CN112919864A - 一种再生骨料纤维增强喷射混凝土及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种再生骨料纤维增强喷射混凝土，包括如下组分的原料制备而成，具体组分为：胶凝材料100份，水泥75～85份，粉煤灰12～15份，硅灰6～8份，5～10mm碎石150～168份；5～10mm再生粗骨料39～42份，砂193～203份，0.15～5mm再生细骨料18～23份，聚丙烯纤维6～8份；拌合水40～45份，减水剂1.5～4.5份，增稠剂0.1～1份，速凝剂6～8份。本发明还公开了一种再生骨料纤维增强喷射混凝土的制备方法。本发明的喷射混凝土具有良好的抗裂性、抗渗性及抗腐蚀性，同时，具有快速、早强、施工工艺简单等特点。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域。更具体地说，本发明涉及一种再生骨料纤维增强喷射混凝土及制备方法。
背景技术
喷射混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，通过管道输送，并以高速喷射到受喷面上，通过快速凝结和硬化而与受喷面粘结成一体的混凝土，它不是依赖振动来捣实混凝土，而是在高速喷射时，由水泥与集料颗粒的反复连续撞击而使混凝土被连续充实压密，同时又可采用较小的水灰比，因而它具有较好的密实性、较高的力学强度和良好的耐久性。目前，随着湿喷技术的发展、应用和推广，以及单层喷锚支护结构形式越来越受到地下结构研究人员的青睐，纤维增强喷射混凝土在隧道锚喷支护中的应用越来越广泛，而研究表明，在纤维增强喷射混凝土的应用中，主要是以钢纤维为主。但由于钢纤维存在用量大、成本高、搅拌不均匀、喷射回弹料易划伤人体、易腐蚀等缺点，严重影响了钢纤维混凝土的推广和进一步应用。因此，大量学者开始研究可以全部或替代钢纤维的聚丙烯粗纤维，聚丙烯粗纤维具有易分散、造价低、耐腐蚀的优点，且其力学性质与钢纤维相差无几。
当前，对于自然资源相对贫乏的中国，开展建筑业可持续发展新模式刻不容缓。为了充分利用建筑固废，再生骨料制备技术作为一种新的绿色环保型科技，使得其在喷射混凝土的应用成为热门，其不仅可以节约砂石等自然资源和能源，还具有良好的环境、经济以及社会效益。然而，再生骨料混凝土自身存在压碎指标高、骨料硬度低、孔隙率大等不足，而聚丙烯纤维作为具有优越的增强、增韧、阻裂作用的材料，这使得纤维增强再生骨料喷射混凝土的制备和应用成为一种可能。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种再生骨料纤维增强喷射混凝土及制备方法，喷射混凝土具有良好的抗裂性、抗渗性及抗腐蚀性，同时，具有快速、早强、施工工艺简单等特点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种再生骨料纤维增强喷射混凝土，包括如下组分的原料制备而成，具体组分为：胶凝材料100份，水泥75～85份，粉煤灰12～15份，硅灰6～8份，5～10mm碎石150～168份；5～10mm再生粗骨料39～42份，砂193～203份，0.15～5mm再生细骨料18～23份，聚丙烯纤维6～8份；拌合水40～45份，减水剂1.5～4.5份，增稠剂0.1～1份，速凝剂6～8份。
优选的是，所述水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥、PI42.5硅酸盐水泥或PO42.5R普通硅酸盐水泥中的一种，所述粉煤灰为市售I级或II级粉煤灰，所述硅灰为超细硅灰，其中SiO2含量≥95.0。
优选的是，所述碎石为花岗岩碎石、石灰岩碎石、凝灰岩碎石的一种或几种混合，所述砂为河砂或机制砂的一种或两者混合。
优选的是，所述再生粗骨料为废弃混凝土骨料，其再生粗骨料性质符合GB/T25177-2010《混凝土用再生粗骨料》标准，所述再生细骨料为废弃混凝土骨料，其再生细骨料性质符合GB/T 25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》标准。
优选的是，所述聚丙烯纤维为粗纤维，纤维长度为30mm，直径0.73mm。
