高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)用混凝土的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地下工程材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)用混凝土。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著我國在西部開展公路、鐵路和水電站等大型工程的建設(shè)，很多工程要穿越山區(qū)修建深埋長(zhǎng)隧道工程，這些工程不可避免地通過高地應(yīng)力高地溫地段。在高地應(yīng)力高地溫地段，會(huì)遭遇巖爆、地?zé)岷C合性問題，給在該地段施工帶人員來了巨大挑戰(zhàn)。
[0003]在高溫環(huán)境中，襯砌混凝土的內(nèi)外表面存在溫度差，產(chǎn)生溫度附加應(yīng)力，使得混凝土開裂，混凝土的耐久性大大降低。同時(shí)，高溫環(huán)境給隧道的施工和運(yùn)營帶來很大的影響。
[0004]在高地應(yīng)力場(chǎng)條件下，巖爆是地下工程中極易發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。巖體內(nèi)開挖地下工程，巖體中積聚的變形能突然猛烈釋放，導(dǎo)致巖石爆裂并彈射出來的現(xiàn)象，輕微的巖爆僅有剝落巖片，無彈射現(xiàn)象，嚴(yán)重則巖塊拋射，對(duì)施工人員和施工設(shè)備帶來嚴(yán)重威脅。
[0005]在高地應(yīng)力高地溫地段，會(huì)遭遇巖爆、地?zé)岷C合性問題。在這種情況下，常規(guī)的混凝土難以滿足施工要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上面所述問題，本發(fā)明提供了一種用于高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)的混凝土，在高地應(yīng)力高地溫情況下，混凝土的強(qiáng)度不會(huì)降低，表面不會(huì)開裂，具有很好的耐熱性能和韌性。具體的技術(shù)方案為:
[0007]高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)用混凝土，lm3所含原料質(zhì)量分別為:水泥350?400kg、粗骨料850?1000kg、砂子450?550kg、水200?220kg、II級(jí)粉煤灰50?100kg、玄武巖纖維20?40kg、可再分散乳膠粉10?15kg、仿鋼纖維6?8kg、聚羧酸高性能減水劑2?3kg、速凝劑10?15kg。
[0008]所述的水泥為普通娃酸鹽水泥，型號(hào)為P.042.5。
[0009]所述的粗骨料為連續(xù)級(jí)配玄武巖碎石或人工碎石，粒徑為5?10mm，具體采用哪種粗骨料根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的原材料而定。
[0010]所述的粉煤灰采用II級(jí)粉煤灰，可以替代部分普通硅酸鹽水泥作膠凝材料，改善混凝土拌合物的和易性，減少混凝土的收縮和開裂，減少混凝土養(yǎng)護(hù)中的水化熱，很好地補(bǔ)償混凝土的后期強(qiáng)度。
[0011]所述玄武巖纖維是一種耐高溫的纖維，添加玄武巖纖維后，使得混凝土能耐80°C左右的高溫，也能提高混凝土的強(qiáng)度，所以通過對(duì)玄武巖纖維量的控制既可以提高混凝土的耐高溫性能也能改善其強(qiáng)度。
[0012]所述的可再分散乳膠粉成分為丙烯酸酯與苯乙烯共聚膠粉，摻加到混凝土中后，能提高混凝土的施工性能，使混凝土具有較強(qiáng)的粘附性，噴射混凝土?xí)r能很好地與圍巖緊密結(jié)合?；炷劣不?，其內(nèi)聚力增加，密實(shí)度高，抗彎折抗拉強(qiáng)度高，同時(shí)，混凝土的具有很高的可塑性。
[0013]所述的仿鋼纖維為增韌型聚丙烯合成粗纖維，是針對(duì)于鋼纖維而研制的替代品，不僅具有鋼纖維的強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度高、抗裂性能好等特點(diǎn)，而且具有易分散、易施工、耐疲勞、高韌性等性能，由于仿鋼纖維密度小，單位體積加入的質(zhì)量輕，較鋼纖維經(jīng)濟(jì)。考慮到噴射混凝土的攪拌和施工，攪拌機(jī)宜選用雙軸臥式強(qiáng)制攪拌機(jī)，長(zhǎng)度為20mm?30mm。
