粉煤灰基喷浆材料和粉煤灰基喷浆及其应用

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体地涉及一种粉煤灰基喷浆材料和粉煤灰基喷浆及其应用。

背景技术

隧道建设过程中，利用喷射混凝土快速封闭围岩，填充岩块间的裂隙和凹穴，增加围岩的整体性，防止自由面的风化和松动是控制开挖面牵引变形、松动范围扩大最关键、最首要的工程措施，喷浆混凝土的应用越来越受到地下工程界的重视，在许多工程领域中应用越来越广泛，它已经成为隧道及地下工程和岩土工程支护中最有效的支护手段之一。

CN 102795819A公开一种低碳高性能隧道喷射混凝土复合胶凝材料，该隧道喷射混凝土复合胶凝材料既可较大数量地掺入矿物掺合料获得经济和环保性指标的提高，又可降低混凝土凝结硬化时的水化热，减少混凝土的初裂，改善混凝土的流动性能，提高混凝土的密实度和抗碳化、溶蚀和化学侵蚀能力。

CN 109384439A公开了一种高强快硬型喷射混凝土，该混凝土的初凝时间为35±5min，凝固4h后的立方体平均抗压强度≥20MPa，凝固24h后的立方体平均抗压强度≥30MPa。该混凝土支护材料配比简单实用，回弹量大大减小，早期强度高，凝结速度快，不添加任何外掺剂，耐久性好，经现场试验，对软弱、松散、破碎岩层具有良好的支护效果，可广泛推广应用。

CN 108546025A公开了一种高韧性的喷射混凝土，其公开的高韧性的喷射混凝土混凝土韧性得到增强，且力学性能有所改善。

应用于巷道顶、巷道帮的封闭的喷射混凝土，应当具有凝结时间短，具有优异的力学强度，且回弹率低等特点，以上技术方案中的喷射混凝土仍然无法满足巷道顶、巷道帮的封闭的应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的喷浆材料凝结时间长，力学强度低，回弹率高等问题，提供一种粉煤灰基喷浆材料，该粉煤灰基喷浆材料具有凝结时间短，早期强度高，回弹率低，力学性能优良，施工方便，对巷道顶、巷道帮的封闭效果明显，能够有效防止围岩风化，保证巷道支护强度，同时将粉煤灰变废为宝，降低了材料成本。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种粉煤灰基喷浆材料，以质量含量计，该粉煤灰基喷浆材料包括以下组分：

粉煤灰20-70％，水泥19％-35％，砂子20-80％，速凝剂1％-5％，增稠剂0.05-0.5％，胶粉0.05-0.5％。

本发明第二方面提供一种粉煤灰基喷浆，该粉煤灰基喷浆包含水和本发明所述的粉煤灰基喷浆材料。

本发明第三方面提供一种所述粉煤灰基喷浆在矿山井巷、铁路隧道或引水涵洞的巷道封顶或封帮中的应用。

本发明中，所述粉煤灰基喷浆包含本发明所述的粉煤灰基喷浆材料，使得粉煤灰基喷浆凝结时间短，早期强度高，回弹率低，力学性能优良，施工方便；所述粉煤灰基喷浆应用于矿山井巷、铁路隧道或引水涵洞的巷道封顶、封帮，对巷道顶、巷道帮的封闭效果明显，能够有效防止围岩风化，保证巷道支护强度；同时，所述粉煤灰基喷浆中粉煤灰掺量可高达70％，将粉煤灰变废为宝，降低了材料成本。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

