CN112125570A - 一种喷射混凝土用掺合料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及喷射混凝土技术领域，尤其是一种喷射混凝土用掺合料及其制备方法和应用，经矿物复合粉原料成分以及原料配比的控制，将其与增粘剂、亲水剂、引气剂、增稠剂配制成掺合料，将该掺合料按照占胶凝材料总量4‑8％的质量比添加到喷射混凝土原料配制中，改善了喷射混凝土的综合性能，改善了喷射混凝土的垂挂性、强度以及耐久性，使得喷射混凝土的凝结时间达到了2min以内，塑性粘度达到了5.8Pa·s以上，喷射回弹率低于4％，一次性喷射厚度达到了30cm以上，抗压强度28d达40‑60MPa，粘结强度28d达到了2.4MPa以上。
Description
技术领域
本发明涉及喷射混凝土技术领域，尤其是一种喷射混凝土用掺合料及其制备方法和应用。
背景技术
喷射混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将配合而成的混凝土拌合料，经管道输送，高速喷射到受喷面，例如：岩石壁面、模板、旧建筑物等，经凝结硬化而成的混凝土。目前，喷射混凝土常用于隧道内衬、墙壁、天棚等薄壁结构或其他结构的衬里及钢结构的保护层。喷射混凝土具有支护及时、强度高、密实性强、操作简单、灵活性大等优点。
随着我国基础建设投资力度的不断加大，喷射混凝土被广泛应用于隧道工程、地下工程、边坡工程、基坑工程。可是，在隧道工程中使用喷射混凝土时，由于喷射混凝土的粘聚性差、垂挂性能不好，导致喷射混凝土的回弹率普遍在30％以上，且一次喷层薄，施工率低，污染大，粉尘高，损失大，造成喷射混凝土使用成本高，经济效益低，同时，喷射混凝土层的强度、耐久性难以保证。
目前，国内外研究人员，在喷射混凝土粘聚性、垂挂性、强度、耐久性等方面的提升已经取得了一定的进展，例如：专利号为201210343040.7的纳米级喷射混凝土改性掺合料，通过使用纳米二氧化硅和矿物掺合料来降低喷射混凝土的回弹率，使得回弹率≤8％，凝结时间≤2min，一次性喷层厚度≥35cm；但是该文献中采用纳米二氧化硅质量占比70-95％，而纳米二氧化硅原料成本较高，且对混凝土粘聚性改善效果较差，掺合料加入量需要达到喷射混凝土水泥总量的10-15％，致使掺量成本较高，局限了掺合料推广应用受到限制。再例如：专利号为201410053101.5的喷射混凝土用低碱聚合物高效液态速凝剂的制备方法，按照占水泥质量2-4％掺比加入，使得喷射混凝土初凝时间在2min以内，终凝时间在5min以内，混凝土后期强度损失在10％以内，以降低喷射混凝土施工过程的粉尘量和回弹率，提高喷射混凝土的强度；但是，在该技术方案中，采用铝酸盐母液与硅酸钠、碳酸钠原料成分制备而成，使得原料成本较高，不宜广泛推广，而且速凝剂配制工序复杂。再例如：专利申请号为201711294401.2的低回弹、防腐型喷射混凝土专用复合掺合料及应用，利用减水剂4-30％，增稠剂0.1-1％，引气剂0-0.01％，消泡剂0-0.01％，缓凝剂0-0.8％，矿物掺合料70-90％，其中矿物掺合料为粉煤灰、矿渣、硅灰、石灰石粉、超细碳酸钙、沸石粉等，使得添加在喷射混凝土中后的回弹率降低到5％以下，抗腐蚀系数提高到了90％以上，抗硫酸盐等级提高到KS150以上,；但是该技术方案中，对矿物掺合料成分控制不恰当，而且矿物掺和成分总含量较低，且混凝土凝结强度等综合性能依然较差。再例如：专利申请号为201811609906.8的喷射混凝土及其制备方法和应用，以水泥、石灰石粉、碎石、砂、减水剂、速凝剂、增粘剂、水，经混合搅拌均匀而成喷射混凝土，可见，利用了石灰石粉、减水剂、速凝剂、增粘剂作为掺和料加入到喷射混凝土中，使得所得混凝土的回弹率为10.5-11.6％之间，以降低了喷射混凝土应用成本，但是，该技术方案中所得喷射混凝土的喷射回弹率依然较高，难以满足隧道工程施工要求，粉尘量较大。再例如：专利申请号为201910371601.6的高性能喷射混凝土专用掺合料，采用粘聚组分与早强组分配制而成，其中，粘聚组分是改性乳胶粉与超细(d50＜5μm)矿物掺合料(硅灰、超细矿渣粉)的混合物，早强组分为高活性铝酸三钙，经早强组分与粘聚组分协同作用，降低喷射混凝土的回弹率(边墙回弹率1-3％，拱顶回弹率3-5％)、提高密实性，且经钻心取样，喷射混凝土的1d的抗压强度为18.1-20.9MPa，且得出了随着掺合料掺量的提高，喷射混凝土的粘聚性增大，回弹率降低，1d抗压强度提高；但是，在该技术文献中并未就矿物掺合料成分变化以及各成分含量变化，导致掺合料性能发生变化的应用研究，导致所得的掺合料综合性能依然较差。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种喷射混凝土用掺合料及其制备方法和应用。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
