本發(fā)明屬于建筑材料，涉及一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、

2、高地?zé)崾苟词壹皫r壁溫度升高，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部孔隙率增加、孔徑增大，進(jìn)而顯著降低了混凝土的內(nèi)部密實性，嚴(yán)重影響了其后期強(qiáng)度和耐久性。此外，由溫度場梯度分布產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，還極易導(dǎo)致混凝土開裂，威脅到隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

3、為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，提升混凝土的隔熱性能成為了一個關(guān)鍵的研究方向。隔熱性能的提升主要依賴于引入低導(dǎo)熱系數(shù)的骨料或形成有效的隔熱孔洞，以有效阻止空氣對流，進(jìn)而降低熱輻射和熱傳導(dǎo)?？招牟Ａ⒅樽鳛橐环N中空的微小圓球狀粉末，因其分散性好、隔熱性佳而備受關(guān)注，然而，若要達(dá)到理想的隔熱效果，需要較高的摻量，但會對混凝土的工作狀態(tài)和強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。氣凝膠作為一種具有致密的納米孔及多級分形孔道微結(jié)構(gòu)的超輕材料，其導(dǎo)熱系數(shù)極低，約為0.01w/(m·k)～0.02w/(m·k)，展現(xiàn)出了優(yōu)異的隔熱性能。而氣凝膠本身存在親水性強(qiáng)、脆性大等缺點，容易吸收空氣中的水分，導(dǎo)致內(nèi)部精細(xì)的納米骨架被破壞，從而難以長期保存和應(yīng)用。

4、專利cn?117719065?a中公開了一種低導(dǎo)熱、高耐熱的噴射混凝土及制作方法，通過摻入飽水陶粒來提升混凝土的隔熱性能，但并未考慮陶粒自身密度較小，分布不均對工作性能的影響。專利cn110510954b公開了一種高地溫隧道用高強(qiáng)噴射混凝土及其制備方法，通過引入改性橡膠粉與?；⒅榻档蛯?dǎo)熱系數(shù)，達(dá)到隔熱效果，但并未考慮過高摻量輕質(zhì)骨料對于混凝土強(qiáng)度的影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

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2、本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土，并提供其制備方法。

3、本發(fā)明所述的一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土包括以下重量份的原料：水泥400～500份，粗骨料750～880份，細(xì)骨料300～650份，水110～180份，外加劑3.5～6.0份，空心玻璃微球14～40份，改性疏水氣凝膠0.2～0.8份，硅灰漿20～40份，高溫適應(yīng)型無堿速凝劑30～40份；其中所述空心玻璃微球為三種不同粒徑空心玻璃微球通過級配優(yōu)化混合得到；其中所述改性疏水氣凝膠為硅源a與硅源b通過共前驅(qū)體法制得。

4、所述空心玻璃微球通過級配優(yōu)化得來，且分為粗、中、細(xì)三種粒徑，其中，粗顆粒粒徑范圍為0.6mm～0.8mm，中顆粒粒徑范圍為0.3mm～0.6mm，細(xì)顆粒粒徑范圍為0.02mm～0.3mm，各級配比例為粗:中:細(xì)=5～7:1～3:1～3。

5、所述氣凝膠導(dǎo)熱系數(shù)＜0.05w/m·k，疏水角＞140°，所述硅源a為水玻璃、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯中的至少一種，硅源b為甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙氧基三甲基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、三甲基三乙基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的至少一種。

6、所述硅灰漿為硅灰、水與分散劑經(jīng)過多級分散得到的穩(wěn)定懸浮漿體，固含量大于50%。

7、該噴射混凝土中所用水泥為p·o42.5普通硅酸鹽水泥；所述細(xì)骨料為河砂或機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為2.5～3.0；所述粗骨料為天然碎石，粒徑為5mm～10mm。

8、該噴射混凝土中所用速凝劑為高溫適應(yīng)型無堿速凝劑由硫酸鋁、醇胺、增強(qiáng)相復(fù)配而成，所述醇胺包括乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一種，增強(qiáng)相包括碳酸鈉、硫酸鎂、硫酸鈉、氟硅酸鎂、氟硅酸鈉中的至少一種。滿足凈漿初凝時間（5℃）≤5min、凈漿終凝時間（5℃）≤10min、砂漿28d抗壓強(qiáng)度比（80℃）≥90%；所述外加劑為聚羧酸高性能減水劑，減水率≥25%。

9、該噴射混凝土的制備方法包括以下步驟：

10、（1）向攪拌機(jī)中投入水泥、細(xì)骨料、粗骨料、空心玻璃微球、氣凝膠后攪拌30s的到干混料；

11、（2）向干混料中加入水、外加劑攪拌3?min得到混凝土拌合物；

12、（3）將拌合物加入濕噴設(shè)備中與速凝劑混合后噴射至受噴面即可得到一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土。

