本技術(shù)涉及噴射混凝土領(lǐng)域，更具體地說，它涉及一種使用活性再生微粉的綠色低碳高性能噴射混凝土及其制備方法、施工工藝。

背景技術(shù)：

1、噴射混凝土是在壓縮空氣或其他動力源的作用下，將膠凝材料、骨料等按一定比例拌制的混凝土高速噴射至巖石或建筑物表面，在速凝劑作用下短時間內(nèi)凝結(jié)硬化產(chǎn)生一定強(qiáng)度，形成具有封閉與支護(hù)作用的混凝土結(jié)構(gòu)，具有施工效率高、工藝簡單、經(jīng)濟(jì)效益好等諸多優(yōu)點，能夠約束和控制圍巖變形，保持施工、運營階段隧道結(jié)構(gòu)的整體性，在交通工程、水利水電、礦山支護(hù)、地下工程、修補堵漏等諸多領(lǐng)域得到廣發(fā)應(yīng)用，是保障地下空間結(jié)構(gòu)安全建設(shè)與快速施工的核心材料。

2、以川藏鐵路為例，在隧道建造過程中，受到巖爆、軟巖大變形、滲涌水及高地溫等復(fù)雜地質(zhì)條件影響，對隧道初支噴射混凝土的凝結(jié)硬化性能、早期強(qiáng)度及耐久性能要求越來越高。對此，大多數(shù)隧道工程為保障噴射混凝土具有更快的速凝效果與早期強(qiáng)度發(fā)展，普遍采用高摻量純水泥膠凝體系，部分配合比中的單方水泥用量甚至超過500kg/m3。如此高的水泥用量雖然可以滿足初期支護(hù)強(qiáng)度需求，但會增加噴射混凝土后期服役過程中的收縮開裂及耐久性劣化等風(fēng)險；此外，水泥屬于高能耗、高污染的建筑材料，相關(guān)數(shù)據(jù)表明在全球碳排放過程中有8％的二氧化碳來源于水泥。因此，如何降低噴射混凝土的水泥用量同時滿足隧道工程服役需求是一個亟待解決的難題。

3、專利號cn112047708b“一種噴射混凝土及其施工方法”，沒有采用傳統(tǒng)水泥以及速凝劑，而是通過改性磷酸鎂水泥、礦物摻合料、調(diào)凝劑等組分制備一種全新的噴射混凝土，雖然回彈率、抗壓強(qiáng)度及耐久性得到顯著提升，但所使用的材料種類過于復(fù)雜、成本過高，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。專利號cn109437706a“一種噴射混凝土及其制備方法和應(yīng)用”通過摻入石灰石粉作為礦物摻合料來降低水泥用量，雖然可以改善混凝土拌合物工作性、節(jié)約施工成本，但當(dāng)石灰石粉替代量增加時，必然會影響噴射混凝土的凝結(jié)硬化速度與早期強(qiáng)度，無法起到及時封閉巖體、穩(wěn)定圍巖的作用。專利號cn108046712b“一種高強(qiáng)度低回彈率噴射混凝土及其施工工藝”通過摻入硅灰與沸石粉替代部分水泥，并摻入一定鋼纖維增加噴射混凝土的韌性，雖然最終獲得一種回彈率低、早期強(qiáng)度高、28d甚至達(dá)到c60強(qiáng)度等級高強(qiáng)噴射混凝土，但硅灰、沸石粉與鋼纖維的組分可能會大幅增加混凝土拌合物的粘度，造成可泵性的下降，甚至?xí)a(chǎn)生堵管問題，降低施工效率。專利號cn110627446b“一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保型隧道噴射混凝土及施工工藝”通過提高砂率以及利用石屑代替部分天然河砂改善噴射混凝土的工作性，降低了回彈率和施工成本，但水泥用量仍然較高。cn114620981a“一種噴射混凝土及其制備方法和應(yīng)用”提出將再生混凝土微粉替代部分水泥并以納米籽晶早強(qiáng)劑提高早期強(qiáng)度，但所使用的再生混凝土微粉沒有進(jìn)行活化處理，僅起到一定填充作用，會對噴射混凝土的強(qiáng)度發(fā)展產(chǎn)生影響；此外，該發(fā)明所提供的實施例1和實施例2中的砂率過低，可能會影響混凝土拌合物的工作性并增加后期開裂風(fēng)險；實施例3中的水灰比過高，8h和1d抗壓強(qiáng)度實際上難以達(dá)到其測試結(jié)果，且28d抗壓強(qiáng)度較低，也會影響長期耐久性。