本发明创造的目的之一在于提供喷射混凝土用掺合料，原料成分以质量百分比计为增粘剂0.1-0.8％，亲水剂0.1-0.8％，引气剂0.05-0.12％，增稠剂0.5-1％，其余为矿物复合粉，总量为100％；其中，所述矿物复合粉是石灰石粉、硅灰和氧化铝复合而成的，且在掺合料中，所述石灰石粉占33-60％、所述硅灰占15-50％，所述氧化铝占5-15％。
优选，所述的原料成分以质量百分比计为增粘剂0.5％，亲水剂0.6％，引气剂0.1％，增稠剂0.8％，其余为矿物复合粉，总量为100％；其中，所述矿物复合粉是石灰石粉、硅灰和氧化铝复合而成的，且在掺合料中，所述石灰石粉占50％、所述硅灰占40％，所述氧化铝占5％。所述的硅灰符合GB/T 27690《砂浆和混凝土用硅灰》标准的要求；所述引气剂(十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚等)符合GB8076《混凝土外加剂》标准的要求。
优选，所述的石灰石粉中碳酸钙质量含量≥95％，且比表面积为≥1800m2/kg。
优选，所述的增稠剂为羧酸丙烯酸酯。
优选，所述的增粘剂为改性淀粉醚，且黏度≥20万单位。
优选，所述的亲水剂为丙羧酸甲基纤维素。
优选，所述的氧化铝为在1000-1300℃下煅烧的铝氧熟料，且比表面积≥1000m2/kg，Al2O3质量含量≥70％。
本发明创造的目的之二在于提供上述的喷射混凝土用掺合料在配制喷射混凝土中的应用。应用时，在喷射混凝土中掺入的量为喷射混凝土中胶凝材料总质量的4-8％。优选为5％。
本发明创造的目的之三在于提供喷射混凝土掺合料用矿物复合粉，由石灰石粉、硅灰和氧化铝复合而成，混合质量比为石灰石粉：硅灰：氧化铝＝6.6-12:3-10:1-3。
本发明创造的目的之四在于提供一种喷射混凝土，包含上述的喷射混凝土用掺合料。该掺合料在喷射混凝土中掺入的量为喷射混凝土中胶凝材料总质量的4-8％。优选为5％。
与现有技术相比，本发明创造的技术效果体现在：
①经矿物复合粉原料成分以及原料配比的控制，将其与增粘剂、亲水剂、引气剂、增稠剂配制成掺合料，将该掺合料按照占胶凝材料总量4-8％的质量比添加到喷射混凝土原料配制中，改善了喷射混凝土的综合性能，改善了喷射混凝土的垂挂性、强度以及耐久性，使得喷射混凝土的凝结时间达到了2min以内，塑性粘度达到了5.8Pa·s以上，喷射回弹率低于4％，一次性喷射厚度达到了30cm以上，抗压强度28d达到了40-60MPa，粘结强度28d达到了2.4MPa以上。
②经采用工业羧酸丙烯酸酯作为增稠剂添加，提高了喷射混凝土粘度，改善了喷射混凝土触变性，且结合增粘剂、亲水剂、引气剂、矿物复合粉的相互协同作用，提高了喷射混凝土垂挂性能。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
在以下实施例中，制备掺合料样品时，其采用的矿物复合粉中：
石灰石粉中碳酸钙质量含量≥95％，且比表面积为≥1800m2/kg；
硅灰符合GB/T 27690《砂浆和混凝土用硅灰》标准的要求；
氧化铝是在1000-1300℃下煅烧的铝氧熟料，且比表面积≥1000m2/kg，Al2O3质量含量≥70％。
实施例1
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.1kg，丙羧酸甲基纤维素0.1kg，十二烷基硫酸钠0.05kg，羧酸丙烯酸酯0.5kg，矿物复合粉99.25kg；其中，矿物复合粉是石灰石粉60kg、硅灰30kg和氧化铝9.25kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例2
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.8kg，丙羧酸甲基纤维素0.8kg，十二烷基硫酸钠0.12kg，羧酸丙烯酸酯1kg，矿物复合粉97.28kg；其中矿物复合粉是石灰石粉33kg、硅灰49.28kg和氧化铝15kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例3
