CN112408912B - 低成本喷射混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低成本喷射混凝土及其制备方法，所述低成本喷射混凝土包括如下重量份数的原料：水180～220份、硅酸盐水泥425～455份、碎石922～960份、沙漠砂496～640份、速凝剂7～10份、增粘剂14～20份以及减水剂3～6份。本发明通过选用来源广泛、价廉易得的沙漠砂全部取代机制砂，大幅度降低了低成本喷射混凝土的原料成本，环保且具有极高的经济效益；通过将沙漠砂、碎石、硅酸盐水泥、速凝剂、减水剂以及增粘剂结合使用，并协调各组分的份量，使得本喷射混凝土在用沙漠砂全部取代机制砂后不仅仍具有符合施工需求的强度，而且在喷射混凝土喷射至受喷面后，能够提升原料颗粒之间以及混凝土和受喷面之间的粘结强度，从而降低回弹率，减少回弹损失。

Description

低成本喷射混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，特别涉及一种低成本喷射混凝土及其制备方法。

背景技术

喷射混凝土，是用压力喷枪喷涂灌筑细石混凝土的施工法。常用于灌筑隧道内衬、墙壁、天棚等薄壁结构或其他结构的衬里以及钢结构的保护层。喷射混凝土是将预先配好的水泥、砂、石子、水和一定数量的外加剂，装入喷射机，利用高压空气将其送到喷头和速凝剂混合后，以很高的速度喷向岩石或混凝土的表面而形成。基于喷射混凝土独特的使用方式，实际施工中，喷射混凝土的用量较大，耗费成本较高。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种低成本喷射混凝土及其制备方法，旨在提供一种成本低的喷射混凝土。

为实现上述目的，本发明提出一种低成本喷射混凝土，所述低成本喷射混凝土包括如下重量份数的原料：水180～220份、硅酸盐水泥425～455份、碎石922～960份、沙漠砂496～640份、速凝剂7～10份、增粘剂14～20份以及减水剂3～6份。

可选地，砂率为35％～40％；和/或，

水胶比为0.45～0.48；和/或，

所述减水剂的重量为所述硅酸盐水泥的重量的0.7％～0.9％；和/或，

所述速凝剂的重量为所述硅酸盐水泥的重量的1.8％～2.4％。

可选地，所述增粘剂为蒙脱石。

可选地，所述低成本喷射混凝土包括如下重量份数的原料：水202份、硅酸盐水泥439份、碎石940份、沙漠砂627份、速凝剂8份、增粘剂16份以及减水剂4份。

可选地，所述碎石的粒径为8～10mm，且针、片状颗粒含量不大于12.0％，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.5％。

可选地，所述沙漠砂的细度模数为0.3～1.2，且含泥量小于0.5％。

可选地，所述速凝剂为硫酸铝类液体无碱速凝剂。

可选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

基于上述低成本喷射混凝土的配方，本发明还提出一种如上文所述的低成本喷射混凝土的制备方法，所述低成本喷射混凝土的制备方法包括以下步骤：

将硅酸盐水泥、碎石、沙漠砂以及其中一部分水混合，在300～400r/min转速条件下搅拌4～8min，得到固体原料；

将速凝剂、减水剂、增粘剂以及剩下的部分水混合均匀，形成水剂原料；

将所述水剂原料加入到所述固体原料中，在20～40℃、400～500r/min转速条件下，搅拌5～8min，得到低成本喷射混凝土。

本发明提供的技术方案中，通过选用来源广泛、价廉易得的沙漠砂全部取代机制砂，大幅度降低了低成本喷射混凝土的原料成本，环保且具有极高的经济效益；通过将沙漠砂、碎石、硅酸盐水泥、速凝剂、减水剂以及增粘剂结合使用，并协调各组分的份量，使得本喷射混凝土在用沙漠砂全部取代机制砂后不仅仍具有符合施工需求的强度，而且在喷射混凝土喷射至受喷面后，能够提升原料颗粒之间以及混凝土和受喷面之间的粘结强度，从而降低回弹率，减少回弹损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提出的低成本喷射混凝土的制备方法的一实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

