CN114262192A - 一种高和易性隧道用混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高和易性隧道用混凝土，属于混凝土生产技术领域。所述高和易性隧道用混凝土包括以下重量份的组分：350～500份水泥、900～1100份碎石、800～1000份河砂、15‑20速凝剂、7‑10份引气剂和150～200份水，其中，所述速凝剂包括矾泥、铝酸钠、碳酸钠和生石灰，所述引气剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、三萜皂甙和烷基苯磺酸钠。本发明的高和易性隧道用混凝土通过合适的配比，并通过添加合适的外加剂，不仅显着地增加了混合料的流动性，而且有效地提高了混合料的粘聚性和保水性，使得其能够在隧道建设中得到广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于混凝土生产技术领域，具体地，一种高和易性隧道用混凝土及其制备方法
背景技术
随着基建的快速发展，隧道工程也越来越多、越来越大，隧道工程的结构也越来越复杂。隧道用混凝土通常采用喷射的方式进行浇铸，因此对隧道用混凝土的和易性要求也就越来越高。
混凝土和易性也称为混凝土工作性，具体包括流动性、粘聚性和保水性三方面的内容。混凝土混合料的和易性是保证混凝土混合料运输、浇筑、振捣、抹压等工序后，依然保持各组分分布均匀、密实匀质的性能。隧道用混凝土和易性的高低直接影响隧道混凝土工程的施工，甚至对隧道混凝土结构质量产生重要的影响。
现有技术中，隧道用混凝土通常加入一定量的速凝剂，用于加快混凝土的化学反应过程，但这会导致混凝土内部因为快速水化反应而大量失水。更一方面，为了增加隧道用混凝土的粘聚力，单方混凝土的用水量必定也小，因此，隧道用混凝土的干燥收缩也相对较普通模注混凝土要大得多。在喷射施工完成并终凝后，如不及时给混凝土表面补水，混凝土干燥收缩将可能带来开裂的风险。
因此，具有良好的流动性、粘聚性和保水性均良好的隧道用混凝土混合料成为混凝土技术人员追求的目标。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供一种高和易性隧道用混凝土，包括以下重量份的组分：350～500份水泥、900～1100份碎石、800～1000份河砂、15-20速凝剂、7-10份引气剂和150～200份水，其中，所述速凝剂包括矾泥、铝酸钠、碳酸钠和生石灰，所述引气剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、三萜皂甙和烷基苯磺酸钠。
在本发明中，所述高和易性是指混凝土的流动性、粘聚性和保水性均较高。
在本发明中，流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下能产生流动并均匀密实地填满模板的能力。在本发明的一些实施方案中，所述流动性高是指在利用底部直径200mm，顶面直径100mm，高度300mm的坍落筒进行坍落度测试时，坍落度不小于100mm。
粘聚性是指混凝土拌合物各组成材料之间具有一定的粘聚力，可避免在施工过程中产生分层和离析的现象。
保水性是指混凝土拌合物具有一定的保水能力，可避免在施工过程中出现泌水现象。
在本发明中，速凝剂是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。在本发明的一些实施方案中，所述速凝剂包括以下重量份的组分：30-37份矾泥、10～15份铝酸钠、10～15份碳酸钠和5～8份生石灰。
在本发明中，引气剂又称加气剂，是一种憎水性表面活性剂，溶于水后加入混凝土拌合物内，在搅拌过程中能产生大量微小气泡。在本发明的一些实施方案中，所述引气剂包括以下重量份的组分：50～70份脂肪醇聚氧乙烯醚、22～28份三萜皂甙和25～33份烷基苯磺酸钠。
在本发明的一些实施方案中，所述水泥选自普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、高铝水泥、镁质水泥、钡水泥、锶水泥、含硼水泥中的一种或多种。
在本发明的一些实施方案中，所述碎石的级配表如下：