优选的是，所述增稠剂为纤维素醚、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的任意一种或或者多种，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水剂可以是聚酯型聚羧酸减水剂、聚醚型聚羧酸减水剂、酰胺/亚酰胺型聚羧酸减水剂，所述速凝剂为低碱或无碱高铝速凝剂一种。
优选的是，还包括组分：钢纤维0～0.5份。
优选的是，所述钢纤维为直径0.1mm，长度13mm的镀铜钢纤维。
优选的是，还包括组分：碳酸钙晶须0～0.5份，其粒度0.8mm以下。
本发明还提供一种再生骨料纤维增强喷射混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：先将砂、再生细骨料、纤维或/和碳酸钙晶须与30％水混合搅拌1min，形成湿润状态，再与水泥、粉煤灰和硅灰混凝土搅拌30s，后加入碎石、两种粒径再生粗骨料、余下70％水、增稠剂、减水剂混合搅拌1min，后投入到喷射机中；
步骤二：然后将速凝剂装入喷嘴中，利用压缩空气将混凝土喷射至受喷面。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明的再生骨料纤维增强喷射混凝土作为一种新型环保建筑材料，利用纤维及碳酸钙晶须的增强、阻裂、增韧、改性等作用，在一定程度上弥补了再生骨料的缺陷，再生骨料纤维增强喷射混凝土回弹率可以降低至12％以下，混凝土抗蚀系数提高到90％以上，混凝土抗硫酸盐侵蚀等级提高到KS150以下，氯离子扩散系数降低至1.5×10-12m2/s以下。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的喷射混凝土制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
以下实施例及对比例中的聚丙烯纤维为粗纤维，纤维长度为30mm，直径0.73mm；所述钢纤维为直径0.1mm，长度13mm的镀铜钢纤维；碳酸钙晶须为粒度0.8mm以下的晶须。
实施例1
一种再生骨料纤维增强喷射混凝土，包括如下组分的原料制备而成，具体组分为：胶凝材料100份，PO42.5R普通硅酸盐水泥80份，I级粉煤灰12份，超细硅灰7份，5～10mm花岗岩碎石158份；5～10mm再生粗骨料40份，河砂200份，0.15～5mm再生细骨料20份，聚丙烯纤维8份；拌合水45份，聚羧酸高性能减水剂3份，纤维素醚增稠剂0.6份，无碱高铝型速凝剂8份。
实施例2
一种再生骨料纤维增强喷射混凝土，包括如下组分的原料制备而成，具体组分为：胶凝材料100份，PO42.5R普通硅酸盐水泥80份，I级粉煤灰12份，超细硅灰7份，5～10mm花岗岩碎石158份；5～10mm再生粗骨料40份，河砂200份，0.15～5mm再生细骨料20份，聚丙烯纤维8份，钢纤维0.1份；拌合水45份，聚羧酸高性能减水剂3份，纤维素醚增稠剂0.6份，无碱高铝型速凝剂8份。
实施例3
一种再生骨料纤维增强喷射混凝土，包括如下组分的原料制备而成，具体组分为：胶凝材料100份，PO42.5R普通硅酸盐水泥80份，I级粉煤灰12份，超细硅灰7份，5～10mm花岗岩碎石158份；5～10mm再生粗骨料40份，河砂200份，0.15～5mm再生细骨料20份，聚丙烯纤维8份，钢纤维0.5份；拌合水45份，聚羧酸高性能减水剂3份，纤维素醚增稠剂0.6份，无碱高铝型速凝剂8份。
实施例4
一种再生骨料纤维增强喷射混凝土，包括如下组分的原料制备而成，具体组分为：胶凝材料100份，PO42.5R普通硅酸盐水泥80份，I级粉煤灰12份，超细硅灰7份，5～10mm花岗岩碎石158份；5～10mm再生粗骨料40份，河砂200份，0.15～5mm再生细骨料20份，聚丙烯纤维8份，钢纤维0.1份，碳酸钙晶须0.2份；拌合水45份，聚羧酸高性能减水剂3份，纤维素醚增稠剂0.6份，无碱高铝型速凝剂8份。
实施例5
一种再生骨料纤维增强喷射混凝土，包括如下组分的原料制备而成，具体组分为：胶凝材料100份，PO42.5R普通硅酸盐水泥80份，I级粉煤灰12份，超细硅灰7份，5～10mm花岗岩碎石158份；5～10mm再生粗骨料40份，河砂200份，0.15～5mm再生细骨料20份，聚丙烯纤维8份，碳酸钙晶须0.2份；拌合水45份，聚羧酸高性能减水剂3份，纤维素醚增稠剂0.6份，无碱高铝型速凝剂8份。