[0014]由于混凝土內(nèi)加入可再分散乳膠粉和仿鋼纖維，混凝土的密實(shí)度高，施工性能好，噴射厚度可達(dá)到15cm以上，克服了一般噴射混凝土的缺點(diǎn)。同時(shí)，大大提高了混凝土的可塑性和韌性，能較好地吸收巖爆產(chǎn)生的應(yīng)變能，有效地防止巖爆。
[0015]所述鋁酸鹽速凝劑是最適合高溫隧道環(huán)境的混凝土速凝劑，優(yōu)選鋁酸鈉速凝劑。
[0016]高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)用混凝土，適用于圍巖溫度30°C?80°C、圍巖強(qiáng)度比〈7、圍巖強(qiáng)度oe>90MPa的硬質(zhì)圍巖；施工的厚度為10?15cm，在此厚度范圍內(nèi)，可滿足高應(yīng)力圍巖的彈性極限。
[0017]本發(fā)明提供的高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)用混凝土既具有耐熱性能，又具有防巖爆等脆性破壞的功能，能治理巖爆、地?zé)岷C合性問題。該混凝土易于拌合，施工性能好，噴射到圍巖上能迅速地與圍巖粘結(jié)，在速凝劑的作用下，混凝土在較短時(shí)間內(nèi)硬化?；炷劣不?，其耐熱性能好、抗壓強(qiáng)度高、抗拉抗彎折強(qiáng)度高、韌性好、抗裂性好。該混凝土在高地應(yīng)力高地溫條件下，混凝土的強(qiáng)度不會(huì)發(fā)生太大變化，能減少巖爆的發(fā)生，保障了施工人員的人身安全，減少了設(shè)備的損耗，營造了良好的運(yùn)營環(huán)境。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例和對(duì)比例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行闡明。
[0019]實(shí)施例1
[0020]高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)用混凝土，噴層厚度為15cm，lm3所含原料質(zhì)量分別為:水泥400kg、粗骨料910kg、砂子480kg、水200kg、II級(jí)粉煤灰50kg、玄武巖纖維40kg、可再分散乳膠粉10kg、仿鋼纖維6kg、聚羧酸高性能減水劑3kg、招酸鹽速凝劑15kg。
[0021]將混凝土的各原料在雙軸臥式強(qiáng)制攪拌機(jī)里攪拌制得所需要的混凝土，經(jīng)過試驗(yàn)，其結(jié)果顯示:該混凝土能耐80°C的高溫，且在高溫下混凝土的強(qiáng)度不會(huì)改變，也不會(huì)出現(xiàn)裂縫；在鐵錘的重力沖擊下，混凝土的雖有變形，但沒有出現(xiàn)裂縫，強(qiáng)度下降不多，能繼續(xù)支護(hù)圍巖。所以，本發(fā)明制得的混凝土耐熱，防治巖爆，能達(dá)到特殊條件下的施工要求。
[0022]實(shí)施例2
[0023]高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)用混凝土，噴層厚度為10cm，lm3所含原料質(zhì)量分別為:水泥350kg、粗骨料1000kg、砂子450kg、水220kg、II級(jí)粉煤灰100kg、玄武巖纖維30kg、可再分散乳膠粉12kg、仿鋼纖維7kg、聚羧酸高性能減水劑2kg、速凝劑10kg。
[0024]實(shí)施例3
[0025]高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)用混凝土，噴層厚度為15cm，水泥380kg、粗骨料850kg、砂子550kg、水210kg、II級(jí)粉煤灰80kg、玄武巖纖維20kg、可再分散乳膠粉15kg、仿鋼纖維8kg、聚羧酸高性能減水劑2kg、速凝劑12kg。
[0026]對(duì)比例1
[0027]混凝土，噴層厚度為15cm，lm3所含原料質(zhì)量分別為:水泥400kg、粗骨料937kg、砂子485kg、水200kg、II級(jí)粉煤灰50kg、可再分散乳膠粉10kg、仿鋼纖維6kg、聚羧酸高性能減水劑3kg、鋁酸鹽速凝劑15kg。
