本發(fā)明涉及建筑材料，尤其是噴射混凝土，特別是涉及一種低收縮、高抗凍噴射混凝土及其制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、噴射混凝土由于其特殊的施工方法、極短的初終凝時(shí)間和早期強(qiáng)度高的特性廣泛應(yīng)用于各類隧道工程和支護(hù)（錨桿支護(hù)、襯砌支護(hù)等）工程中。但由于速凝劑的使用和射流成型工藝造成噴射混凝土具有高孔隙的特點(diǎn)。在混凝土的水化過程中，由于膠凝材料的水化反應(yīng)以及在干燥環(huán)境下的水分蒸發(fā)，這兩個(gè)過程共同導(dǎo)致了收縮的發(fā)生。噴射混凝土高孔隙為水分在其中的傳輸提供了便利通道。水分的快速傳輸造成噴射混凝土早期收縮變形量大。此外，混凝土發(fā)生收縮極易導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，從而增加了混凝土受凍破壞的風(fēng)險(xiǎn)。

2、鎂渣是金屬鎂廠冶煉鎂排出的還原廢渣。通常，每提煉1?t金屬鎂，可產(chǎn)生5~10?t廢渣。但由于缺乏安全有效的利用途徑，大部分鎂渣填埋于溝壑或地表堆存，對生態(tài)環(huán)境造成了一定的威脅。甘蔗渣是糖廠壓榨甘蔗后的廢棄物。甘蔗渣一般用作燃料來生產(chǎn)蒸汽和電力，這一過程中不可避免地產(chǎn)生了大量的甘蔗渣灰，若不能妥善處理這些甘蔗渣灰，極有可能引發(fā)新的環(huán)境挑戰(zhàn)。粉煤灰和硅灰是兩種重要的工業(yè)副產(chǎn)品，在混凝土領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。粉煤灰是燃煤鍋爐在燃燒過程中產(chǎn)生的未燃盡的細(xì)小顆粒，經(jīng)除塵系統(tǒng)收集而得。它呈灰色或灰黑色，含有多種氧化物成分，如硅、鋁、鐵等，具有火山灰性質(zhì)，可替代部分水泥用于混凝土中，提高混凝土性能。硅灰，也稱硅微粉或微硅粉，是冶煉硅鐵合金和工業(yè)硅時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)品，經(jīng)特殊裝置收集處理而成。硅灰顆粒極細(xì)，平均粒徑接近納米級別，具有極高的活性，是優(yōu)質(zhì)混凝土摻合料，能顯著提升混凝土強(qiáng)度和耐久性。

3、鑒于噴射混凝土在工程應(yīng)用中所存在的問題，同時(shí)考慮到相關(guān)工業(yè)固廢的浪費(fèi)和對環(huán)境的污染現(xiàn)象，有必要進(jìn)行相關(guān)的研究和改進(jìn)嘗試，以在解決噴射混凝土高收縮變形和低抗凍性問題的同時(shí)變廢為寶，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種低收縮、高抗凍噴射混凝土及其制備方法、應(yīng)用，以解決噴射混凝土在工程應(yīng)用中的高收縮變形和低抗凍性問題。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明首先一個(gè)方面提供一種低收縮、高抗凍噴射混凝土，按重量計(jì)包括：

4、12-18份水泥、6-9份水、30-40份細(xì)骨料、30-40份粗骨料、2-8份固廢摻合料、1-2份速凝劑、0.1-0.3份減水劑；并且

5、所述的固廢摻合料按重量計(jì)包括：30-40份鎂渣、15-20份粉煤灰、10-15硅灰、10-20份甘蔗渣灰和10-20份甘蔗纖維。

6、作為上述任意方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的固廢摻合料按重量計(jì)包括：35份鎂渣、15份粉煤灰、15硅灰、15份甘蔗渣灰和15份甘蔗纖維。