低成本喷射混凝土，是用压力喷枪喷涂灌筑细石混凝土的施工法。常用于灌筑隧道内衬、墙壁、天棚等薄壁结构或其他结构的衬里以及钢结构的保护层。低成本喷射混凝土是将预先配好的水泥、砂、石子、水和一定数量的外加剂，装入喷射机，利用高压空气将其送到喷头和速凝剂混合后，以很高的速度喷向岩石或混凝土的表面而形成。基于喷射混凝土独特的使用方式，实际施工中，喷射混凝土的用量较大，耗费成本较高。

鉴于此，本发明提出一种低成本喷射混凝土，所述低成本喷射混凝土包括如下重量份数的原料：水180～220份、硅酸盐水泥425～455份、碎石922～960份、沙漠砂496～640份、速凝剂7～10份、增粘剂14～20份以及减水剂3～6份。

本发明提供的技术方案中，通过选用来源广泛、价廉易得的沙漠砂全部取代机制砂，大幅度降低了低成本喷射混凝土的原料成本，环保且具有极高的经济效益；通过将沙漠砂、碎石、硅酸盐水泥、速凝剂、减水剂以及增粘剂结合使用，并协调各组分的份量，使得本喷射混凝土在用沙漠砂全部取代机制砂后不仅仍具有符合施工需求的强度，而且在喷射混凝土喷射至受喷面后，能够提升原料颗粒之间以及混凝土和受喷面之间的粘结强度，从而降低回弹率，减少回弹损失。

通常施工用到的喷射混凝土中选用的细骨料为经加工处理后的机制砂，然而，随着这些年河道环境恶化以及河砂储量降低，河砂价格疯长，导致细骨料成本上升，而且机制砂由于需要再加工，也进一步提升了细骨料的成本。而我国沙漠资源丰富，发明人通过对多种沙漠砂进行研究对比，发现古尔班通古特沙漠砂、毛乌素沙漠砂、乌兰布和沙漠砂、腾格里沙漠砂或者库布齐沙漠砂以一定比例取代机制砂，甚至是全部取代机制砂时，不仅可以降低混凝土的砂率，而且仍然能够确保混凝土的抗压强度符合喷射混凝土的施工需求。具体地，沙漠砂的选择标准可以量化为细度模数0.3～1.2，且含泥量小于0.5wt％的沙漠砂，选用该细度模数下的沙漠砂可以改善混凝土的骨料级配，优化混凝土内部孔隙结构，从而提升混凝土的抗压强度。

考虑到沙漠砂细度远小于机制砂，为避免在用沙漠砂全部取代机制砂时，混凝土骨料级配混乱，进而导致混凝土强度下降，本实施例对混凝土砂率调整，控制混凝土砂率在35％～40％之间，在改善骨料级配使其合理化的同时，也使得细骨料用量大幅度减少，进一步降低了成本。

此外，本实施例对水胶比、减水剂和速凝剂用量进行微调，控制水胶比在0.45～0.48之间，提升减水剂占比至其重量为硅酸盐水泥重量的0.7％～0.9％，并控制速凝剂的重量为硅酸盐水泥重量的1.8％～2.4％，以确保喷射混凝土的强度符合施工要求。

此外，增粘剂有助于提高原料颗粒之间以及混凝土和受喷面之间的粘结强度，从而能够降低回弹率，减少回弹损失，降低原材料的浪费，进而起到降低成本的作用。本实施例中，增粘剂优选为蒙脱石，蒙脱石表面的硅羟基能够与水形成氢键，从而在絮凝时产生粘结性，进而提高原料颗粒之间以及混凝土和受喷面之间的粘结强度，使得喷射混凝土在喷射至受喷面时，原料颗粒能够被受喷面迅速粘紧。

进一步地，对各原料组分的份数进行优化，本实施例低成本喷射混凝土包括如下重量份数的原料：水202份、硅酸盐水泥439份、碎石940份、沙漠砂627份、速凝剂8份、增粘剂16份以及减水剂4份。

此外，其他组分应符合以下标准：碎石的粒径为8～10mm，且针、片状颗粒含量不大于12.0％，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.5％；速凝剂为硫酸铝类液体无碱速凝剂；减水剂优选为聚羧酸减水剂。