对比例1
一种再生骨料纤维增强喷射混凝土，包括如下组分的原料制备而成，具体组分为：胶凝材料100份，PO42.5R普通硅酸盐水泥80份，I级粉煤灰12份，超细硅灰7份，5～10mm花岗岩碎石158份；5～10mm再生粗骨料40份，河砂200份，聚丙烯纤维8份；拌合水45份，聚羧酸高性能减水剂3份，纤维素醚增稠剂0.6份，无碱高铝型速凝剂8份。
对比例2
一种再生骨料纤维增强喷射混凝土，包括如下组分的原料制备而成，具体组分为：胶凝材料100份，PO42.5R普通硅酸盐水泥80份，I级粉煤灰12份，超细硅灰7份，5～10mm花岗岩碎石158份；5～10mm再生粗骨料40份，河砂200份，聚丙烯纤维8份，钢纤维0.1份；拌合水45份，聚羧酸高性能减水剂3份，纤维素醚增稠剂0.6份，无碱高铝型速凝剂8份。
对比例3
一种再生骨料纤维增强喷射混凝土，包括如下组分的原料制备而成，具体组分为：胶凝材料100份，PO42.5R普通硅酸盐水泥80份，I级粉煤灰12份，超细硅灰7份，5～10mm花岗岩碎石158份；5～10mm再生粗骨料40份，河砂200份，0.15～5mm再生细骨料20份，聚丙烯纤维8份，钢纤维1份；拌合水45份，聚羧酸高性能减水剂3份，纤维素醚增稠剂0.6份，无碱高铝型速凝剂8份。
对比例4
一种再生骨料纤维增强喷射混凝土，包括如下组分的原料制备而成，具体组分为：胶凝材料100份，PO42.5R普通硅酸盐水泥80份，I级粉煤灰12份，超细硅灰7份，5～10mm花岗岩碎石158份；5～10mm再生粗骨料40份，河砂200份，0.15～5mm再生细骨料20份，聚丙烯纤维8份，钢纤维8份；拌合水45份，聚羧酸高性能减水剂3份，纤维素醚增稠剂0.6份，无碱高铝型速凝剂8份。
对比例5
一种再生骨料纤维增强喷射混凝土，包括如下组分的原料制备而成，具体组分为：胶凝材料100份，PO42.5R普通硅酸盐水泥80份，I级粉煤灰12份，超细硅灰7份，5～10mm花岗岩碎石158份；5～10mm再生粗骨料40份，河砂200份，聚丙烯纤维8份，钢纤维0.1份，碳酸钙晶须0.2份；拌合水45份，聚羧酸高性能减水剂3份，纤维素醚增稠剂0.6份，无碱高铝型速凝剂8份。
上述实施例1至5及对比例1至5的再生骨料纤维增强喷射混凝土均按照如下的制备方法制得，方法具体包括如下步骤：
步骤一：先将砂、再生细骨料、纤维或/和碳酸钙晶须与30％水混合搅拌1min，形成湿润状态，再与水泥、粉煤灰和硅灰混凝土搅拌30s，后加入碎石、两种粒径再生粗骨料、余下70％水、增稠剂、减水剂混合搅拌1min，后投入到喷射机中；
步骤二：然后将速凝剂装入喷嘴中，利用压缩空气将混凝土喷射至受喷面。
上述实施例1至5及对比例1至5的混凝土喷射完成后，将试件先带模养护1d后脱模，再养护7d进行切割，成型混凝土尺寸100mm×100mm×100mm试块，在温度为25±5℃时，相对湿度(RH)为98％的标准条件下将喷射混凝土立方体试样再养护21d。在初始养护28d后，将喷射混凝土试样浸入5wt％Na2SO4溶液中经历长期暴露。进行混凝土相关性能的测试，其测试结果如下表所示。
实施例1与实施例2和3对比，在喷射混凝土中加入钢纤维与聚丙烯纤维相配合，从而进一步提高了喷射混凝土的各方面性能。
实施例2和3与实施例4对比，在喷射混凝土中进一步加入碳酸钙晶须与纤维相配合，能进一步提高喷射混凝土的各方面性能。
实施例2和3、4及5对比，同时加入钢纤维及碳酸钙晶须相较于只加入钢纤维或碳酸钙晶须对提高喷射混凝土的各方面性能更显著。
实施例1、2、4及对比例1、2、5分别对比，加入再生细骨料与再生粗骨料进行配合相较于只加入再生粗骨料对提高喷射混凝土的各方面性能更显著。
实施例2和3与对比例3和4对比，加入的钢纤维必须在给定的范围才能提高喷射混凝土的各方面性能，否则喷射混凝土的各方面性能显著下降。
