CN113149568B - 一种喷射生态混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

该喷射生态混凝土，通过合理的配比具有高粘结性、固化时间短、强度满足护坡要求、材料制备简单和施工要求低的特性，且该喷射生态混凝土中添加有营养土，能够满足边坡植物生长的需要；另外该喷射生态混凝土还存有比表面积大吸附能力强和净化能力高，使用寿命长的特性，由此其特别适合水库消落带护坡施工使用的需要。

Description

一种喷射生态混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种喷射生态混凝土及其制备方法，属于土木工程技术领域。

背景技术

水库消落带是指因水库调度引起水位变动而使库区周围土地周期性地出露于水面的过渡地带。其是典型的生态脆弱区，每年周期性的水位涨落而能够使水库消落带的水土大量流失，存有破坏环境甚至影响库区安全的问题。为此需要在水库消落带修建护坡，以降低水库消落带水土流失的风险。

目前水库消落带护坡的方法普遍有两种，第一种是修建边坡防护网结构，第二种是利用生态混凝土在边坡上浇筑并且修筑亲水平台、挡土墙，最后再在混凝土内播撒适合当地气候并且能迅速与周围植物融为一体的植物类型。

修建边坡防护网状结构由于施工困难和材料耐久性和强度要求高导致了其成本造价较高并且其缺乏绿化不够美观。而生态混凝土护坡能具有良好的固土作用，植物根系通过生态混凝土护坡自由生长，进入岩土基层，形成无数根系锚杆，从而建造成稳定永久性有生命力的生态边坡,十分适合水库消落带的使用。

但是现有的生态混凝土护坡施工因为生态混凝土的存有流动性差和粘性高的特性，其都是通过浇筑进行实现，通过浇筑的方式在水库消落带构建护坡时，存有难度大和造价高昂的问题。

现在利用喷射技术能够很好的解决此施工问题，但是将普通生态混凝土，如公告号为CN104909651A的发明专利公开的一种生态混凝土，直接作为喷射材料使用时，由于其存有粒径太大的特性，由此导致其在喷射的过程中回弹率过大，无法与水库消落带粘结形成新的护坡软体，不能较好运用在边坡防护上。

本领域的技术人员也可能会采用将喷射混凝土直接应用到水库消落带的护坡构建上；但是现有的喷射混凝土如授权公告号为CN110510954B的发明专利公开的一种高强度喷射混凝土，其虽然能够满足喷射构建，降低施工难度的问题，但是由于边坡防护是要求植物能够依附其生长，而隧道则是要杜绝植物生长的特性。因此现有的高强度喷射混凝土存有粒径较小会导致其孔隙率小和透水性差导致的植物不能生长的问题，因此现有的高强度喷射混凝土亦不能适用于护坡使用的要求。

由此有必要研发一种既适合喷射使用，又适合护坡防护使用的喷射生态混凝土，以解决现有水库消落带护坡建造方式存有的以上问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有水库消落带护坡建造方式的不足，本发明提供了一种喷射生态混凝土极其制备技术，所述混凝土材料具有高粘结性、高透水系数、高孔隙率、固化时间短、强度满足护坡要求、材料制备简单和施工要求低的特征，在水库消落带护坡中具有良好的应用价值，能够实现消落区的护坡要求和生态要求等作用。