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.5kg，丙羧酸甲基纤维素0.4kg，十二烷基硫酸钠0.1kg，羧酸丙烯酸酯1kg，矿物复合粉98kg；其中矿物复合粉是石灰石粉33kg、硅灰50kg和氧化铝15kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例4
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.5kg，丙羧酸甲基纤维素0.6kg，十二烷基硫酸钠0.1kg，羧酸丙烯酸酯0.8kg，矿物复合粉98kg；其中矿物复合粉是石灰石粉50kg、硅灰40kg和氧化铝8kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例5
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.3kg，丙羧酸甲基纤维素0.4kg，十二烷基硫酸钠0.05kg，矿物复合粉99.25kg；其中，矿物复合粉是石灰石粉60kg、硅灰30kg和氧化铝9.25kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例6
喷射混凝土用掺合料，称取丙羧酸甲基纤维素0.9kg，十二烷基硫酸钠0.72kg，羧酸丙烯酸酯1.1kg，矿物复合粉97.28kg；其中矿物复合粉是石灰石粉33kg、硅灰49.28kg和氧化铝15kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例7
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.8kg，丙羧酸甲基纤维素0.8kg，十二烷基硫酸钠0.4kg，矿物复合粉98kg；其中矿物复合粉是石灰石粉33kg、硅灰50kg和氧化铝15kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例8
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.5kg，丙羧酸甲基纤维素0.6kg，十二烷基硫酸钠0.1kg，矿物复合粉98.8kg；其中矿物复合粉是石灰石粉50kg、硅灰40kg和氧化铝8.8kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例9
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.1kg，丙羧酸甲基纤维素0.1kg，十二烷基硫酸钠0.05kg，羧酸丙烯酸酯0.5kg，矿物复合粉99.25kg；其中，矿物复合粉是石灰石粉60kg、硅灰24kg和氧化铝15.25kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例10
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.8kg，丙羧酸甲基纤维素0.8kg，十二烷基硫酸钠0.12kg，羧酸丙烯酸酯1kg，矿物复合粉97.28kg；其中矿物复合粉是石灰石粉60kg、硅灰33.28kg和氧化铝4kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例11
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.5kg，丙羧酸甲基纤维素0.4kg，十二烷基硫酸钠0.1kg，羧酸丙烯酸酯1kg，矿物复合粉98kg；其中矿物复合粉是石灰石粉32kg、硅灰51kg和氧化铝15kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例12
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.5kg，丙羧酸甲基纤维素0.6kg，十二烷基硫酸钠0.1kg，羧酸丙烯酸酯0.8kg，矿物复合粉98kg；其中矿物复合粉是石灰石粉61kg、硅灰30kg和氧化铝7kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例13
