CN116621539B - 一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混凝土技术领域，具体公开了一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土及其制备方法。一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土包括硅酸盐水泥、机制砂、特细碎石、纤维、速凝剂、外加剂、水，其中，外加剂包括氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙。一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土的制备方法包括将高粘性高抗渗细石喷射混凝土中除速凝剂的其他组分充分混匀后，最后加入速凝剂，得高粘性高抗渗细石喷射混凝土。本申请的高粘性高抗渗细石喷射混凝土具备良好的抗渗透性、抗压强度以及较低的回弹性的效果。

Description

一种高粘性高抗渗细石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，尤其是涉及一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土及其制备方法。

背景技术

喷射混凝土由于具有工艺简单、施工效率高等诸多优点，在隧道建设、水利工程、边坡防护等众多基础设施建设中扮演着重要的角色。喷射混凝土的质量决定了众多基础设施的建设质量和服役寿命。

随着喷射混凝土技术的不断发展，喷射混凝土的抗渗透性问题越来越突出，而喷射混凝土的早期收缩问题是导致其抗渗透性变差的重要因素之一。现有的喷射混凝土追求低水灰比和高强度，这直接导致了喷射混凝土内部游离水含量的减少，随着喷射混凝土的水化，喷射混凝土内部的供水速度赶不上水化过程中消耗的水，喷射混凝土内部应力增大，导致喷射混凝土产生自收缩，出现裂缝，使得外部水分以及有害物质更容易渗入喷射混凝土中，从而影响喷射混凝土的抗渗透性。再者，现有技术中追求喷射混凝土的速凝效果，会进一步的在喷射混凝土中掺入速凝剂，速凝剂在加速喷射混凝土水化过程的同时，会导致喷射混凝土内部的大量水分被快速消耗，进一步增大喷射混凝土内部应力，从而导致喷射混凝土产生更多的裂缝，严重影响喷射混凝土的抗渗透性。因此，喷射混凝土的抗渗透性具有改进空间。

发明内容

为了提高喷射混凝土的抗渗透性，本申请提供一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土及其制备方法。本申请通过在高粘性高抗渗细石喷射混凝土中添加由氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙组成的外加剂，能显著减小喷射混凝土在早期水化过程中产生的内部应力，从而显著减少了混凝土的自收缩，显著减少了混凝土在成型过程中产生的裂缝，显著提升了混凝土的抗渗透性。

第一方面，本申请提供的一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土采用如下的技术方案：一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，包括以下质量份数的组分：320～360份硅酸盐水泥、680～720份机制砂、760～800份特细碎石、30～50份纤维、6～10份速凝剂、15～25份外加剂、120～180份水；

所述外加剂包括以下质量份数的组分：6～9份氧化锌颗粒、4～6份煅烧叶蜡石粉、0.1～0.5份

三萜皂苷、0.1～0.3份无水氯化钙。

上述技术方案中，由于高粘性高抗渗细石喷射混凝土所使用的骨料为机制砂和特细碎石，这样的骨料组成意味着高粘性高抗渗细石喷射混凝土的内部毛细孔的孔径会比含有大粒径粗骨料的混凝土更小，而我们知道混凝土的内部应力与毛细孔息息相关。越小的毛细孔孔径意味着混凝土的内部相对湿度越低，毛细孔产生的负压越大，内部应力也就越大，意味着混凝土的自收缩也就越大。

而本申请采用氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙组成的外加剂，利用三萜皂苷的发泡性，配合氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、无水氯化钙在混凝土内部形成均匀小孔，促使水化过程中先从小孔处失水，缓解毛细孔在水化过程中由于供水不足产生的负压，降低了混凝土内部应力。另外，由于氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙组成的外加剂能促进混凝土的进一步水化，抑制混凝土的干燥收缩，从而使得胶体材料充分膨胀填充喷射混凝土内因为水分蒸发而形成的通道以及外加剂在混凝土内部形成的均匀小孔，在减小混凝土的干燥收缩的同时进一步增大混凝土的密实度从而提高了喷射混凝土的抗渗透性。

优选的，所述氧化锌颗粒的粒径为0.5～1mm。

上述技术方案中，通过限定氧化锌颗粒的粒径为0.5～1mm，使得氧化锌能够更均匀的分散在喷射混凝土中，能更好的配合煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙对混凝土的协同作用，进一步减小混凝土的干燥收缩，进一步提升喷射混凝土的抗渗透性。

优选的，所述煅烧叶蜡石粉过100目筛。

上述技术方案中，通过限定煅烧叶蜡石粉过10目筛，使得煅烧叶蜡石粉能够更充分的均匀分散在混凝土的胶凝材料中，使得混凝土拥有更好的密实度，进一步提升喷射混凝土的抗渗透性。

