CN112521070B - 早高强喷射混凝土浆体、早高强喷射混凝土及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种早高强喷射混凝土浆体，涉及建筑工程材料技术领域，其包括水泥、早高强掺合料、砂、碎石、减水剂、以及水。其配方科学合理，原料简单易得，通过特制的早高强掺合料，可以做到在保持早高强喷射混凝土浆体输送性能，满足湿喷工艺的前提下，有效提高混凝土的早期强度，达到更好的支护效果。本发明实施例还提供了一种早高强喷射混凝土及其施工方法，该施工方法采用上述早高强喷射混凝土浆体与速凝剂混合湿喷，通过速凝剂的激活作用，在短时间内获得高强度的混凝土。

Description

早高强喷射混凝土浆体、早高强喷射混凝土及其施工方法
技术领域
本发明涉及建筑工程材料技术领域，具体而言，涉及一种早高强喷射混凝土浆体、早高强喷射混凝土及其施工方法。
背景技术
我国的隧道衬砌以复合衬砌结构体系为主，将喷射混凝土限定于隧道的初期支护，技术指标设计偏低。在铁路隧道，对喷射混凝土仅强度、厚度和外观质量有要求（《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB 10424-2010），强度指标以C25为主，个别采用了C30。在公路隧道中，对喷射混凝土的强度范围为C20~C25，实际工程中多以C20为主。同时在喷射混凝土配合比设计中，基本不考虑早期强度。喷射混凝土早期强度低，没有承载力，不能发挥初期支护的及时作用，不利于开挖后的围岩稳定。特别是软弱围岩开挖后，如不及时进行有效性支护，极易出现沉降、垮塌等事故。此外，现有技术中虽然存在一些早期强度高的混凝土，但是由于施工方式的不同，在设计时没有考虑到喷射混凝土的输送问题，导致其无法应用于喷射混凝土中。与此同时，现有技术中一些提高混凝土早期强度的方法，并不能适用于喷射混凝土。因此，开发一种早期强度高，且可以适用于湿喷工艺的混凝土十分有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种早高强喷射混凝土浆体，其配方科学合理，特制的早高强掺合料可以保持早高强喷射混凝土浆体的输送性能，使其可以用于湿喷工艺，同时又能有效提高混凝土的早期强度，达到更好的支护效果。
本发明的另一目的在于提供一种早高强喷射混凝土及其施工方法，该施工方法采用上述早高强喷射混凝土浆体与速凝剂混合湿喷，通过速凝剂的激活作用，在短时间内获得高强度的混凝土。
本发明的实施例是这样实现的：
一种早高强喷射混凝土浆体，按重量份数计，包括：
水泥15~18份，早高强掺合料1.5~2.5份，砂34~37份，碎石33~36份，减水剂0.2~0.3份，以及水7~8份；
其中，按照质量百分比计，早高强掺合料包括：硅微粉30%~60%，矿粉20%~40%，硫酸钠10%~20%，硫酸镁1%~10%，葡萄糖酸钠0.2%~0.8%。
一种早高强喷射混凝土的施工方法，其包括：
将上述早高强喷射混凝土浆体与速凝剂进行湿喷混合。
一种早高强喷射混凝土，其采用上述早高强喷射混凝土的施工方法制备得到。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供了一种早高强喷射混凝土浆体，其包括水泥、早高强掺合料、砂、碎石、减水剂、以及水。其配方科学合理，原料简单易得，通过特制的早高强掺合料，可以做到在保持早高强喷射混凝土浆体输送性能，满足湿喷工艺的前提下，有效提高混凝土的早期强度，达到更好的支护效果。本发明实施例还提供了一种早高强喷射混凝土及其施工方法，该施工方法采用上述早高强喷射混凝土浆体与速凝剂混合湿喷，通过速凝剂的激活作用，在短时间内获得高强度的混凝土。
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。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。
下面对本发明实施例的一种早高强喷射混凝土浆体、早高强喷射混凝土及其施工方法进行具体说明。
一种早高强喷射混凝土浆体，按重量份数计，包括：
