声震荡,得到水溶液;
3)将水泥、剩余的水、细集料和粉煤灰混合共同搅拌64s,得到砂浆;
4)向砂浆中加入表面改性过的耐碱玻璃纤维、保水剂和步骤2)得到的水溶液,搅拌123s后即得所述的喷射混凝土。
实施例3:
一种喷射混凝土,该混凝土按照质量比包括以下组分:
水泥:细集料:玻璃纤维:粉煤灰:减水剂:保水剂:纳米SiO2=100:110:2.5:20:1.0:0.13:6。
所述的水泥是强度标号为42.5低碱硫铝酸盐水泥。
所述的细集料为河砂,其纯度高于99wt%、粒径范围为0.5mm~2mm。
所述的玻璃纤维为表面改性过的耐碱玻璃纤维,其弹性模量高于70GPa、长度为9mm,其改性方法如下:将玻璃纤维浸泡在丙酮中并超声4min,之后将纤维表面有机溶剂洗去后在45℃烘干,最后浸泡在纯丙乳液中4min后取出并在室温下晾干即可。其中纯丙乳液为甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类和丙烯酸三元共聚乳液,并在其中加入0.14%wc的碳酸氢钠、0.32%wc的过硫酸钾;该纯丙乳液为乳白色液体、固含量为51%、最低成膜温度为22℃、玻璃化温度为25℃、pH值为7.5。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
所述的减水剂为高效聚羧酸减水剂,其固含量为50%、减水率为45%。
所述的保水剂为聚甲基纤维素钠,等级为工业纯。
纳米SiO2比表面积为270m2/g,表观密度为60g/L,平均粒径为27nm。
一种喷射混凝土的制备方法,该方法包括以下步骤:
按比例称取水泥、细集料、玻璃纤维、粉煤灰、减水剂、保水剂、纳米SiO2和水,其中水泥和水的质量比为100:35;
2)将减水剂、纳米SiO2加入4/10所称取的水中持续超声震荡,得到水溶液;
3)将水泥、剩余的水、细集料和粉煤灰混合共同搅拌70s,得到砂浆;
4)向砂浆中加入表面改性过的耐碱玻璃纤维、保水剂和步骤2)得到的水溶液,搅拌130s后即得所述的喷射混凝土。
实施例4:
一种喷射混凝土,该混凝土按照质量比包括以下组分:
水泥:细集料:玻璃纤维:粉煤灰:减水剂:保水剂:纳米SiO2=100:120:2.2:15:0.5:0.15:7。
所述的水泥是强度标号为32.5的低碱硫铝酸盐水泥。
所述的细集料为河砂,其纯度高于99wt%、粒径范围为0.5mm~2mm。
所述的玻璃纤维为表面改性过的耐碱玻璃纤维,其弹性模量高于70GPa、长度为15mm,其改性方法如下:将玻璃纤维浸泡在丙酮中并超声3.5min,之后将纤维表面有机溶剂洗去后在48℃烘干,最后浸泡在纯丙乳液中4.5min后取出并在室温下晾干即可。其中纯丙乳液为甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类和丙烯酸三元共聚乳液,并在其中加入0.15%wc的碳酸氢钠、0.35%wc的过硫酸钾;该纯丙乳液为乳白色液体、固含量为50.5%、最低成膜温度为20℃、玻璃化温度为24℃、pH值为7.8。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
所述的减水剂为高效聚羧酸减水剂,其固含量为50%、减水率为37%。
所述的保水剂为聚甲基纤维素钠,等级为工业纯。
纳米SiO2比表面积为200m2/g,表观密度为55g/L,平均粒径为30nm。
一种喷射混凝土的制备方法,该方法包括以下步骤:
1)按比例称取水泥、细集料、玻璃纤维、粉煤灰、减水剂、保水剂、纳米SiO2和水,其中水泥和水的质量比为100:38;
2)将减水剂、纳米SiO2加入3/10所称取的水中持续超声震荡,得到水溶液;
3)将水泥、剩余的水、细集料和粉煤灰混合共同搅拌68s,得到砂浆;
4)向砂浆中加入表面改性过的耐碱玻璃纤维、保水剂和步骤2)得到的水溶液,搅拌128s后即得所述的喷射混凝土。

Claims (10)

1.一种喷射混凝土,其特征在于:该混凝土按照质量比包括以下组分:水泥:细集料:玻璃纤维:粉煤灰:减水剂:保水剂:纳米SiO2=100:100~120:2.0~2.5:15~25:0.5~1.5:0.10~0.15:5~7。
2.如权利要求1所述的一种喷射混凝土,其特征在于:所述的水泥是标号为32.5R的硅酸盐水泥、42.5R的硅酸盐水泥、32.5的低碱硫铝酸盐水泥或者42.5的低碱硫铝酸盐水泥。
3.如权利要求1所述的一种喷射混凝土,其特征在于:所述的细集料为石英砂或河砂,其纯度高于99wt%、粒径范围为0.5mm~2mm。
4.如权利要求1所述的一种喷射混凝土,其特征在于:所述的玻璃纤维为表面改性过的耐碱玻璃纤维,其弹性模量高于70GPa、长度范围为6mm~15mm,其改性方法如下:将玻璃纤维浸泡在丙酮中并超声3min~5min,之后将纤维表面有机溶剂洗去后烘干,最后浸泡在纯丙乳液中3min~5min后取出并在室温下晾干即可。
5.如权利要求4所述的一种喷射混凝土,其特征在于:所述的纯丙乳液为甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类和丙烯酸三元共聚乳液,并在其中加入0.1%~0.15%wc的碳酸氢钠、0.25%~0.35%wc的过硫酸钾;该纯丙乳液为乳白色液体、固含量为50±1%、最低成膜温度为20±2℃、玻璃化温度为23±2℃、pH值为7~8。
6.如权利要求1所述的一种喷射混凝土,其特征在于:所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
7.如权利要求1所述的一种喷射混凝土,其特征在于:所述的减水剂为高效聚羧酸减水剂,其固含量为40%~50%、减水率高于35%。
8.如权利要求1所述的一种喷射混凝土,其特征在于:所述的保水剂为聚甲基纤维素钠或纤维素淀粉醚。
9.如权利要求1所述的一种喷射混凝土,其特征在于:所述的纳米SiO2比表面积为200m2/g~300m2/g,表观密度为55g/L~65g/L,平均粒径为20nm~30nm。
10.一种如权利要求1所述的喷射混凝土的制备方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
1)按比例称取水泥、细集料、玻璃纤维、粉煤灰、减水剂、保水剂、纳米SiO2和水,其中水泥和水的质量比为100:32~38;
2)将减水剂、纳米SiO2加入3/10~5/10所称取的水中持续超声震荡,得到水溶液;
3)将水泥、剩余的水、细集料和粉煤灰混合共同搅拌60s~70s,得到砂浆;
4)向砂浆中加入玻璃纤维、保水剂和步骤2)得到的水溶液,搅拌120s~130s后即得所述的喷射混凝土。
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