优选的，所述纤维包括改性碳纤维、玄武岩纤维，所述改性碳纤维、玄武岩纤维的质量比为(30～50)：(0.5～5)；所述改性碳纤维是碳纤维通过浸没在正硅酸乙酯中，在氨气氛围下加热反应后，过滤干燥后制备而成。

上述技术方案中，通过正硅酸乙酯对碳纤维进行的改性处理，使得碳纤维的表面变得粗糙，进一步增大了碳纤维的疏水性，提高了碳纤维在混凝土中的分散性以及碳纤维与胶凝材料的粘结性，进一步提高喷射混凝土各组分之间的粘结性，进一步减少喷射混凝土的下垂以及脱落。

通过在喷射混凝土中同时添加玄武岩纤维和改性碳纤维两种纤维，两种纤维相互配合，协同促进了喷射混凝土各组分间的粘结性，对喷射混凝土的各个组分进行拉扯牵制，进一步抑制了喷射混凝土的裂缝产生，进一步提高了喷射混凝土的抗渗透性。

优选的，所述碳纤维的长度为5～7mm，直径为12～18mm。

上述技术方案中，通过限制碳纤维的长度和直径，使得通过碳纤维制备而成的改性碳纤维与喷射混凝土其他组分具备更好的粘结性，进一步提高喷射混凝土的粘结性，从而进一步减少喷射混凝土的下垂以及脱落。

优选的，所述外加剂还包括1～3份稻壳灰。

上述技术方案中，通过在外加剂中进一步添加稻壳灰，氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙。稻壳灰相互配合，进一步提高了喷射混凝土的黏稠度，不仅进一步提高喷射混凝土的密实度，提高喷射混凝土的抗渗透性，而且使得喷射混凝土在喷射到墙体上时，能够更加牢固的吸附于墙体上，进一步减少了喷射混凝土的下垂以及脱落。

优选的，所述机制砂的粒径为0.075-0.425mm。

优选的，所述特细碎石为粒径在2～8mm的连续级碎石。

上述技术方案中，按照上述粒径筛选的机制砂和特细碎石，使得喷射混凝土浆体更加均匀细腻，使得喷射混凝土更容易喷射均匀。

优选的，所述高粘性高抗渗细石喷射混凝土还包括5～9份聚羧酸减水剂。

上述技术方案中，通过进一步的在喷射混凝土中添加聚羧酸减水剂，聚羧酸减水剂具备良好的缓释效果，配合氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙组成外加剂，保证了喷射混凝土具备良好的工作性能，进一步提高了喷射混凝土的粘结性，降低了喷射混凝土的回弹率，同时进一步提高了喷射混凝土的密实度，减少喷射混凝土的裂纹，提高了喷射混凝土的抗压强度和抗渗透性。

第二方面，本申请提供一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土的制备方法采用如下技术方案：

一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将硅酸盐水泥、机制砂、纤维、外加剂、水混合，得混合胶浆；

步骤2：在混合胶浆中添加特细碎石，混匀后得预制混凝土；

步骤3：在预制混凝土中添加速凝剂，混匀后得高粘性高抗渗细石喷射混凝土。

通过采用上述技术方案，使得高粘性高抗渗细石喷射混凝土各原料充分混合，通过上述简单高效的制备方法即可制备得到各方面性能良好的高粘性高抗渗细石喷射混凝土，便于工业化生产；通过选择最后加入速凝剂，使得混凝土能够在喷射前再加入速凝剂，使得混凝土能够在喷射时保持良好的流动性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请采用氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙组成的外加剂，利用三萜皂苷的发泡性，配合氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、无水氯化钙在混凝土内部形成均匀小孔，促使水化过程中先从小孔处失水，缓解毛细孔在水化过程中由于供水不足产生的负压，降低了混凝土内部应力。另外，由于氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙组成的外加剂能促进混凝土的进一步水化，抑制混凝土的干燥收缩，从而使得胶体材料充分膨胀填充喷射混凝土内因为水分蒸发而形成的通道以及外加剂在混凝土内部形成的均匀小孔，在减小混凝土的干燥收缩的同时进一步增大混凝土的密实度从而提高了喷射混凝土的抗渗透性。

2.本申请通过在喷射混凝土中同时添加玄武岩纤维和改性碳纤维两种纤维，两种纤维相互配合，协同促进了喷射混凝土各组分间的粘结性，对喷射混凝土的各个组分进行拉扯牵制，进一步抑制了喷射混凝土的裂缝产生，进一步提高了喷射混凝土的抗渗透性。