本发明的技术方案如下：

一种喷射生态混凝土，其特征在于：它是由以下重量份的原料制成：

天然集料400-600份普通硅酸盐水泥75-100份

I级粉煤灰25-50份营养土50-100份

减水剂1-1.5份自来水 50-70份

增稠剂0.75-1.5份聚丙烯纤维1-1.5份

透水混凝土增强剂1-1.5份速凝剂1-1.5份。

该喷射生态混凝土优选重量份配比范围是：

天然集料450份普通硅酸盐水泥80份

I级粉煤灰35份营养土75份

减水剂1.5份自来水60份

增稠剂1份聚丙烯纤维1.5份

透水混凝土增强剂1.5份 速凝剂1.5份

所述的天然集料为碎石，碎石粒径为10~15mm。

所述的普通硅酸盐水泥为符合GB175-2007的普通42.5R硅酸盐水泥。

所述的减水剂为聚羧酸减水剂。

所述的增稠剂为羧丙基纤维素。

所述聚丙烯纤维长度为30mm。

所述的透水混凝土增强剂由1-2.5份的植物纤维和1-1.5份的减水剂混合搅拌制得。

所述的速凝剂为五水偏硅酸钠。

所述的该喷射生态混凝土的制备方法如下：

1）、严格按照比例称取天然集料、普通硅酸盐水泥、I级粉煤灰、营养土、减水剂、自来水、增稠剂、透水混凝土增强剂、聚丙烯纤维和速凝剂；

2）、先将天然集料和普通硅酸盐水泥放入搅拌机中预搅拌，然后加入粉煤灰、减水剂、聚丙烯纤维和60%的自来水，继续搅拌直至均匀；

3）、将营养土、透水混凝土增强剂、增稠剂和剩余40%的自来水、加入搅拌机，继续搅拌，搅拌均匀后即可完成喷射生态混凝土主料的制备；

4）、随后将步骤3）制得的喷射生态混凝土主料装入混凝土喷射机中，在喷口出加入速凝剂，随后喷射生态混凝土主料喷出与速凝剂混合后即可形成喷射生态混凝土，并依附在水库消落带上形成护坡。

本发明的优点在于：

该喷射型生态混凝土，具有高粘结性、高透水系数、高孔隙率、固化时间短、材料制备简单和施工要求低的特征，特别适合水库消落区护坡施工的使用需求。

本发明的有益效果：

该喷射生态混凝土，通过合理的配比具有高粘结性、固化时间短、强度满足护坡要求、材料制备简单和施工要求低的特性，且该喷射生态混凝土中添加有营养土，能够满足边坡植物生长的需要；另外该喷射生态混凝土还存有比表面积大吸附能力强和净化能力高，使用寿命长的特性，由此其特别适合水库消落带护坡施工使用的需要。

附图说明

图1为本发明的实际应用效果图片。

具体实施方案

该喷射生态混凝土，它是由以下重量份的原料制成：

天然集料 400-600份 普通硅酸盐水泥 75-100份

I级粉煤灰25-50份 营养土 50-100份

减水剂 1-1.5份 自来水 50-70份

增稠剂 0.75-1.5份 聚丙烯纤维 1-1.5份

透水混凝土增强剂1-1.5份 速凝剂 1-1.5份。

该喷射生态混凝土优选重量份配比范围是：

天然集料 450份 普通硅酸盐水泥 80份

I级粉煤灰 35份 营养土 75份

减水剂 1.5份 自来水 60份

增稠剂 1份 聚丙烯纤维 1.5份

透水混凝土增强剂1.5份 速凝剂 1.5份

所述的天然集料为碎石，碎石粒径为10~15mm。

所述的普通硅酸盐水泥为符合GB175-2007的普通42.5R硅酸盐水泥。

所述的减水剂为聚羧酸减水剂。

所述的增稠剂为羧丙基纤维素。

所述聚丙烯纤维长度为30mm。

所述的透水混凝土增强剂由1-2.5份的植物纤维和1-1.5份的减水剂混合搅拌制得。

所述的速凝剂为五水偏硅酸钠。

所述的该喷射生态混凝土的制备方法如下：

1）、严格按照比例称取天然集料、普通硅酸盐水泥、I级粉煤灰、营养土、减水剂、自来水、增稠剂、透水混凝土增强剂、聚丙烯纤维和速凝剂；

2）、先将天然集料和普通硅酸盐水泥放入搅拌机中预搅拌，然后加入粉煤灰、减水剂、聚丙烯纤维和60%的自来水，继续搅拌直至均匀；

3）、将营养土、透水混凝土增强剂、增稠剂和剩余40%的自来水、加入搅拌机，继续搅拌，搅拌均匀后即可完成喷射生态混凝土主料的制备；

4）、随后将步骤3）制得的喷射生态混凝土主料装入混凝土喷射机中，在喷口出加入速凝剂，随后喷射生态混凝土主料喷出与速凝剂混合后即可形成喷射生态混凝土，并依附在水库消落带上形成护坡。

在本申请的组分中速凝剂起到的快速使混凝土凝结的作用，在施工过程中，需要将速凝剂添加在喷射机的喷口位置，如果直接加入喷射生态混凝土主料中时，极易发生混凝土快速凝结导致喷射机堵塞的问题。而在实验过程中，可以直接在混凝土主料中通过搅拌的方式加入速凝剂制得喷射生态混凝土，以方便对喷射生态混凝土的各项性能进行检测。

本申请中组分中合理比例的粉煤灰、透水混凝土增强剂、聚羧酸减水剂能显著提高该生态混凝土的抗压强度。合理比例的聚丙烯纤维能显著提高混凝土的抗劈裂强度和抗折强度，并显著提高混凝土抗裂性能；本喷射生态混凝土透水混凝土增强剂中的，植物纤维能够结合聚丙烯纤维更好的包裹住混凝土中的粗骨料，加强了浆体与粗骨料之间的包裹性，使其在喷射在岩壁时减少混凝土的回弹率，减少混凝土的回弹。