在本发明的一些实施方案中，所述河砂细度模数为2.2～2.7。
在本发明的一些实施方案中，所述河砂粒径小于0.30mm颗粒含量为18～22％。
本发明的第二方面提供本发明第一方面所述的高和易性隧道用混凝土的制备方法，步骤如下：
S1，称取混凝土各原料，往强制式拌和机中按顺序加入碎石、河砂和水泥；
S2，开动拌和机，将原料拌和均匀，在拌和过程中将水徐徐加入；
S3，再加入全部速凝剂和引气剂，搅拌均匀。
在本发明的一些实施方案中，步骤S1和步骤S2的全部加料时间不超过2min。
在本发明的一些实施方案中，步骤S3加料时间不超过1min。
本发明的有益效果
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的高和易性隧道用混凝土通过合适的配比，并通过添加合适的外加剂，不仅显着地增加了混合料的流动性，而且有效地提高了混合料的粘聚性和保水性，使得其能够在隧道建设中得到广泛应用。
附图说明
图1示出了测试混凝土混合料坍落度的示意图。
图2示出了本发明实施例3制备的隧道用混凝土的坍落度测定结果。
图3示出了本发明实施例3制备的隧道用混凝土的粘聚性测试结果。
图4示出了测试混凝土混合料保水性的装置示意图。
图5示出了本发明实施例3制备的隧道用混凝土的保水性测试结果。
具体实施方式
除非另有说明、从上下文暗示或属于现有技术的惯例，否则本申请中所有的份数和百分比都基于重量，且所用的测试和表征方法都是与本申请的提交日期同步的。在适用的情况下，本申请中涉及的任何专利、专利申请或公开的内容全部结合于此作为参考，且其等价的同族专利也引入作为参考，特别这些文献所披露的关于本领域中的合成技术、产物和加工设计、聚合物、共聚单体、引发剂或催化剂等的定义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。
本申请中的数字范围是近似值，因此除非另有说明，否则其可包括范围以外的数值。数值范围包括以1个单位增加的从下限值到上限值的所有数值，条件是在任意较低值与任意较高值之间存在至少2个单位的间隔。例如，如果记载组分、物理或其它性质(如分子量，熔体指数等)是100至1000，意味着明确列举了所有的单个数值，例如100，101，102等，以及所有的子范围，例如100到166，155到170，198到200等。对于包含小于1的数值或者包含大于1的分数(例如1.1，1.5等)的范围，则适当地将1个单位看作0.0001，0.001，0.01或者0.1。对于包含小于10(例如1到5)的个位数的范围，通常将1个单位看作0.1。这些仅仅是想要表达的内容的具体示例，并且所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能的组合都被认为清楚记载在本申请中。
关于化学化合物使用时，除非明确地说明，否则单数包括所有的异构形式，反之亦然(例如，“己烷”单独地或共同地包括己烷的全部异构体)。另外，除非明确地说明，否则用“一个”，“一种”或“该”形容的名词也包括其复数形式。
术语“包含”，“包括”，“具有”以及它们的派生词不排除任何其它的组分、步骤或过程的存在，且与这些其它的组分、步骤或过程是否在本申请中披露无关。为消除任何疑问，除非明确说明，否则本申请中所有使用术语“包含”，“包括”，或“具有”的组合物可以包含任何附加的添加剂、辅料或化合物。相反，出来对操作性能所必要的那些，术语“基本上由……组成”将任何其他组分、步骤或过程排除在任何该术语下文叙述的范围之外。术语“由……组成”不包括未具体描述或列出的任何组分、步骤或过程。除非明确说明，否则术语“或”指列出的单独成员或其任何组合。
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例
以下例子在此用于示范本发明的优选实施方案。本领域内的技术人员会明白，下述例子中披露的技术代表发明人发现的可以用于实施本发明的技术，因此可以视为实施本发明的优选方案。但是本领域内的技术人员根据本说明书应该明白，这里所公开的特定实施例可以做很多修改，仍然能得到相同的或者类似的结果，而非背离本发明的精神或范围。
除非另有定义，所有在此使用的技术和科学的术语，和本发明所属领域内的技术人员所通常理解的意思相同，在此公开引用及他们引用的材料都将以引用的方式被并入。