3.本申请通过在外加剂中进一步添加稻壳灰，氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙。稻壳灰相互配合，进一步提高了喷射混凝土的黏稠度，不仅进一步提高喷射混凝土的密实度，而且使得喷射混凝土在喷射到墙体上时，能够更加牢固的吸附于墙体上，进一步减少了喷射混凝土的下垂以及脱落。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，包括320kg硅酸盐水泥、680kg机制砂、760kg特细碎石、30kg纤维、6kg速凝剂、15kg外加剂、5kg聚羧酸减水剂、120kg水。

其中，机制砂的粒径为0.075-0.425mm。

其中，特细碎石为粒径在2～8mm的连续级碎石。

其中，纤维是改性碳纤维、玄武岩纤维按照30：0.5的质量比复配而成。

其中，改性碳纤维的制备方法如下：

将长度在5～7mm，直径为12～18mm之间的碳纤维浸没于正硅酸乙酯中，在氨气氛围下加热到150℃后保温2h，过滤后自然干燥得改性碳纤维。

其中，玄武岩纤维的长度为3～6mm。

其中，外加剂包括氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙。

其中，氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙的质量比为6：4：0.1：0.1。

其中，氧化锌颗粒的粒径为0.5～1mm。

其中，煅烧叶蜡石粉过100目筛。

其中，速凝剂是购买于济南瑞林化工有限公司的J85型速凝剂。

其中，聚羧酸减水剂购买于河北圣通建材科技有限公司。

其中，高粘性高抗渗细石喷射混凝土的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将硅酸盐水泥、机制砂、纤维、外加剂、聚羧酸减水剂、水混合，得混合胶浆；

步骤2：在混合胶浆中添加特细碎石，混匀后得预制混凝土；

步骤3：在预制混凝土添加速凝剂，混匀后得高粘性高抗渗细石喷射混凝土。

实施例2

一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，与实施例1不同的是，包括340kg硅酸盐水泥、700kg机制砂、780kg特细碎石、40kg纤维、8kg速凝剂、20kg外加剂、7kg聚羧酸减水剂、150kg水。

其中，纤维是改性碳纤维、玄武岩纤维按照40：2的质量比复配而成。

其中，改性碳纤维的制备方法如下：

将长度在5～7mm，直径为12～18mm之间的碳纤维浸没于正硅酸乙酯中，在氨气氛围下加热到140℃后保温2.5h，过滤后自然干燥得改性碳纤维。

其中，其中，氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙的质量比为8：5：0.3：0.2。

实施例3

一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，与实施例1不同的是，包括360kg硅酸盐水泥、720kg机制砂、800kg特细碎石、50kg纤维、10kg速凝剂、25kg外加剂、9kg聚羧酸减水剂、180kg水。

其中，纤维是改性碳纤维、玄武岩纤维按照50：5的质量比复配而成。

其中，改性碳纤维的制备方法如下：

将长度在5～7mm，直径为12～18mm之间的碳纤维浸没于正硅酸乙酯中，在氨气氛围下加热到130℃后保温3h，过滤后自然干燥得改性碳纤维。

其中，其中，氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙的质量比为9：6：0.5：0.3。

实施例4

一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，与实施例2不同的是，外加剂包括是氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙、稻壳灰，其中，氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙、稻壳灰的质量比为8：5：0.3：0.2：1。

实施例5

一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，与实施例4不同的是，氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙、稻壳灰的质量比为8：5：0.3：0.2：3。

实施例6

一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，与实施例4不同的是，稻壳灰等量替换成硅灰。

实施例7

一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，与实施例2不同的是，不含聚羧酸减水剂。

对比例1

一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，与实施例2不同的是，不含氧化锌颗粒。

对比例2

一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，与实施例2不同的是，不含煅烧叶蜡石粉。

对比例3

一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，与实施例2不同的是，三萜皂苷等量替换成十二烷基硫酸钠。

对比例4

一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，与实施例2不同的是，无水氯化钙等量替换成无水氯化锌。

对比例5

一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，与实施例2不同的是，不含外加剂。

性能测试：

渗水高度(mm)：渗水高度(mm)可表征喷射混凝土的抗渗透性，参照GB/T 50082-2009《普通混凝士长期性能和耐久性能试验方法标准》中的6.1渗水高度法进行测试。高度150mm、下部直径180mm、上部直径为175mm的圆台体标准试件在标准养护环境中进行养护，养护时间为28d。测试时水压为1MPa，测试时间为24h，测得渗水高度(mm)。

回弹率(％)：回弹率可表征喷射混凝土自身粘聚性和与喷射面的粘结性，参照日本标准JSCE-F 563—2005《喷射混凝土回弹率试验方法》的规定，根据回弹率(％)＝回弹料的质量/[(回弹料的质量+粘结在回弹测试模具上混凝土的质量)]*100％，计算回弹率(％)。

抗压强度(MPa)：参照GB/T 50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》进行抗压强度测试；高度100mm、宽度100mm、长度100mm的标准试件在标准养护环境中进行养护，分别检测高粘性高抗渗细石喷射混凝土在养护1d和28d的抗压强度(MPa)。

测试结果见表1.