另外，为进一步提高生态混凝土的粘结性能，本申请优选出羧丙基纤维素作为增稠剂，加强了水泥浆对粗骨料表面的包裹性和粘结性，使水泥浆包裹更为均匀，改善了混凝土的流动性能；显著提高生态混凝土粘结性，配合喷射生态混凝土施工工艺，能在水库消落区形成均匀的混凝土护坡。

并且在提高生态混凝土粘结性能的研究中发现，为了避免加入羧丙基纤维素增稠剂的混凝土的粘结太强，在生态混凝土中加入了合适比例的营养土来增加其混凝土的流动性，并且营养土能为后期植物生长提供营养成分，便于成活。

对于本发明的生态混凝土中各部分材料之间都互相影响、协同生效。粉煤灰掺入可以使混凝土强度显著增大；较大的天然集料，使其内部能够形成连通的大孔隙结构，满足其孔隙率需求；聚丙烯纤维和透水混凝土增强剂能够使骨料之间粘性更强，使混凝土骨料与浆体之间包裹性更好，保证了混凝土在喷射过程中的完整性；增稠剂羧丙基纤维素使混凝土粘性显著增大，使其在向岩壁喷射时能减少回弹率，提高混凝土的利用率；其营养土掺入混凝土中，能够显著增加混凝土的流动性，并且能够使其在喷射过程中不堵塞喷射管道，使其顺利连续喷射，同时营养土可以为后期植物生长提供生长所需养分，中和一部分混凝土中的碱性，使植物更容易成活。

实例1

一种喷射生态混凝土，其配比组成为：碎石400KG，粒径为10-15mm，普通42.5R硅酸盐水泥75 KG，I级粉煤灰25 KG，营养土50 KG，聚羧酸减水剂0.75 KG，常温自来水50 KG，羧丙基纤维素0.8 KG，聚丙烯纤维1 KG、透水混凝土增强剂1.2 KG、速凝剂1 KG。

新型喷射生态混凝土制备方法如下：

1）、严格按照比例称取天然集料、普通硅酸盐水泥、I级粉煤灰、营养土、减水剂、自来水、增稠剂、透水混凝土增强剂、聚丙烯纤维和速凝剂；

2）、先将天然集料和普通硅酸盐水泥放入搅拌机中预搅拌，然后加入粉煤灰、减水剂、聚丙烯纤维和60%的自来水，继续搅拌直至均匀；

3）、将营养土、透水混凝土增强剂、增稠剂和剩余40%的自来水、加入搅拌机，继续搅拌，搅拌均匀后即可完成喷射生态混凝土主料的制备；

4）、随后将步骤3）制得的喷射生态混凝土主料加入速凝剂搅拌均匀即可制得喷射生态混凝土。

实例2

一种喷射生态混凝土，其配比组成为：碎石480 KG，粒径为10-15mm，普通42.5R硅酸盐水泥120 KG，营养土50 KG，聚羧酸减水剂1.2 KG，常温自来水48 KG，羧丙基纤维素0.8KG，聚丙烯纤维1.2 KG、透水混凝土增强剂1.4 KG、速凝剂1.2 KG。

新型喷射生态混凝土制备方法如下：

1）、严格按照比例称取天然集料、普通硅酸盐水泥、I级粉煤灰、营养土、减水剂、自来水、增稠剂、透水混凝土增强剂、聚丙烯纤维和速凝剂；

2）、先将天然集料和普通硅酸盐水泥放入搅拌机中预搅拌，然后加入粉煤灰、减水剂、聚丙烯纤维和60%的自来水，继续搅拌直至均匀；

3）、将营养土、透水混凝土增强剂、增稠剂和剩余40%的自来水、加入搅拌机，继续搅拌，搅拌均匀后即可完成喷射生态混凝土主料的制备；

4）、随后将步骤3）制得的喷射生态混凝土主料加入速凝剂搅拌均匀即可制得喷射生态混凝土。

实例3

一种喷射生态混凝土，其配比组成为：碎石450 KG，粒径为10-15mm，普通42.5R硅酸盐水泥100 KG，I级粉煤灰50 KG，营养土75 KG，聚羧酸减水剂1.5 KG，常温自来水75 KG，羧丙基纤维素1.5 KG，透水混凝土增强剂1.5 KG、速凝剂1.5 KG。