7、作為上述任意方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的固廢摻合料按重量計(jì)包括：30份鎂渣、15份粉煤灰、10硅灰、10份甘蔗渣灰和10份甘蔗纖維。

8、作為上述任意方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的固廢摻合料按重量計(jì)包括：40份鎂渣、20份粉煤灰、15硅灰、20份甘蔗渣灰和20份甘蔗纖維。

9、作為上述任意方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的固廢摻合料按照如下流程制備：

10、按重量計(jì)稱取30-40份鎂渣、15-20份粉煤灰、10-15份硅灰、10-20份甘蔗渣灰和10-20份甘蔗纖維；

11、將鎂渣、粉煤灰和甘蔗渣灰分別粉磨到比表面積為400-500?m2/kg，將硅灰粉磨到比表面積為2000-3000?m2/kg；

12、粉磨后的鎂渣、粉煤灰和甘蔗渣灰加入粉磨后的硅灰和甘蔗纖維后混勻；

13、混勻后加入10-20份飽和ca(oh)2溶液進(jìn)行預(yù)吸水和激活。

14、作為上述任意方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的水泥為普通硅酸鹽水泥或抗硫酸鹽水泥；和/或

15、所述的細(xì)骨料為細(xì)度模數(shù)為2.6的天然砂或機(jī)制砂；和/或

16、所述的粗骨料為連續(xù)級配為5-10?mm的碎石或陶粒；和/或

17、所述的速凝劑為硫酸鋁型無堿速凝劑或氫氟酸型無堿速凝劑；和/或

18、所述的減水劑為聚羧酸減水劑。

19、作為上述任意方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的鎂渣質(zhì)量份數(shù)組成包括：40-65份cao、60-80份sio2、5-8份mgo、2-5份fe2o3；和/或

20、所述的粉煤灰質(zhì)量份數(shù)組成包括：2.5-10份cao、35-55份sio2、20-30份al2o3、0.5-2份mgo、0.5-1份so3、2-20份fe2o3；和/或

21、所述的硅灰質(zhì)量份數(shù)組成包括：0.1-0.5份cao、90-96份sio2、0.5-2份al2o3、0.5-2份mgo；和/或

22、所述的甘蔗渣灰質(zhì)量份數(shù)組成包括：60-80份sio2、10-20份al2o3、1-5份cao、1-3份mgo、3-8份fe2o3、1-6份k2o、1-2份na2o；和/或

23、所述的甘蔗纖維質(zhì)量份數(shù)組成為：40-50份纖維素、20-30份半纖維素、1-5份酸溶木質(zhì)素、15-25份酸不溶木質(zhì)素。