水泥15~18份，早高强掺合料1.5~2.5份，砂34~37份，碎石33~36份，减水剂0.2~0.3份，以及水7~8份；
其中，按照质量百分比计，早高强掺合料包括：硅微粉30%~60%，矿粉20%~40%，硫酸钠10%~20%，硫酸镁1%~10%，葡萄糖酸钠0.2%~0.8%。
在该早高强掺合料中，硅微粉和矿粉作为主要填料，通过合理的粒径分布及配比，可以显著改善喷射混凝土的空隙结构，增加喷射混凝土的致密性，促进水泥室水化，提高喷射混凝土早期强度和后期强度，获得早高强喷射混凝土。
硫酸钠、硫酸镁作为早强剂，可以有效提高喷射混凝土的早期强度。但二者的搭配用量至关重要，不合理的搭配不仅对于早期强度的提高无益，而且甚至会对喷射混凝土造成侵蚀，反而导致强度的降低。
葡萄糖酸钠作为缓凝剂，与早高强掺合料中其它物料之间按配比搭配使用，可以更好地保持早高强喷射混凝土浆体的输送性能，使其更好地满足湿喷工艺的要求。
进一步地，硅微粉的二氧化硅含量≥90%，比表面积≥18000 m2/kg。矿粉的比表面积≥800 m2/kg。在上述比表面积范围内，硅微粉和矿粉可以更好地配合，增加喷射混凝土的致密性，提高混凝土早期强度。
可选地，砂为中粗砂，细度模数为2.5~3.2，级配区为2区以上，含泥量小于2%。级配良好的中粗砂、碎石确保混凝土密实，降低孔隙率，进一步提高喷射混凝土的早期强度。
可选地，碎石的粒径为5~10 mm；水泥的强度等级达到P.O 42.5以上。在上述范围内，碎石和水泥与其它成分的配合较佳，利于得到早期强度高的喷射混凝土。减水剂可以为聚羧酸减水剂、萘磺酸减水剂、氨基磺酸减水剂等，优选聚羧酸减水剂。
本发明实施例还提供了一种早高强喷射混凝土的施工方法，其包括：
将上述早高强喷射混凝土浆体与速凝剂进行湿喷混合。
进一步地，湿喷方式为稀薄流湿喷工艺或稠密流湿喷工艺。无论采用哪种湿喷工艺，早高强喷射混凝土浆体均能够表现出良好的输送效果，并且在喷头处与速凝剂混合效果较好，能够迅速凝固成型，得到高强度的混凝土。
可选地，速凝剂为无碱速凝剂，水泥与速凝剂的质量比为1：0.08~0.1。按照上述比例混合，混凝土成型的效果更好，能够提高混凝土的早期强度。在选择无碱速凝剂时，应选择1 d胶砂强度大于16 MPa，28的强度保证率大于100%的速凝剂。
进一步地，无碱速凝剂可以选择市售的商品化无碱速凝剂，但是若配合发明人针对该早高强喷射混凝土浆体特制的速凝剂，效果更佳。具体地，按照质量百分比计，该速凝剂包括：
硫酸铝58%~65%，悬浮剂0.8%~1.0%，三乙醇胺0.2%~0.5%，甘油0.3%~0.5%，甘油0.3%~0.6%，以及水34%~40%。
按照上述成分及比例配置的速凝剂，与早高强喷射混凝土浆体的混合性能较好，并且能够充分发挥其激活效果，促使混凝土早期强度进一步提高。
本发明实施例还提供了一种早高强喷射混凝土，其采用上述早高强喷射混凝土的施工方法制备得到。其3 h强度不低于1.8 MPa，8 h强度不低于5 MPa，1 d强度不低于18MPa，28 d强度达到C35等级。可以提供更好的支护效果。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种早高强喷射混凝土浆体，按重量份数计，包括：
水泥15份，早高强掺合料2.5份，砂34份，碎石36份，减水剂0.2份，以及水7份。
其中，砂为中粗砂，细度模数为2.8，级配区为2区，含泥量1.6%；碎石的粒径为5~10mm；水泥的强度等级达到P.O 42.5R；减水剂为聚羧酸减水剂；早高强掺合料包括：硅微粉45%，矿粉30%，硫酸钠15%，硫酸镁9.5%，葡萄糖酸钠0.5%。硅微粉的二氧化硅含量≥90%，比表面积≥18000 m2/kg；矿粉的比表面积≥800 m2/kg。
制备成的早高强喷射混凝土浆体要求坍落度在200~220mm范围内，以达到喷射混凝土的输送需求。
本实施例还提供了一种早高强度喷射混凝土的施工方法，其包括：
将上述早高强喷射混凝土浆体与速凝剂采用稀薄流湿喷工艺进行混合喷射；
其中，速凝剂为市售无碱速凝剂，其1 d胶砂强度大于16 MPa，28 d的强度保证率大于100%；水泥与速凝剂的质量比为1：0.09。