[0028]該對(duì)比例與實(shí)施例比較，沒有摻加玄武巖纖維，經(jīng)過試驗(yàn)，其結(jié)果顯示:在混凝土一側(cè)加熱，另一側(cè)混凝土的溫度明顯升高，高于室內(nèi)溫度。顯然，無玄武巖纖維時(shí)，混凝土無隔熱效果。
[0029]對(duì)比例2
[0030]混凝土，噴層厚度為15cm，lm3所含原料質(zhì)量分別為:水泥400kg、粗骨料945kg、砂子498kg、水200kg、II級(jí)粉煤灰50kg、玄武巖纖維40kg、仿鋼纖維6kg、聚羧酸高性能減水劑3kg、鋁酸鹽速凝劑15kg。
[0031]該對(duì)比例與實(shí)施例比較，沒有摻加可再分散乳膠粉，經(jīng)過試驗(yàn)，其結(jié)果顯示:混凝土噴射到圍巖上的粘結(jié)力較低，容易掉落，混凝土的密實(shí)度減小。
[0032]對(duì)比例3
[0033]混凝土，噴層厚度為15cm，lm3所含原料質(zhì)量分別為:水泥400kg、粗骨料921kg、砂子486kg、水200kg、II級(jí)粉煤灰50kg、玄武巖纖維40kg、可再分散乳膠粉10kg、聚羧酸高性能減水劑3kg、鋁酸鹽速凝劑15kg。
[0034]該對(duì)比例與實(shí)施例比較，沒有摻加仿鋼纖維，經(jīng)過試驗(yàn)，其結(jié)果顯示:在鐵錘的重力沖擊下，混凝土表面碎裂，出現(xiàn)大量裂縫，強(qiáng)度大大下降。
[0035]與對(duì)比例相比，實(shí)施例所制得的隔熱混凝土，耐熱性能好、抗壓強(qiáng)度高、抗拉抗彎折強(qiáng)度高、韌性好、抗裂性好，能治理高地應(yīng)力高地溫條件下的巖爆、地?zé)岷C合性問題。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)用混凝土，其特征在于，lm3所含原料質(zhì)量分別為:水泥350?400kg、粗骨料850?1000kg、砂子450?550kg、水200?220kg、II級(jí)粉煤灰50?100kg、玄武巖纖維20?40kg、可再分散乳膠粉10?15kg、仿鋼纖維6?8kg、聚羧酸高性能減水劑2?3kg、速凝劑10?15kg。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)用混凝土，其特征在于，所述的粗骨料為連續(xù)級(jí)配玄武巖碎石或人工碎石，粒徑為5?10_。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)用混凝土，其特征在于，所述的可再分散乳膠粉成分為丙烯酸酯與苯乙烯共聚膠粉。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)用混凝土，其特征在于，所述的仿鋼纖維為增韌型聚丙烯合成粗纖維，長(zhǎng)度為20mm?30mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)用混凝土，其特征在于，所述的速凝劑為鋁酸鹽速凝劑。
【專利摘要】本發(fā)明屬于地下工程材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及高地應(yīng)力高地溫隧道開挖初期支護(hù)用混凝土，1m3所含原料質(zhì)量分別為：水泥350～400kg、粗骨料850～1000kg、砂子450～550kg、水200～220kg、Ⅱ級(jí)粉煤灰50～100kg、玄武巖纖維20～40kg、可再分散乳膠粉10～15kg、仿鋼纖維6～8kg、聚羧酸高性能減水劑2～3kg、速凝劑10～15kg。該混凝土既具有耐熱性能，又具有防巖爆等脆性破壞的功能，能治理巖爆、地?zé)岷C合性問題，該混凝土易于拌合，施工性能好，噴射到圍巖上能迅速地與圍巖粘結(jié)，在速凝劑的作用下，混凝土在較短時(shí)間內(nèi)硬化。混凝土硬化后，其耐熱性能好、抗壓強(qiáng)度高、抗拉抗彎折強(qiáng)度高、韌性好、抗裂性好。
【IPC分類】C04B28/02, C04B14/02, C04B16/06, C04B24/26, C04B18/08, C04B14/38
【公開號(hào)】CN105272012
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510736922
【發(fā)明人】陳國慶, 劉輝, 唐鵬, 李天斌
【申請(qǐng)人】成都理工大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年11月2日