13、該噴射混凝土在高地?zé)崴淼?、高溫涌水隧道及存在高地?zé)峁r的地下工程中的應(yīng)用。

14、本發(fā)明的一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土的積極效果是：

15、本發(fā)明所提出的一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土及其制備方法，空心玻璃微珠與氣凝膠共同使用以降低混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，提升混凝土的隔熱性能。玻璃微珠進(jìn)行級配優(yōu)化，使其在混凝土內(nèi)部分布更為均勻，形成了更為緊密和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而有效提升了混凝土的抗壓強(qiáng)度。通過共前驅(qū)體法制得疏水氣凝膠，改善了本身易吸水、易團(tuán)聚等缺點，提高了其在混凝土中的穩(wěn)定性和耐久性，同時疏水氣凝膠還能在混凝土內(nèi)部形成一層保護(hù)層，降低環(huán)境中水分與高溫對混凝土的劣化影響。

16、此外一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土，所采用的速凝劑為由硫酸鋁、醇胺、增強(qiáng)相復(fù)配而成的高溫適應(yīng)型無堿速凝劑，可有效提升高溫環(huán)境下速凝劑的促凝早強(qiáng)功能與穩(wěn)定性。硅灰懸浮液的加入能夠提升水化硅酸鈣，鈣礬石等水化產(chǎn)物的高溫穩(wěn)定性，防止水化產(chǎn)物因高溫劣化對混凝土性能帶來影響。采用本方法制得得噴射混凝土56d導(dǎo)熱系數(shù)不大于2?.0w/(m·k)，56?d?耐熱指數(shù)（80℃）不低于90％。

技術(shù)特征：

1.一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土，其特征在于：包括以下重量份的原料：水泥400～500份，粗骨料750～880份，細(xì)骨料300～650份，水110～180份，外加劑3.5～6.0份，空心玻璃微球14～40份，改性疏水氣凝膠0.2～0.8份，硅灰漿20～40份，高溫適應(yīng)型無堿速凝劑30～40份；其中所述空心玻璃微球為三種不同粒徑空心玻璃微球通過級配優(yōu)化混合得到；其中所述改性疏水氣凝膠為硅源a與硅源b通過共前驅(qū)體法制得。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土，其特征在于所述空心玻璃微球通過級配優(yōu)化得來，且分為粗、中、細(xì)三種粒徑，其中，粗顆粒粒徑范圍為0.6mm～0.8mm，中顆粒粒徑范圍為0.3mm～0.6mm，細(xì)顆粒粒徑范圍為0.02mm～0.3mm，各級配比例為粗:中:細(xì)=5～7:1～3:1～3。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土，其特征在于所述氣凝膠導(dǎo)熱系數(shù)＜0.05w/m·k，疏水角＞140°，所述硅源a為水玻璃、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯中的至少一種，硅源b為甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙氧基三甲基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、三甲基三乙基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的至少一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土，其特征在于所述硅灰漿為硅灰、水與分散劑經(jīng)過多級分散得到的穩(wěn)定懸浮漿體，固含量大于50%。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土，其特征在于所述水泥為p·o42.5普通硅酸鹽水泥；所述細(xì)骨料為河砂或機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為2.5～3.0；所述粗骨料為天然碎石，粒徑為5mm～10mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土，其特征在于所述高溫適應(yīng)型無堿速凝劑由硫酸鋁、醇胺、增強(qiáng)相復(fù)配而成，所述醇胺包括乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一種，增強(qiáng)相包括碳酸鈉、硫酸鎂、硫酸鈉、氟硅酸鎂、氟硅酸鈉中的至少一種。滿足凈漿初凝時間（5℃）≤5min、凈漿終凝時間（5℃）≤10min、砂漿28d抗壓強(qiáng)度比（80℃）≥90%。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土，其特征在于所述外加劑為聚羧酸高性能減水劑，減水率≥25%。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土在高地?zé)崴淼?、高溫涌水隧道及存在高地?zé)峁r的地下工程中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于高地?zé)崴淼拉h(huán)境的噴射混凝土及其制備方法。這種噴射混凝土是由水泥、空心玻璃微珠、改性疏水氣凝膠、粗骨料、細(xì)骨料、水、外加劑、硅灰漿、高溫適用性速凝劑等組分制成。本發(fā)明中通過引入高強(qiáng)空心玻璃微珠與氣凝膠作為隔熱骨料，空心玻璃微珠采用三種粒徑進(jìn)行級配優(yōu)化，氣凝劑采用共前驅(qū)體法進(jìn)行疏水改性，兩者的引入能夠大幅降低噴射混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，提升其隔熱性能；硅灰漿與高溫適用性速凝劑的引入能改善噴射混凝土工作性能，保障水化產(chǎn)物的高溫穩(wěn)定性。該噴射混凝土的應(yīng)用能夠有效降低高地溫隧道中的洞室溫度，削弱高溫環(huán)境對噴射混凝土長期性能的影響，從而有效延長噴射混凝土在高溫環(huán)境下的服役壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：程冠之,李大林,關(guān)文勛,謝永江,譚鹽賓,馮仲偉,鄭新國,方興,栗少清,周浩,曾玉德,王旭,王希
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8