此外，本发明还提出一种低成本喷射混凝土的制备方法，用于制备上述低成本喷射混凝土。图1为本发明提出的低成本喷射混凝土的制备方法的一实施例。

参阅图1，所述低成本喷射混凝土的制备方法包括以下步骤：

步骤S10，将硅酸盐水泥、碎石、沙漠砂以及其中一部分水混合，在300～400r/min转速条件下搅拌4～8min，得到固体原料。

步骤S20，将速凝剂、减水剂、增粘剂以及剩下的部分水混合均匀，形成水剂原料。

其中，各组分的重量份数为：水180～220份、硅酸盐水泥425～455份、碎石922～960份、沙漠砂496～640份、速凝剂7～10份、增粘剂14～20份以及减水剂3～6份。需要说明的是，步骤S10中的“其中一部分水”与步骤S20中的“剩下的部分水”的重量比可以为0.8～1.2:1；沙漠砂的细度模数0.3～1.2，且含泥量小于0.5％；碎石的粒径为8～10mm，且针、片状颗粒含量不大于12.0％，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.5％；速凝剂为硫酸铝类液体无碱速凝剂；减水剂为聚羧酸减水剂。

步骤S30，将所述水剂原料加入到所述固体原料中，在20～40℃、400～500r/min转速条件下，搅拌5～8min，得到低成本喷射混凝土。

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

称取硅酸盐水泥439份、碎石940份、沙漠砂627份以及水102份，加入到混合搅拌机中搅拌均匀，控制混合搅拌机的转速为300r/min，搅拌时间为4min，搅拌完毕后得到固体原料。其中，碎石的粒径为8～10mm，且针、片状颗粒含量不大于12.0％，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.5％；沙漠砂为腾格里沙漠砂，其细度模数为0.3～1.2，且含泥量小于0.5％。

称取硫酸铝类液体无碱速凝剂8份、蒙脱石16份、聚羧酸减水剂4份以及水100份，搅拌混匀，得到水剂原料。

将水剂原料加入到装有固体原料的混合搅拌机中，控制混合搅拌机的转速为400r/min，搅拌时间为5min，搅拌温度为20℃，搅拌完毕后得到低成本喷射混凝土。

实施例2

称取硅酸盐水泥425份、碎石922份、沙漠砂496份以及水80份，加入到混合搅拌机中搅拌均匀，控制混合搅拌机的转速为350r/min，搅拌时间为7min，搅拌完毕后得到固体原料。其中，碎石的粒径为8～10mm，且针、片状颗粒含量不大于12.0％，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.5％；沙漠砂为腾格里沙漠砂，其细度模数为0.3～1.2，且含泥量小于0.5％。

称取硫酸铝类液体无碱速凝剂10份、蒙脱石14份、聚羧酸减水剂3份以及水100份，搅拌混匀，得到水剂原料。

将水剂原料加入到装有固体原料的混合搅拌机中，控制混合搅拌机的转速为450r/min，搅拌时间为7min，搅拌温度为30℃，搅拌完毕后得到低成本喷射混凝土。

实施例3

称取硅酸盐水泥455份、碎石960份、沙漠砂640份以及水110份，加入到混合搅拌机中搅拌均匀，控制混合搅拌机的转速为400r/min，搅拌时间为8min，搅拌完毕后得到固体原料。其中，碎石的粒径为8～10mm，且针、片状颗粒含量不大于12.0％，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.5％；沙漠砂为腾格里沙漠砂，其细度模数为0.3～1.2，且含泥量小于0.5％。

称取硫酸铝类液体无碱速凝剂7份、蒙脱石20份、聚羧酸减水剂6份以及水110份，搅拌混匀，得到水剂原料。

将水剂原料加入到装有固体原料的混合搅拌机中，控制混合搅拌机的转速为500r/min，搅拌时间为8min，搅拌温度为40℃，搅拌完毕后得到低成本喷射混凝土。

实施例4

称取硅酸盐水泥440份、碎石930份、沙漠砂570份以及水102份，加入到混合搅拌机中搅拌均匀，控制混合搅拌机的转速为300r/min，搅拌时间为4min，搅拌完毕后得到固体原料。其中，碎石的粒径为8～10mm，且针、片状颗粒含量不大于12.0％，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.5％；沙漠砂为腾格里沙漠砂，其细度模数为0.3～1.2，且含泥量小于0.5％。