那些本领域内的技术人员将意识到或者通过常规试验就能了解许多这里所描述的发明的特定实施方案的许多等同技术。这些等同将被包含在权利要求书中。
下述实施例中未作具体说明的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的仪器设备，如无特殊说明，均为实验室常规仪器设备；下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。
实施例1隧道用混凝土速凝剂
本实施例提供几种隧道用混凝土速凝剂：
隧道用混凝土速凝剂#1：
35份矾泥、12份铝酸钠、12份碳酸钠和7份生石灰，按比例混合搅拌均匀。
隧道用混凝土速凝剂#2：
35份铝氧熟料、12份铝酸钠、12份碳酸钠和7份生石灰，按比例混合搅拌均匀。
隧道用混凝土速凝剂#3：
10份铝酸钠、10份碳酸钠和5份生石灰，按比例混合搅拌均匀。
隧道用混凝土速凝剂#4：
30份铝氧熟料和10份无水石膏，按比例混合搅拌均匀。
实施例2隧道用混凝土引气剂
本实施例测定隧道用混凝土引气剂。
隧道用混凝土引气剂#1：
65份脂肪醇聚氧乙烯醚、26份三萜皂甙和30份烷基苯磺酸钠，按比例混合搅拌均匀。
隧道用混凝土引气剂#2：
65份脂肪醇聚氧乙烯醚、26份三萜皂甙和30份烷基硫酸钠，按比例混合搅拌均匀。
隧道用混凝土引气剂#3：
65份脂肪醇聚氧乙烯磺酸钠、26份三萜皂甙和30份烷基苯磺酸钠，按比例混合搅拌均匀。
隧道用混凝土引气剂#4：
采用商用的混凝土引气剂(型号WP61，郑州诚奥化工产品有限公司)。
实施例3隧道用混凝土混合料及其制备
本实施例提供几种隧道用混凝土，分别如下：
隧道用混凝土#1：
370份水泥、1050份碎石、950份河砂、18份隧道用混凝土速凝剂#1、9份隧道用混凝土引气剂#1和180份水。
隧道用混凝土#2：
370份水泥、1050份碎石、950份河砂、18份隧道用混凝土速凝剂#1、9份隧道用混凝土引气剂#2和180份水。
隧道用混凝土#3：
370份水泥、1050份碎石、950份河砂、18份隧道用混凝土速凝剂#1、9份隧道用混凝土引气剂#3和180份水。
隧道用混凝土#4：
370份水泥、1050份碎石、950份河砂、18份隧道用混凝土速凝剂#1、9份隧道用混凝土引气剂#4和180份水。
隧道用混凝土#5：
370份水泥、1050份碎石、950份河砂、18份隧道用混凝土速凝剂#2、9份隧道用混凝土引气剂#1和180份水。
隧道用混凝土#6：
370份水泥、1050份碎石、950份河砂、18份隧道用混凝土速凝剂#3、9份隧道用混凝土引气剂#1和180份水。
隧道用混凝土#7：
370份水泥、1050份碎石、950份河砂、18份隧道用混凝土速凝剂#4、9份隧道用混凝土引气剂#1和180份水。
隧道用混凝土#8：
370份水泥、1050份碎石、950份河砂、18份隧道用混凝土速凝剂#2、9份隧道用混凝土引气剂#3和180份水。
隧道用混凝土#9：
370份水泥、1050份碎石、950份河砂、16份隧道用混凝土速凝剂#1、10份隧道用混凝土引气剂#1和180份水。
隧道用混凝土#10：
370份水泥、1050份碎石、950份河砂、20份隧道用混凝土速凝剂#1、5份隧道用混凝土引气剂#1和180份水。
其中，各隧道混凝土中，水泥均为普通硅酸盐水泥；
碎石的级配表如下：
河砂细度模数为2.5，粒径小于0.30mm颗粒含量为21％。
实施例4隧道用混凝土混合料的和易性测定
本实施例测定隧道用混凝土混合料的圆锥体坍落值，以评价其流动性，同时根据实验过程中观察定性判断其粘聚性和保水性。
按相应地配比称取混凝土各原料，往强制式拌和机中按顺序加入碎石、河砂和水泥。开动拌和机，将原料拌和均匀，在拌和过程中将水徐徐加入，全部加料时间不超过2min，再在1min之内加入全部速凝剂和引气剂，搅拌均匀。
将拌和好的隧道用混凝土混合料分三层装入坍落筒(底部直径200mm，顶面直径100mm，高度300mm)中，每层装入高度稍大于筒高的1/3，每一层用捣棒插捣20～30次(在全部面积上均匀进行)。沿螺旋线由边缘至中心，插捣底层时插至底部，插捣其它两层时，应插透本层并插捣至下层20～30mm。在插捣顶层时，在插捣的过程中随时添加混合料，直至装满筒顶。刮去多余的混合料，抹平筒口，并清除筒底的混合料。然后立即垂直提起坍落筒，提筒的动作应在5～10s内完成，并使混合料不受横向及扭力作用。在进行上述装筒和提筒的全过程，不应超过2.5min。