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.1kg，丙羧酸甲基纤维素0.1kg，十二烷基硫酸钠0.05kg，羧酸丙烯酸酯0.5kg，矿物复合粉99.25kg；其中，矿物复合粉是石灰石粉75.25kg、硅灰24kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例14
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.8kg，丙羧酸甲基纤维素0.8kg，十二烷基硫酸钠0.12kg，羧酸丙烯酸酯1kg，矿物复合粉97.28kg；其中矿物复合粉是石灰石粉60kg和氧化铝37.28kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例15
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.5kg，丙羧酸甲基纤维素0.4kg，十二烷基硫酸钠0.1kg，羧酸丙烯酸酯1kg，矿物复合粉98kg；其中矿物复合粉是硅灰83kg和氧化铝15kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
实施例16
喷射混凝土用掺合料，称取改性淀粉醚(黏度≥20万单位)0.5kg，丙羧酸甲基纤维素0.6kg，十二烷基硫酸钠0.1kg，羧酸丙烯酸酯0.8kg，矿物复合粉98kg；其中矿物复合粉是硅灰60kg和氧化铝38kg复合而成的。直接混合搅拌均匀。
将上述实施例1-16配制的喷射混凝土用掺合料按照占水泥质量百分比5％加入配制成试验用混凝土。
喷射混凝土(K0):碎石(粒径5-10mm)885kg/m3，山砂(中砂，度模数3.1)，PO42.5水泥400kg/m3，水175kg/m3，聚羧酸高性能减水剂4.21kg/m3。
按照JGJ/T372-2016《喷射混凝土应用技术规程》的要求进行相关指标测定，结果如下表1所示。
表1
表1中数据表明，本发明创造的喷射混凝土用掺合料添加到喷射混凝土原料中，配制成喷射混凝土，能够极大程度改善喷射混凝土的综合性能，缩短喷射混凝土的凝结时间，使得达到了2min以内，提高了喷射混凝土的塑性粘度，达到了5.8Pa·s以上，喷射回弹率低于4％，一次性喷射厚度达到了30cm以上，改善了喷射混凝土的抗压强度、粘结强度，使得抗压强度28d达到了40-60MPa，粘结强度28d达到了2.4MPa以上，提高了喷射混凝土的垂挂性能，降低了喷射混凝土喷射施工过程的损失率，降低了喷射混凝土使用成本，提高了经济效益。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种喷射混凝土用掺合料，其特征在于，原料成分以质量百分比计为增粘剂0.1-0.8％，亲水剂0.1-0.8％，引气剂0.05-0.12％，增稠剂0.5-1％，其余为矿物复合粉，总量为100％；其中，所述矿物复合粉是石灰石粉、硅灰和氧化铝复合而成的，且在掺合料中，所述石灰石粉占33-60％、所述硅灰占15-50％，所述氧化铝占5-15％。
2.如权利要求1所述的喷射混凝土用掺合料，其特征在于，所述的原料成分以质量百分比计为增粘剂0.5％，亲水剂0.6％，引气剂0.1％，增稠剂0.8％，其余为矿物复合粉，总量为100％；其中，所述矿物复合粉是石灰石粉、硅灰和氧化铝复合而成的，且在掺合料中，所述石灰石粉占50％、所述硅灰占40％，所述氧化铝占5％。
3.如权利要求1或2所述的喷射混凝土用掺合料，其特征在于，所述的石灰石粉中碳酸钙质量含量≥95％，且比表面积为≥1800m2/kg。
4.如权利要求1或2所述的喷射混凝土用掺合料，其特征在于，所述的增稠剂为羧酸丙烯酸酯。
5.如权利要求1或2所述的喷射混凝土用掺合料，其特征在于，所述的增粘剂为改性淀粉醚，且黏度≥20万单位。
6.如权利要求1或2所述的喷射混凝土用掺合料，其特征在于，所述的亲水剂为丙羧酸甲基纤维素。
7.如权利要求1或2所述的喷射混凝土用掺合料，其特征在于，所述的氧化铝为在1000-1300℃下煅烧的铝氧熟料，且比表面积≥1000m2/kg，Al2O3质量含量≥70％。
8.如权利要求1-7任一项所述的喷射混凝土用掺合料在配制喷射混凝土中的应用。
9.一种喷射混凝土，包含如权利要求1-7任一项所述的喷射混凝土用掺合料。
10.一种喷射混凝土掺合料用矿物复合粉，其特征在于，由石灰石粉、硅灰和氧化铝复合而成，混合质量比为石灰石粉：硅灰：氧化铝＝6.6-12:3-10:1-3。
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