表1：

结合实施例1-3、对比例1-5以及表1，可以看出，通过氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙组成的外加剂具备良好的提高喷射混凝土的抗渗透性以及早期、后期抗压强度，降低喷射混凝土回弹性的技术效果。具体分析，这是由于氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙四者配合能够在混凝土内部形成均匀小孔，缓解毛细孔在水化过程中由于供水不足产生的负压，降低了混凝土内部应力，从而减少混凝土的开裂几率，从而提高喷射混凝土的抗渗透性，再进一步的分析，氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙组成的外加剂具备一定的保水性，能够保证喷射混凝土的内部相对湿度保持在较高水平，显著抑制喷射混凝土在无约束状态下的干燥收缩，促进混凝土的进一步水化，进一步改善喷射混凝土的内部结构，从而在提高喷射混凝土的工作性能的同时进一步增大混凝土的密实度，从而提高了喷射混凝土的早期、后期抗压强度，并降低了喷射混凝土回弹性。

结合实施例2、实施例4-5、实施例6以及表1，可以看出，通过氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙、稻壳灰复配而成的外加剂具备优秀的提高喷射混凝土的抗渗透性以及早期、后期抗压强度，降低喷射混凝土回弹性的技术效果。具体分析，这是由于氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙、稻壳灰相互配合，能够进一步提高了喷射混凝土的黏稠度，不仅进一步提高喷射混凝土的密实度，提高喷射混凝土的抗渗透性，而且使得喷射混凝土在喷射到墙体上时，能够更加牢固的吸附于墙体上，进一步降低喷射混凝土回弹性。

结合实施例2、实施例7以及表1，可以看出，通过进一步的在喷射混凝土中添加聚羧酸减水剂，能够进一步提高喷射混凝土的抗渗透性以及早期、后期抗压强度，降低喷射混凝土回弹性。具体分析，这是由于聚羧酸减水剂具备良好的缓释效果，配合氧化锌颗粒、煅烧叶蜡石粉、三萜皂苷、无水氯化钙组成外加剂，保证了喷射混凝土具备良好的工作性能，进一步提高了喷射混凝土的粘结性，降低了喷射混凝土的回弹率，同时进一步提高了喷射混凝土的密实度，减少喷射混凝土的裂纹，提高了喷射混凝土的抗压强度和抗渗透性。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，其特征在于，包括以下质量份数的组分：320~360份硅酸盐水泥、680~720份机制砂、760~800份特细碎石、30~50份纤维、6~10份速凝剂、15~25份外加剂、120~180份水、5~9份聚羧酸减水剂；

其中，所述外加剂包括如下质量份数的组分：6~9份氧化锌颗粒、4~6份煅烧叶蜡石粉、0.1~0.5份三萜皂苷、0.1~0.3份无水氯化钙、1~3份稻壳灰；

所述纤维包括改性碳纤维、玄武岩纤维，所述改性碳纤维、玄武岩纤维的质量比为（30~50）：（0.5~5）；所述改性碳纤维是碳纤维通过浸没在正硅酸乙酯中，在氨气氛围下加热反应后，过滤干燥后制备而成。

2.根据权利要求1所述的一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，其特征在于，所述氧化锌颗粒的粒径为0.5~1mm。

3.根据权利要求1所述的一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，其特征在于，所述煅烧叶蜡石粉过100目筛。

4.根据权利要求1所述的一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，其特征在于，所述碳纤维的长度为5~7mm，直径为12~18mm。

5.根据权利要求1所述的一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，其特征在于，所述机制砂的粒径为0.075-0.425mm。

6.根据权利要求1所述的一种高粘性高抗渗细石喷射混凝土，其特征在于，所述特细碎石为粒径在2~8mm的连续级碎石。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的高粘性高抗渗细石喷射混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将硅酸盐水泥、机制砂、纤维、外加剂、聚羧酸减水剂、水混合，得混合胶浆；

步骤2：在混合胶浆中添加特细碎石，混匀后得预制混凝土；

步骤3：在预制混凝土中添加速凝剂，混匀后得高粘性高抗渗细石喷射混凝土。