4、因此，亟需研發(fā)一種綠色低碳高性能噴射混凝土，可以同時滿足材料節(jié)能環(huán)保、工作性好、回彈率低、早期強(qiáng)度發(fā)展快、后期強(qiáng)度不倒縮、高耐久的需求，保障國家重大隧道工程高質(zhì)量建設(shè)，對改善環(huán)境質(zhì)量、促進(jìn)“雙碳”戰(zhàn)略實現(xiàn)及經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種使用活性再生微粉的綠色低碳高性能噴射混凝土及其制備方法、施工工藝，旨在降低噴射混凝土的水泥用量并實現(xiàn)噴射混凝土高性能化的需求。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種使用活性再生微粉的綠色低碳高性能噴射混凝土，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種使用活性再生微粉的綠色低碳高性能噴射混凝土，原料按重量份包括以下組分：水泥300-350份，活性再生微粉50-80份，早強(qiáng)型礦物摻合料60-120份，橡膠粉20-40份，疏水密實劑10-20份，粗骨料700-800份，細(xì)骨料800-900份；減水劑，摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.8％～1.2％，無氟無堿速凝劑，摻量為膠凝材料質(zhì)量的6％～9％；

4、其中，所述活性再生微粉由多元異構(gòu)醇胺和再生微粉組成，所述多元異構(gòu)醇胺的用量為膠凝材料質(zhì)量的0.1％～0.5％；所述多元異構(gòu)醇胺的結(jié)構(gòu)式如(式1)：

5、

6、其中，m＝1或2，s＝0、1、2、3或4；

7、所述早強(qiáng)型礦物摻合料為粉煤灰、礦渣粉、石灰石粉中的至少一種和硅灰、沸石粉、偏高嶺土、鋼渣粉、磷渣粉中的至少一種和早強(qiáng)劑的混合物，三者用量重量份比依次為(30-60)：(30-40)：(10-20)。

8、進(jìn)一步地，所述再生微粉需滿足細(xì)度(45μm方孔篩篩余)≤45％、粒徑≤75μm、需水量比≤115％、活性指數(shù)≥60％。

9、進(jìn)一步地，所述粉煤灰為f類i級粉煤灰，礦渣粉為s105級礦渣粉，石灰石粉28d活性指數(shù)≥70％。再進(jìn)一步地，所述硅灰28d活性指數(shù)≥100％，沸石粉為i級沸石粉，鋼渣粉為一級鋼渣粉，磷渣粉為l95級磷渣粉，偏高嶺土為超細(xì)高嶺土經(jīng)過600℃～900℃煅燒形成的粒徑為1250目左右的高活性粉體顆粒。再進(jìn)一步地，所述早強(qiáng)劑為硫酸鈉、硫酸鈣、硫酸鎂、硫代硫酸鈉、硫氰酸鈉、硝酸鈣、亞硝酸鈣、硝酸鈉中的任意一種。

10、進(jìn)一步地，所述橡膠粉為經(jīng)過表面處理后的廢舊輪胎橡膠粉，所述表面處理包括水洗法、預(yù)裹附膠凝材料法、化學(xué)溶液浸泡法中的任意一種。

11、進(jìn)一步地，所述疏水密實劑為有機(jī)硅類防水劑或乳液類防水劑。再進(jìn)一步地，所述疏水密實劑為型混凝土抗?jié)B疏水化合孔栓物。

12、進(jìn)一步地，所述粗骨料為5～10mm連續(xù)級配的天然碎石或利用隧道洞渣破碎加工而成的碎石。

13、進(jìn)一步地，所述細(xì)骨料為天然河砂、機(jī)制砂或天然河砂與機(jī)制砂混合物中任意一種，細(xì)度模數(shù)為2.5～3.2。

14、進(jìn)一步地，所述減水劑為聚羧酸減水劑和保坍劑的混合物，所述聚羧酸減水劑為羧酸鹽類減水劑、磺酸鹽類減水劑、膦酸鹽類減水劑中的至少一種。

15、進(jìn)一步地，所述聚羧酸減水劑為磺酸鹽類減水劑和膦酸鹽類減水劑的混合物，且磺酸鹽類減水劑與膦酸鹽類減水劑的質(zhì)量比為1:(1.5～3)，所述膦酸鹽類減水劑為酸醚比2.0～2.5、分子量1.5～2.0萬的膦酸鹽類減水劑。