将坍落筒放于锥体混合料的一旁，测量筒顶距离混凝土顶点的垂直距离(如图1所示)，即为该隧道用混凝土的坍落度，以mm为单位，结果精确至5mm。同一次拌和的混凝土混合料，测量坍落度3次，取平均值作为测定值。
在进行坍落度测试的同时，观察混凝土混合料的粘聚性和保水性：
a.粘聚性
用捣棒在已坍落的锥体混凝土混合料一侧轻击，如锥体在轻打后渐渐下沉，表示粘聚性好；如锥体突然倒坍，部分崩解或有石子离析现象，即表示粘聚性差。
b.保水性
根据水分从混凝土混合料中析出的情况，分为三级。“多量”表示提起坍落筒后有较多的水分从底部析出，表明保水性差；“少量”表示有少量水析出，表明保水性较差；“无”表示没有水从底部析出，表示保水性好。
结果如下表所示：
| 坍落度(mm) | 粘聚性 | 保水性 | |
| 隧道用混凝土#1 | 149.71±5.6 | 好 | 好 |
| 隧道用混凝土#2 | 119.1±3.44 | 好 | 较差 |
| 隧道用混凝土#3 | 97.33±2.02 | 好 | 较差 |
| 隧道用混凝土#4 | 99.94±3.54 | 差 | 较差 |
| 隧道用混凝土#5 | 98.69±3.28 | 差 | 较差 |
| 隧道用混凝土#6 | 119.72±5.66 | 好 | 差 |
| 隧道用混凝土#7 | 124.31±5.38 | 差 | 差 |
| 隧道用混凝土#8 | 86.97±3.25 | 差 | 差 |
| 隧道用混凝土#9 | 122.03±5.06 | 好 | 好 |
| 隧道用混凝土#10 | 109.71±0.73 | 差 | 较差 |
从坍落度来看，结合上表和图2，隧道用混凝土#1的坍落度最大，表明流动性最好。与隧道用混凝土#1相比，隧道用混凝土#2～隧道用混凝土#4使用不同的吸气剂，造成坍落度不同程度下降，流动性显著降低。与隧道用混凝土#1相比，隧道用混凝土#5～隧道用混凝土#7使用不同的速凝剂，同样造成坍落度不同程度下降，流动性同样显著降低。隧道用混凝土#8与隧道用混凝土#1相比，速凝剂和吸气剂均不同，坍落度下降最为明显，仅有86.97mm，流动性难以满足隧道喷射混凝土的施工要求。隧道用混凝土#9、隧道用混凝土#10与隧道用混凝土#1相比，区别在于速凝剂和吸气剂的用量不同，表明速凝剂和吸气剂用量改变时，也会影响隧道用混凝土的流动性。由隧道用混凝土#9与隧道用混凝土#10比较可知，当使用的混凝土吸气剂#1含量降低时，流动性显著降低。
实施例5隧道用混凝土混合料的粘聚性测定
为了更加准确地测试本发明实施例3制备的隧道用混凝土混合料的粘聚性，本实施例利用断裂法测定隧道用混凝土混合料的粘聚性，具体步骤如下：
先将混凝土混合料加入圆筒(直径5cm，长度30cm)内压实成圆柱状，再以水平方向将圆柱慢慢推出。当推到某一长度时，由于自重而断裂。用下落混凝土混合料圆柱的重量与圆筒断面积之比表示其粘聚性。
结果图3所示，隧道用混凝土#1的粘聚性最大。与隧道用混凝土#1相比，隧道用混凝土#2～隧道用混凝土#4使用不同的吸气剂，造成粘聚性不同程度下降。与隧道用混凝土#1相比，隧道用混凝土#5～隧道用混凝土#7使用不同的速凝剂，同样造成混凝土粘聚性不同程度下降。隧道用混凝土#8与隧道用混凝土#1相比，速凝剂和吸气剂均不同，粘聚性下降最为明显。隧道用混凝土#9、隧道用混凝土#10与隧道用混凝土#1相比，区别在于速凝剂和吸气剂的用量不同，表明速凝剂和吸气剂用量改变时，也会影响隧道用混凝土的粘聚性。由隧道用混凝土#9与隧道用混凝土#10比较可知，当使用的混凝土吸气剂#1含量降低时，粘聚性显著降低。
实施例6隧道用混凝土混合料的保水性测定
为了更加准确地测试本发明实施例3制备的隧道用混凝土混合料的保水性，本实施例采用“ASTM C941实验室预垒混凝土水泥砂浆之保水性测试法”测定隧道用混凝土混合料的保水性，使用图4所示的装置，具体测定步骤如下：