称取硫酸铝类液体无碱速凝剂7.8份、蒙脱石17份、聚羧酸减水剂3.7份以及水100份，搅拌混匀，得到水剂原料。

将水剂原料加入到装有固体原料的混合搅拌机中，控制混合搅拌机的转速为400r/min，搅拌时间为5min，搅拌温度为20℃，搅拌完毕后得到低成本喷射混凝土。

实施例5

称取硅酸盐水泥431份、碎石940份、沙漠砂627份以及水203份，加入到混合搅拌机中搅拌均匀，控制混合搅拌机的转速为350r/min，搅拌时间为7min，搅拌完毕后得到固体原料。其中，碎石的粒径为8～10mm，且针、片状颗粒含量不大于12.0％，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.5％；沙漠砂为腾格里沙漠砂，其细度模数为0.3～1.2，且含泥量小于0.5％。

称取硫酸铝类液体无碱速凝剂8.3份、蒙脱石17份、聚羧酸减水剂3.7份以及水204份，搅拌混匀，得到水剂原料。

将水剂原料加入到装有固体原料的混合搅拌机中，控制混合搅拌机的转速为450r/min，搅拌时间为7min，搅拌温度为30℃，搅拌完毕后得到低成本喷射混凝土。

实施例6

称取硅酸盐水泥444份、碎石955份、沙漠砂637份以及水100份，加入到混合搅拌机中搅拌均匀，控制混合搅拌机的转速为400r/min，搅拌时间为8min，搅拌完毕后得到固体原料。其中，碎石的粒径为8～10mm，且针、片状颗粒含量不大于12.0％，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.5％；沙漠砂为腾格里沙漠砂，其细度模数为0.3～1.2，且含泥量小于0.5％。

称取硫酸铝类液体无碱速凝剂8.4份、蒙脱石15份、聚羧酸减水剂4.4份以及水100份，搅拌混匀，得到水剂原料。

将水剂原料加入到装有固体原料的混合搅拌机中，控制混合搅拌机的转速为500r/min，搅拌时间为8min，搅拌温度为40℃，搅拌完毕后得到低成本喷射混凝土。

对比例1

除去除蒙脱石这一原料组分外，其他步骤均与实施例1相同。

对实施例1至6以及对比例1的混凝土进行性能测试，性能测试项目包括：坍落度、常压泌水率、含气量、抗压强度以及回弹率。结果记入表1中。

测试方法如下：

坍落度：根据GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》检测坍落度。

常压泌水率：根据GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》检测泌水率。

含气量：根据GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》检测含气量。

抗压强度：根据JGJ/T 372-2016《低成本喷射混凝土应用技术规程》附录C方法检测第28天抗压强度。根据TB/T 10426-2019《铁路工程结构混凝土强度检测规程》射钉法法检测第1天抗压强度，结果仅供参考。

回弹率：测量喷嘴距离受喷面1m处回弹的混凝土量，回弹率＝回弹量/喷射总量×100％。

表1性能测试结果

从上表1可以看出，各实施例的抗压强度以及其他指标均符合喷射混凝土的施工要求，相较对比例，各实施例的回弹率均明显较低，说明本发明配方有效降低了喷射混凝土的回弹率。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种低成本喷射混凝土，其特征在于，所述低成本喷射混凝土由如下重量份数的原料组成：水202份、硅酸盐水泥439份、碎石940份、沙漠砂627份、速凝剂8份、增粘剂16份以及减水剂4份；

其中，碎石的粒径为8～10mm，且针、片状颗粒含量不大于12.0％，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.5％；沙漠砂为腾格里沙漠砂，其细度模数为0.3～1.2，且含泥量小于0.5％；

所述速凝剂为硫酸铝类液体无碱速凝剂，所述增粘剂为蒙脱石，所述减水剂为聚羧酸减水剂；

所述低成本喷射混凝土的制备方法包括以下步骤：

步骤一，称取硅酸盐水泥439份、碎石940份、沙漠砂627份以及水102份，加入到混合搅拌机中搅拌均匀，控制混合搅拌机的转速为300r/min，搅拌时间为4min，搅拌完毕后得到固体原料；

步骤二，称取硫酸铝类液体无碱速凝剂8份、蒙脱石16份、聚羧酸减水剂4份以及水100份，搅拌混匀，得到水剂原料；

步骤三，将水剂原料加入到装有固体原料的混合搅拌机中，控制混合搅拌机的转速为400r/min，搅拌时间为5min，搅拌温度为20℃，搅拌完毕后得到低成本喷射混凝土。

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