新型喷射生态混凝土制备方法如下：

1）、严格按照比例称取天然集料、普通硅酸盐水泥、I级粉煤灰、营养土、减水剂、自来水、增稠剂、透水混凝土增强剂、聚丙烯纤维和速凝剂；

2）、先将天然集料和普通硅酸盐水泥放入搅拌机中预搅拌，然后加入粉煤灰、减水剂、聚丙烯纤维和60%的自来水，继续搅拌直至均匀；

3）、将营养土、透水混凝土增强剂、增稠剂和剩余40%的自来水、加入搅拌机，继续搅拌，搅拌均匀后即可完成喷射生态混凝土主料的制备；

4）、随后将步骤3）制得的喷射生态混凝土主料加入速凝剂搅拌均匀即可制得喷射生态混凝土。

水灰比比例确定的实验：

为了确定自来水的最优比例，申请人将本申请混凝土中其它组分与实例3组分比例一致的情况下，分别将自来水的重量份调整为60、70、80、90份，并对制得混凝土28天抗压强度（MPa）和坍落度（mm）进行测试，测试结果如下：

据本领域的常识，设计整体水灰比在0.5左右其效果最佳，据计算自来水在75份左右的时候效果为最佳。但由上述结果可知自来水重量在70-80份时其抗压强度和坍落度都表现良好，能够满足其要求，并且跟预想相差不大，由此当自来水的重量份70-80时效果最优。

为了验证本申请的混凝土能够满足水库消落带的使用需求，本申请进行了如下实验：

实验组：申请人按照本申请中实例1、实例2和实例3的方式制得混凝土并分别使用实验组1、实验组2和实验组3的编号进行编组。

对比组1：申请人按照文献周旭东. 喷射混凝土在板桥加固中的应用研究[D]. 长安大学, 2005的方式制得混凝土。

对比组2：申请人按照授权公告号为CN104909651A的发明专利公开的现有生态混凝土的配方制得其混凝土。

申请人对实验组1、实验组2、实验组3、对比组1和对比组2中制得的混凝土分别对28天抗压强度（MPa）、孔隙率（%）和坍落度（mm）进行检测检测结果如下：

由上表可知，本发明实验组1、实验组2和实验组3中的混凝土抗压强度在15.2-20.5Mpa，孔隙率在22-26.3%，其与对比组2即现有生态混凝土的抗压强度和孔隙率相差不大，其应该能够满足边坡防护的使用需求。本发明实验组1、实验组2和实验组3中的坍落度（mm）为49-62mm，初凝时间在3min-3min30s，终凝时间在4min20s-5min40s，其与对比组1即现有喷射混凝土的坍落度62mm，初凝时间3min10s，终凝时间4min40s，相差不大，其应该能够满足喷射的使用要求。

为了验证本申请的正确性，申请人将使用本申请的方式生产的混凝土直接使用喷射的方式喷射至护坡表面（参见说明书附图1），从附图1上可以明确看出有其明显的空隙，且其能够很好的粘接在水库消落带上形成护坡，因此本申请能够满足水库消落带护坡的使用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种喷射生态混凝土，其特征在于：所述的该喷射生态混凝土重量份的配比如下：

天然集料 450份 普通硅酸盐水泥 80份

I级粉煤灰 35份 营养土 75份

减水剂 1.5份 自来水 60份

增稠剂 1份 聚丙烯纤维 1.5份

透水混凝土增强剂 1.5份 速凝剂 1.5份；

所述的天然集料为碎石，碎石粒径为10~15mm；所述的普通硅酸盐水泥为符合GB175-2007的普通42.5R硅酸盐水泥；所述的减水剂为聚羧酸减水剂；所述的增稠剂为羧丙基纤维素；所述聚丙烯纤维长度为30mm；所述的透水混凝土增强剂由1-2.5份的植物纤维和1-1.5份的减水剂混合搅拌制得；所述的速凝剂为五水偏硅酸钠。

2.根据权利要求1所述的一种喷射生态混凝土，其特征在于：所述的该喷射生态混凝土的制备方法如下：

1）、严格按照比例称取天然集料、普通硅酸盐水泥、I级粉煤灰、营养土、减水剂、自来水、增稠剂、透水混凝土增强剂、聚丙烯纤维和速凝剂；

2）、先将天然集料和普通硅酸盐水泥放入搅拌机中预搅拌，然后加入粉煤灰、减水剂、聚丙烯纤维和60%的自来水，继续搅拌直至均匀；

3）、将营养土、透水混凝土增强剂、增稠剂和剩余40%的自来水、加入搅拌机，继续搅拌，搅拌均匀后即可完成喷射生态混凝土主料的制备；

4）、随后将步骤3）制得的喷射生态混凝土主料装入混凝土喷射机中，在喷口出加入速凝剂，随后喷射生态混凝土主料喷出与速凝剂混合后即可形成喷射生态混凝土，并依附在水库消落带上形成护坡。

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