[發明專利]隧道高地溫干熱環境專用噴射混凝土材料

有效

• 申請號: 202010033964.1
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111205045B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 崔圣愛;劉品;許雪峰;符飛;郭晨;李固華;李福海
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C04B28/06
• 分類號: C04B28/06
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄;廖祥文

本發明公開了一種隧道高地溫干熱環境專用噴射混凝土材料，混凝土按每立方米計膠凝材料總量為400～420kg；膠凝材料按重量百分比含普通硅酸鹽水泥83％～89％，硫鋁酸鹽水泥10％～15％，納米二氧化硅1％～2％；鋼纖維按照體積比0.4％～0.6％摻加；減縮劑按照膠凝材料重量的5％加入；混凝土配制時速凝劑按膠凝材料重量的3～5％加入；膠骨比1:4.0～1:4.5；水膠比不大于0.50。本發明專用噴射混凝土在一定配量比物料協同作用下，具有比相同強度等級普通噴射混凝土更高的抗壓強度和抗拉強度。根據干熱環境溫度不同，粘結強度達到普通噴射混凝土的2～4倍，回彈率僅為普通噴射混凝土的1/3～1/2。

所屬技術領域

本發明技術屬于混凝土領域,具體涉及一種隧道高地溫干熱環境專用噴射混凝土材料。

背景技術

“多、長、大、深”，即數量多、長度大、大斷面、大埋深已經成為我國隧道工程發展的趨勢。深埋長大隧道在克服高山峽谷等地形障礙、縮短空間距離及改善陸路交通工程運行質量等方面具有不可替代的作用。隨著設計理論和施工技術的進步，鐵路、公路、水電、跨流域調水及礦產資源等領域將會修建更多的深埋長大隧道，伴隨而來的高地溫問題也日益突出。隧道高地溫主要以兩種形式出現，一種是干熱，即在地質構造較好的地方，地質層內部熱量通過巖石傳到隧道表面。另一種是濕熱，即在斷裂破碎、斷裂轉折復合及巖石破碎地段，裂隙發育程度高，地下熱水富集形成溫泉。其中，干熱環境主要源于火山輻射地熱(地下熱水通過巖石輻射熱)、放射性元素裂變輻射熱、地球地幔對流熱，對隧道工程造成危害的主要是前兩者。

實際工程調研表明，在高地溫隧道中，干熱環境普遍存在。在干熱環境下，噴射混凝土快速升溫與失水，導致水泥基材料微細觀結構劣化，這種劣化與混凝土物化收縮及界面非均勻溫度效應共同作用，使得噴射混凝土粘結力損傷機理更加復雜。高地溫環境對噴射混凝土性能的影響是從噴射混凝土噴到巖面，即開始影響膠凝材料的水化性能及強度的發展，從而影響到噴射混凝土的粘結強度及回彈量。普通噴射混凝土主要由水泥、普通砂石及速凝劑組成，在高地溫干熱環境中，普通噴射混凝土回彈量顯著增大，粘結力損失嚴重，甚至脫粘開裂，對圍巖的支護作用失效，成為影響高地溫噴射混凝土性能的關鍵要素，至今還未有有效的解決方案。

發明內容

鑒于現有技術的以上缺點，本發明的目的是，提供一種性能更為良好，適合隧道高地溫干熱環境應用的噴射混凝土。

本發明的目的是通過如下的手段實現的。

隧道高地溫干熱環境專用噴射混凝土材料，混凝土按每立方米計膠凝材料總量為400～420kg，膠凝材料按重量百分比分別含普通硅酸鹽水泥83％～89％，硫鋁酸鹽水泥10％～15％，納米二氧化硅1％～2％；鋼纖維按照體積比0.4％～0.6％摻加；減縮劑按照膠凝材料重量的5％加入；速凝劑按膠凝材料重量的3～5％加入；減水劑摻量按膠凝材料重量的0.8％～1.5％加入；膠骨比1:4.0～1:4.5；水膠比不大于0.50。

本發明具有如下有益效果：

本發明提供一種隧道高地溫干熱環境專用噴射混凝土材料，因鋼纖維具有導熱快，摻加鋼纖維后，混凝土在高地溫環境下更快地達到內部溫度的均勻一致，從而減少溫度梯度產生的內部應力，減少內部損傷，同時，借助端鉤型鋼纖維界面上的粘著力、摩阻力、機械咬合力，阻止或阻滯原有裂縫的開展，可以顯著改善界面性能，提高粘結強度。摻加納米氧化硅，由于其具有極高的表面積，因而具備強烈的微集料效應和火山灰效應，并且還有成核效應，從而可以促進噴射混凝土在高地溫環境失水過快的嚴峻情況下，迅速水化和凝結，提高早齡期強度，減少回彈。摻加一定量硫鋁酸鹽水泥替代普通硅酸鹽水泥，可以調整凝結時間，提高早齡期強度，同時硫鋁酸鹽水泥具有微膨脹性，可以減小干熱環境下混凝土收縮，進一步降低回彈率，適量摻加能夠在優化配合比的同時也兼顧平衡經濟性。摻加減縮劑，可以減少高地溫干熱環境下噴射混凝土過快失水導致的干縮變形，限制開裂，增強穩定性，提高噴射混凝土-巖石界面粘結性能。

具體實施方式

下面結合具體實施對本發明作進一步描述。