实施例2
本实施例提供了一种早高强喷射混凝土浆体，按重量份数计，包括：
水泥18份，早高强掺合料1.5份，砂37份，碎石33份，减水剂0.3份，以及水8份。
其中，砂为中粗砂，细度模数为2.5，级配区为2区，含泥量1.8%；碎石的粒径为5~10mm；水泥的强度等级达到P.O 42.5；减水剂为聚羧酸减水剂；早高强掺合料包括：硅微粉50%，矿粉25%，硫酸钠17%，硫酸镁7.6%，葡萄糖酸钠0.4%。硅微粉的二氧化硅含量≥90%，比表面积≥18000 m2/kg；矿粉的比表面积≥800 m2/kg。
制备成的早高强喷射混凝土浆体要求坍落度在200~220mm范围内，以达到喷射混凝土的输送需求。
本实施例还提供了一种早高强度喷射混凝土的施工方法，其包括：
将上述早高强喷射混凝土浆体与速凝剂采用稠密流湿喷工艺进行混合喷射；
其中，速凝剂为市售无碱速凝剂，其1 d胶砂强度大于16 MPa，28 d的强度保证率大于100%；水泥与速凝剂的质量比为1：0.08。
实施例3
本实施例提供了一种早高强喷射混凝土浆体，按重量份数计，包括：
水泥16份，早高强掺合料2份，砂36份，碎石35份，减水剂0.2份，以及水7份。
其中，砂为中粗砂，细度模数为3.0，级配区为3区，含泥量1.8%；碎石的粒径为5~10mm；水泥的强度等级达到P.O 42.5；减水剂为聚羧酸减水剂；早高强掺合料包括：硅微粉36%，矿粉40%，硫酸钠14%，硫酸镁9.7%，葡萄糖酸钠0.3%。硅微粉的二氧化硅含量≥90%，比表面积≥18000 m2/kg；矿粉的比表面积≥800 m2/kg。
制备成的早高强喷射混凝土浆体要求坍落度在200~220mm范围内，以达到喷射混凝土的输送需求。
本实施例还提供了一种早高强度喷射混凝土的施工方法，其包括：
将上述早高强喷射混凝土浆体与速凝剂采用稠密流湿喷工艺进行混合喷射；
其中，速凝剂为市售无碱速凝剂，其1 d胶砂强度大于16 MPa，28 d的强度保证率大于100%；水泥与速凝剂的质量比为1：0.08。
实施例4
本实施例提供了一种早高强喷射混凝土浆体，按重量份数计，包括：
水泥15份，早高强掺合料2.5份，砂34份，碎石36份，减水剂0.2份，以及水7份。
其中，砂为中粗砂，细度模数为2.8，级配区为2区，含泥量1.6%；碎石的粒径为5~10mm；水泥的强度等级达到P.O 42.5R；减水剂为聚羧酸减水剂；早高强掺合料包括：硅微粉45%，矿粉30%，硫酸钠15%，硫酸镁9.5%，葡萄糖酸钠0.5%。硅微粉的二氧化硅含量≥90%，比表面积≥18000 m2/kg；矿粉的比表面积≥800 m2/kg。
制备成的早高强喷射混凝土浆体要求坍落度在200~220mm范围内，以达到喷射混凝土的输送需求。
本实施例还提供了一种早高强度喷射混凝土的施工方法，其包括：
将上述早高强喷射混凝土浆体与速凝剂采用稀薄流湿喷工艺进行混合喷射；
其中，速凝剂包括：
硫酸铝62%，悬浮剂0.8%，三乙醇胺0.2%，甘油0.5%，甘油0.5%，以及水36%。
水泥与速凝剂的质量比为1：0.09。
对比例1
本对比例提供了一种混凝土浆体，其与实施例1所提供的早高强喷射混凝土浆体组成基本相同，区别在于，其不含早高强掺合料；
本对比例还提供了一种混凝土的施工工艺，其采用上述混凝土浆体与市售无碱速凝剂，以稀薄流湿喷工艺进行湿喷。
对比例2
本对比例提供了一种混凝土浆体，其与实施例1所提供的早高强喷射混凝土浆体组成基本相同，区别在于，其将硅微粉替换为等质量的矿粉；
本对比例还提供了一种混凝土的施工工艺，其采用上述混凝土浆体与市售无碱速凝剂，以稀薄流湿喷工艺进行湿喷。
对比例3
本对比例提供了一种混凝土浆体，其与实施例1所提供的早高强喷射混凝土浆体组成基本相同，区别在于，其将矿粉替换为等质量的硅微粉；
本对比例还提供了一种混凝土的施工工艺，其采用上述混凝土浆体与市售无碱速凝剂，以稀薄流湿喷工艺进行湿喷。
对比例4
本对比例提供了一种混凝土浆体，其与实施例1所提供的早高强喷射混凝土浆体组成基本相同，区别在于，其早高强掺合料的组成为：硅微粉39%，矿粉20%，硫酸钠25%，硫酸镁15%，葡萄糖酸钠1%。