16、第二方面，本技術(shù)提供一種使用活性再生微粉的綠色低碳高性能噴射混凝土的制備方法，采用如下的技術(shù)方案：

17、一種使用活性再生微粉的綠色低碳高性能噴射混凝土的制備方法，包括以下步驟：

18、s1、將水泥、活性再生微粉、早強(qiáng)型礦物摻合料、橡膠粉、粗骨料、細(xì)骨料干拌均勻；

19、s2、依次加入水、減水劑、疏水密實劑攪拌均勻后得到混凝土拌合物。

20、第三方面，本技術(shù)提供一種使用活性再生微粉的綠色低碳高性能噴射混凝土的施工工藝，采用如下的技術(shù)方案：

21、一種使用活性再生微粉的綠色低碳高性能噴射混凝土的施工工藝，施工工程，所述混凝土噴射距離控制在0.8～1.2m、噴射角度控制在80°～90°、噴射風(fēng)壓控制在0.8～0.9mpa、單層噴射厚度不大于5cm。

22、綜上所述，本技術(shù)具有以下有益效果：

23、1、首先本技術(shù)通過活性再生微粉、早強(qiáng)型礦物摻合料替代部分水泥，不僅可以有效降低水泥用量，減少碳排放，而且對噴射混凝土的早期強(qiáng)度沒有不利影響。

24、對于本技術(shù)的活性再生微粉而言，不同于傳統(tǒng)的物理活化和熱活化，而是將再生微粉和特定的激發(fā)劑直接混合作為活性再生微粉，不僅可以大幅降低能耗，而且有利于噴射混凝土的后期強(qiáng)度和耐久性，除此之外，有利于控制混凝土的回彈率，適用于噴射混凝土的施工。

25、采用早強(qiáng)型礦物摻合料則可以彌補水泥用量降低導(dǎo)致的早期強(qiáng)度損失，而且與活性再生微粉、水泥搭配可以充分發(fā)揮粉體材料顆粒間的互補作用，形成良好的顆粒匹配關(guān)系，增加噴射混凝土的密實程度，改善工作性、力學(xué)強(qiáng)度及耐久性。

26、2、本技術(shù)在噴射混凝土中摻入橡膠粉可以減少廢舊輪胎對環(huán)境的污染，同時對噴射混凝土也是一種很好的改性方式。摻入適量的橡膠粉，可以一定程度上改善噴射混凝土的脆性和韌性，降低應(yīng)力集中產(chǎn)生的開裂風(fēng)險；不僅如此，由于橡膠粉屬于憎水性材料，氣泡容易吸附在其表面，相當(dāng)于固體引氣劑能夠在噴射混凝土中均勻、穩(wěn)定分布，從而緩解凍脹過程中形成的靜水壓力，提升噴射混凝土的抗凍性。本技術(shù)對橡膠粉還進(jìn)行了表面預(yù)處理，有利于增強(qiáng)橡膠粉與水泥基體的界面粘結(jié)性能，從而降低對噴射混凝土力學(xué)性能的影響。

27、3、由于本技術(shù)的噴射混凝土屬于特種混凝土，受制于特殊的噴射工藝、以及速凝劑早期加速水化作用的原因，噴射混凝土整體結(jié)構(gòu)密實度不如模筑混凝土，更易遭受環(huán)境中硫酸鹽、氯鹽等侵蝕介質(zhì)滲透。本技術(shù)中通過摻入疏水密實劑，可以進(jìn)一步降低噴射混凝土的吸水率和滲透性，強(qiáng)化其在復(fù)雜環(huán)境下的耐久性，延長服役壽命。

28、4、本技術(shù)優(yōu)選利用隧道洞渣加工制備粗細(xì)骨料，減少對天然河砂及碎石的開采，與再生微粉、礦物摻合料、橡膠粉共同實現(xiàn)噴射混凝土綠色低碳化。

29、5、由于再生微粉、隧道洞渣制備的粗細(xì)骨料中存在一定石粉，均會對減水劑產(chǎn)生吸附作用，影響混凝土拌合物的工作性，對噴射混凝土的施工十分不利。因此本技術(shù)中減水劑優(yōu)選磺酸鹽類和膦酸鹽類的混合物，其中膦酸鹽類對再生微粉和石粉的適應(yīng)性最好，不會對漿體流動度、屈服應(yīng)力和吸附產(chǎn)生明顯變化，因此可以很好地起到噴射混凝土流變調(diào)控的作用。

30、6、本技術(shù)中優(yōu)選的無氟無堿型速凝劑，與早強(qiáng)型礦物摻合料具有早強(qiáng)協(xié)同效果，可以顯著提高噴射混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展速率，同時對后期強(qiáng)度及耐久性沒有不利影響。