24、作為上述任意方案的進(jìn)一步改進(jìn)，該低收縮、高抗凍噴射混凝土的收縮率不高于365?με、抗凍性不低于f250。

25、本發(fā)明另一個(gè)方面提供一種根據(jù)上述的低收縮、高抗凍噴射混凝土的制備方法，包括如下步驟：

26、按配比稱取所需原料，將水泥、固廢摻合料、細(xì)骨料、粗骨料混合后，加入水同時(shí)緩慢加入減水劑得混凝土；

27、在噴混機(jī)料嘴處霧化混凝土和速凝劑形成料束噴射，得到噴射混凝土。

28、本發(fā)明再一個(gè)方面提供一種根據(jù)上述的低收縮、高抗凍噴射混凝土在低溫凍融循環(huán)支護(hù)工程中的應(yīng)用。

29、本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：本發(fā)明提供一種低收縮、高抗凍噴射混凝土及其制備方法、應(yīng)用，針對噴射混凝土的高收縮變形和低抗凍性的問題，本發(fā)明協(xié)同利用鎂渣、粉煤灰、硅灰、甘蔗渣灰和甘蔗纖維制備固廢摻合料，利用鎂渣、粉煤灰、硅灰、甘蔗渣灰的火山灰活性、粉煤灰和硅灰的滾珠潤滑和填充作用、甘蔗渣灰和甘蔗纖維的增韌作用，利用飽和ca(oh)2溶液對固廢摻合料激活反應(yīng)的同時(shí)對鎂渣和甘蔗渣灰預(yù)吸水處理，使其持續(xù)釋水，改善噴射混凝土的高收縮變形性能和抗凍性，收縮率能夠降低至365?με及以下、抗凍性能夠達(dá)到f250及以上。本發(fā)明不僅有效促進(jìn)了固體廢棄物的資源化與高值化利用，還顯著減少了噴射混凝土在固化過程中的體積收縮現(xiàn)象，同時(shí)大幅增強(qiáng)了其抵抗低溫凍融循環(huán)破壞的能力，可廣泛契合于對混凝土材料有嚴(yán)格收縮控制及高抗凍性需求的各類工程建設(shè)之中，尤其是噴射混凝土支護(hù)工程。

30、應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明任一實(shí)施方式的實(shí)現(xiàn)并不意味要同時(shí)具備或達(dá)到上述有益效果的多個(gè)或全部。

技術(shù)特征：

1.?一種低收縮、高抗凍噴射混凝土，其特征在于，按重量計(jì)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低收縮、高抗凍噴射混凝土，其特征在于，所述的固廢摻合料按重量計(jì)包括：35份鎂渣、15份粉煤灰、15硅灰、15份甘蔗渣灰和15份甘蔗纖維。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低收縮、高抗凍噴射混凝土，其特征在于，所述的固廢摻合料按重量計(jì)包括：30份鎂渣、15份粉煤灰、10硅灰、10份甘蔗渣灰和10份甘蔗纖維。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低收縮、高抗凍噴射混凝土，其特征在于，所述的固廢摻合料按重量計(jì)包括：40份鎂渣、20份粉煤灰、15硅灰、20份甘蔗渣灰和20份甘蔗纖維。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的低收縮、高抗凍噴射混凝土，其特征在于，所述的固廢摻合料按照如下流程制備：

6.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的低收縮、高抗凍噴射混凝土，其特征在于，所述的水泥為普通硅酸鹽水泥或抗硫酸鹽水泥；和/或

7.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的低收縮、高抗凍噴射混凝土，其特征在于，所述的鎂渣質(zhì)量份數(shù)組成包括：40-65份cao、60-80份sio2、5-8份mgo、2-5份fe2o3；和/或

8.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的低收縮、高抗凍噴射混凝土，其特征在于，該低收縮、高抗凍噴射混凝土的收縮率不高于365?με、抗凍性不低于f250。

9.一種根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的低收縮、高抗凍噴射混凝土的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

10.一種根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的低收縮、高抗凍噴射混凝土在低溫凍融循環(huán)支護(hù)工程中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種低收縮、高抗凍噴射混凝土及其制備方法、應(yīng)用。低收縮、高抗凍噴射混凝土按重量計(jì)包括：12?18份水泥、6?9份水、30?40份細(xì)骨料、30?40份粗骨料、2?8份固廢摻合料、1?2份速凝劑、0.1?0.3份減水劑；并且所述的固廢摻合料按重量計(jì)包括：30?40份鎂渣、15?20份粉煤灰、10?15硅灰、10?20份甘蔗渣灰和10?20份甘蔗纖維。本發(fā)明不僅有效促進(jìn)了固體廢棄物的資源化與高值化利用，還顯著減少了噴射混凝土在固化過程中的體積收縮現(xiàn)象，同時(shí)大幅增強(qiáng)了其抵抗低溫凍融循環(huán)破壞的能力，可廣泛契合于對噴射混凝土材料有嚴(yán)格收縮控制及高抗凍性需求的各類工程建設(shè)之中，尤其是噴射混凝土支護(hù)工程。

技術(shù)研發(fā)人員：高宇,王家赫,王嘉旋,譚鹽賓,仲新華,渠亞男,孔慶欣
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：2024/10/10