1.将一张滤纸浸湿，放在布氏漏斗的多孔板上(见图4)。保持布氏漏斗的顶部水平。在测试期间，在旋塞下面的系统中，施加95kPa的压力并保持。将隧道用混凝土混合料引入布氏漏斗，直到混凝土混合料与布氏漏斗顶部齐平。打开布氏漏斗和量筒之间的旋塞，同时启动秒表。
从混凝土混合料从搅拌机中取样算起，应在不超过1min的时间内完成上述操作。
2.当秒表达到90s时，停止秒表，观察量筒中析水量，析水量越多，表明保水性越好，析水量越少，表明保水性越差。
用此方法对隧道用混凝土进行保水性测定时，应在混凝土混合料拌和完成后3～3.25min后开始取样。
从析水量来看，结合上表和图2，隧道用混凝土#1的析水量最大，表明保水性最好。与隧道用混凝土#1相比，隧道用混凝土#2～隧道用混凝土#4使用不同的吸气剂，造成析水量不同程度升高，保水性显著降低。与隧道用混凝土#1相比，隧道用混凝土#5～隧道用混凝土#7使用不同的速凝剂，同样造成析水量不同程度升高，保水性显著降低。隧道用混凝土#8与隧道用混凝土#1相比，速凝剂和吸气剂均不同，析水量上升最为明显，达到51.08mL，保水性难以满足混凝土结构的施工要求。隧道用混凝土#9、隧道用混凝土#10与隧道用混凝土#1相比，区别在于速凝剂和吸气剂的用量不同，表明速凝剂和吸气剂用量改变时，也会影响隧道用混凝土的保水性。由隧道用混凝土#9与隧道用混凝土#10比较可知，当使用的混凝土吸气剂#1含量降低时，析水量显著升高，表示保水性显著降低。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种高和易性隧道用混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分：350～500份水泥、900～1100份碎石、800～1000份河砂、15-20速凝剂、7-10份引气剂和150～200份水，其中，所述速凝剂包括矾泥、铝酸钠、碳酸钠和生石灰，所述引气剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、三萜皂甙和烷基苯磺酸钠。
2.根据权利要求1所述的高和易性隧道用混凝土，其特征在于，所述速凝剂包括以下重量份的组分：30-37份矾泥、10～15份铝酸钠、10～15份碳酸钠和5～8份生石灰。
3.根据权利要求1所述的高和易性隧道用混凝土，其特征在于，所述引气剂包括以下重量份的组分：50～70份脂肪醇聚氧乙烯醚、22～28份三萜皂甙和25～33份烷基苯磺酸钠。
4.根据权利要求1所述的高和易性隧道用混凝土，其特征在于，所述水泥选自普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、高铝水泥、镁质水泥、钡水泥、锶水泥、含硼水泥中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的高和易性隧道用混凝土，其特征在于，所述碎石的级配表如下：
6.根据权利要求1所述的高和易性隧道用混凝土，其特征在于，所述河砂细度模数为2.2～2.7。
7.根据权利要求4所述的高和易性隧道用混凝土，其特征在于，所述河砂粒径小于0.30mm颗粒含量为18～22％。
8.权利要求1所述的高和易性隧道用混凝土的制备方法，其特征在于，步骤如下：
S1，称取混凝土各原料，往强制式拌和机中按顺序加入碎石、河砂和水泥；
S2，开动拌和机，将原料拌和均匀，在拌和过程中将水徐徐加入；
S3，再加入全部速凝剂和引气剂，搅拌均匀。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S1和步骤S2的全部加料时间不超过2min。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S3加料时间不超过1min。
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| CN202111655276.XA CN114262192A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种高和易性隧道用混凝土及其制备方法 |
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