在再生混凝土中掺入粉煤灰、硅灰等掺合料能有效地提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能，因为混凝土中掺入这些活性混合料后，除了能够降低氢氧化钙的含量外，活性掺合料还能与水泥水化产物发生二次水化反应。其产物主要填充水泥石的毛细孔，提高水泥石的密实度、降低水泥的孔隙率，使硫酸盐介质浸入混凝土内部更为困难。另外，二次水化反应使石膏结晶受阻。由于二次水化反应，使水泥石中含量和毛细孔中石灰浓度降低，即使在浓度很高的硫酸盐环境水中，石膏结晶的速度和数量也大大减少，从而增强再生使混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力增强。
使用碳酸钙晶须微米级纤维改善再生混凝土材料的微观结构，限制内部微观尺度裂纹的产生与发展，实现对再生混凝土的微观增强；使用PVA毫米级纤维优化再生混凝土材料的细观结构，限制材料内部微裂纹贯通、融合成为细观尺度裂缝，阻碍其向宏观裂纹进一步生长、扩展，实现对混凝土材料的细观增强；使用钢纤维等厘米纤维能提高混凝土的宏观性能，通过桥联宏观裂缝发挥限裂和承载的功能，最终实现各尺度纤维的逐级增强以及各尺度纤维的正混杂增强效果。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (10)
1.一种再生骨料纤维增强喷射混凝土，其特征在于，包括如下组分的原料制备而成，具体组分为：胶凝材料100份，水泥75～85份，粉煤灰12～15份，硅灰6～8份，5～10mm碎石150～168份；5～10mm再生粗骨料39～42份，砂193～203份，0.15～5mm再生细骨料18～23份，聚丙烯纤维6～8份；拌合水40～45份，减水剂1.5～4.5份，增稠剂0.1～1份，速凝剂6～8份。
2.如权利要求1所述的再生骨料纤维增强喷射混凝土，其特征在于，所述水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥、PI42.5硅酸盐水泥或PO42.5R普通硅酸盐水泥中的一种，所述粉煤灰为市售I级或II级粉煤灰，所述硅灰为超细硅灰，其中SiO2含量≥95.0。
3.如权利要求1所述的再生骨料纤维增强喷射混凝土，其特征在于，所述碎石为花岗岩碎石、石灰岩碎石、凝灰岩碎石的一种或几种混合，所述砂为河砂或机制砂的一种或两者混合。
4.如权利要求1所述的再生骨料纤维增强喷射混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料为废弃混凝土骨料，其再生粗骨料性质符合GB/T 25177-2010《混凝土用再生粗骨料》标准，所述再生细骨料为废弃混凝土骨料，其再生细骨料性质符合GB/T 25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》标准。
5.如权利要求1所述的再生骨料纤维增强喷射混凝土，其特征在于，所述聚丙烯纤维为粗纤维，纤维长度为30mm，直径0.73mm。
6.如权利要求1所述的再生骨料纤维增强喷射混凝土，其特征在于，所述增稠剂为纤维素醚、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的任意一种或或者多种，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水剂可以是聚酯型聚羧酸减水剂、聚醚型聚羧酸减水剂、酰胺/亚酰胺型聚羧酸减水剂，所述速凝剂为低碱或无碱高铝速凝剂一种。
7.如权利要求1所述的再生骨料纤维增强喷射混凝土，其特征在于，还包括组分：钢纤维0～0.5份。
8.如权利要求7所述的再生骨料纤维增强喷射混凝土，其特征在于，所述钢纤维为直径0.1mm，长度13mm的镀铜钢纤维。
9.如权利要求1所述的再生骨料纤维增强喷射混凝土，其特征在于，还包括组分：碳酸钙晶须0～0.5份，其粒度0.8mm以下。
10.一种再生骨料纤维增强喷射混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：先将砂、再生细骨料、纤维或/和碳酸钙晶须与30％水混合搅拌1min，形成湿润状态，再与水泥、粉煤灰和硅灰混凝土搅拌30s，后加入碎石、两种粒径再生粗骨料、余下70％水、增稠剂、减水剂混合搅拌1min，后投入到喷射机中；
步骤二：然后将速凝剂装入喷嘴中，利用压缩空气将混凝土喷射至受喷面。
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