本对比例还提供了一种混凝土的施工工艺，其采用上述混凝土浆体与市售无碱速凝剂，以稀薄流湿喷工艺进行湿喷。
试验例
采用实施例1~4所制成的早高强混凝土，以及对比例1~4所制成的混凝土，切割成100mm*100mm*100mm的试块，并对试块的3 h、8 h、1d、28 d抗压强度进行测试，测试结果如表1所示。
表1. 试块强度测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
如表1所示，本发明实施例1~4所提供的早高强混凝土，在3 h即可达到2.0MPa以上的强度，8 h达到6.3 MPa以上的强度，1 d达到19.1Mpa以上的强度，28 d后达到38.7以上的强度。尤其是实施例4，在使用了特制的碱性速凝剂配合使用之后，无论是早期强度还是28 d强度都有显著提升。而相比之下，对比例1没有添加早高强掺合料，可以看到虽然其28d强度依然较好，但其早期强度明显偏低，1 d时间仅达到9.5 MPa的强度。对比例2和对比例3分别替换了早高强掺合料中的硅微粉和矿粉，对混凝土的早期强度影响明显，虽然相对于对比例1来说依旧有提升，但是1 d强度最高仅达到16.3 Mpa。对比例4增加了硫酸钠和硫酸镁的用量，可以明显看出过多量硫酸钠和硫酸镁对混凝土的侵蚀作用，无论是早期强度还是最终强度，都有较为明显的降低。
综上所述，本发明实施例提供了一种早高强喷射混凝土浆体，其包括水泥、早高强掺合料、砂、碎石、减水剂、以及水。其配方科学合理，原料简单易得，通过特制的早高强掺合料，可以做到在保持早高强喷射混凝土浆体输送性能，满足湿喷工艺的前提下，有效提高混凝土的早期强度，达到更好的支护效果。本发明实施例还提供了一种早高强喷射混凝土及其施工方法，该施工方法采用上述早高强喷射混凝土浆体与速凝剂混合湿喷，通过速凝剂的激活作用，在短时间内获得高强度的混凝土。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种早高强喷射混凝土浆体，其特征在于，按重量份数计，由以下组分组成：
水泥15~18份，早高强掺合料1.5~2.5份，砂34~37份，碎石33~36份，减水剂0.2~0.3份，以及水7~8份；
其中，按照质量百分比计，所述早高强掺合料由以下组分组成：硅微粉30%~60%，矿粉20%~40%，硫酸钠10%~20%，硫酸镁1%~10%，葡萄糖酸钠0.2%~0.8%；
所述硅微粉的二氧化硅含量≥90%，比表面积≥18000 m2/kg。
2.根据权利要求1所述的早高强喷射混凝土浆体，其特征在于，所述矿粉的比表面积≥800 m2/kg。
3.根据权利要求1所述的早高强喷射混凝土浆体，其特征在于，所述砂为中粗砂，细度模数为2.5~3.2，级配区为2区以上，含泥量小于2%。
4.根据权利要求1所述的早高强喷射混凝土浆体，其特征在于，所述碎石的粒径为5~10mm；所述水泥的强度等级达到P.O 42.5以上。
5.一种早高强喷射混凝土的施工方法，其特征在于，包括：
将权利要求1~4任一项所述的早高强喷射混凝土浆体与速凝剂进行湿喷混合。
6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，所述速凝剂为无碱速凝剂，所述水泥与所述速凝剂的质量比为1：0.08~0.1。
7.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于，按照质量百分比计，所述速凝剂包括：
硫酸铝58%~65%，悬浮剂0.8%~1.0%，三乙醇胺0.2%~0.5%，甘油0.3%~0.5%，甘油0.3%~0.6%，以及水34%~40%；
各组分的百分比之和为100%。
8.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，所述早高强喷射混凝土浆体与所述速凝剂的湿喷方式为稀薄流湿喷工艺或稠密流湿喷工艺。
9.一种早高强喷射混凝土，其特征在于，采用权利要求5~8任一项所述的早高强喷射混凝土的施工方法制备得到。
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