根据本发明的第一方面，本发明提供一种粉煤灰基喷浆材料，以质量含量计，该粉煤灰基喷浆材料包括以下组分：

粉煤灰20-70％，水泥19％-35％，砂子20-80％，速凝剂1％-5％，增稠剂0.05-0.5％，胶粉0.05-0.5％。

采用前述粉煤灰基喷浆材料能够使粉煤灰基喷浆凝结时间短，早期强度高，回弹率低，力学性能优良。

根据本发明的一种优选实施方式，所述粉煤灰基喷浆材料包括以下组分：优选粉煤灰20-50％，水泥20％-25％，砂子20-55％，速凝剂1.5％-3％，增稠剂0.05-0.5％，胶粉0.05-0.5％。采用前述粉煤灰基喷浆材料能够进一步降低粉煤灰基喷浆的凝结时间，提高粉煤灰基喷浆的早期强度，降低粉煤灰基喷浆的回弹率，提高粉煤灰基喷浆的力学性能。

本发明对所述速凝剂的种类没有特别的限定，速凝剂可以为本领域市售粉体速凝剂或者液体速凝剂。

在本发明中，对所述增稠剂的种类没有特别的限定，本领域常规增稠剂均能够实现本发明的目的，优选地，所述增稠剂选自羟丙基甲基纤维素和羟丙基淀粉醚的一种或两种，优选为10万mpa*s粘度以上的速溶型羟丙基甲基纤维素和/或粒度为100目以下的羟丙基淀粉醚。

根据本发明的一种优选实施方式，所述胶粉选自可分散性乳胶粉，优选400μm筛余5％以下的可分散性乳胶粉。

本发明中，对所述砂子没有特别的要求，针对本发明，优选地，砂子为粒径小于2cm的中砂或者粗砂和/或最大粒径小于2cm的机制砂。

根据本发明的一种优选实施方式，所述粉煤灰为II级以上的煤粉炉粉煤灰；优选地，粉煤灰的微观形貌为球形颗粒，密度1.8-2.3kg/m

根据本发明，所述水泥为本领域常规的水泥，优选地，所述水泥选自P.O.42.5以上的硅酸盐水泥。

根据本发明的第二方面，本发明提供一种粉煤灰基喷浆，该粉煤灰基喷浆包含水和本发明所述的粉煤灰基喷浆材料。本发明所述的粉煤灰基喷浆凝结时间短，早期强度高，回弹率低，力学性能优良。

根据本发明，所述的粉煤灰基喷浆材料与水混合均匀后即可得到粉煤灰基喷浆；根据本发明的一种优选实施方式，水与所述粉煤灰基喷浆材料的质量比为0.12-0.14，具有前述比例的粉煤灰基喷浆能够进一步降低凝结时间，提高早期强度，降低回弹率，提高力学性能。

根据本发明的一种优选实施方式，所述的粉煤灰基喷浆初凝时间≤5min。

所述的粉煤灰基喷浆1d抗折强度≥1MPa，优选为1-5MPa；1d抗压强度≥6MPa，优选为8-20MPa；

所述的粉煤灰基喷浆28d抗折强度≥1.5Mpa，优选为2-8MPa；28d抗压强度≥30MPa，优选为30-50MPa。

所述的粉煤灰基喷浆的初凝时间≤5min，优选为3-5min，终凝时间≤12min，优选为8-12min。

根据本发明的一种优选实施方式，所述的粉煤灰基喷浆抗渗等级≥P6。

根据本发明的一种优选实施方式，所述的粉煤灰基喷浆弹性模量≥30000MPa。

本发明中，所述粉煤灰基喷浆的制备方法没有特别的要求，可以为本领域常规的制备喷浆方法，例如：

方法一：将粉煤灰基喷浆材料中的各组分按比例混合均匀后，再按照固液质量比0.12-0.14将粉煤灰基喷浆材料与水混合均匀得到粉煤灰基喷浆；

方法二：按照比例将粉煤灰基喷浆材料各组分与水混合均匀得到粉煤灰基喷浆。

根据本发明的第三方面，本发明提供一种本发明所述的粉煤灰基喷浆在矿山井巷、铁路隧道或引水涵洞的巷道封顶或封帮中的应用。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例中，粉煤灰基喷浆的评价指标及检测方法如下：

抗压强度：将粉煤灰基喷浆喷射在按照GB/T 50081-2019混凝土物理力学性能试验方法标准和GB/T50010“混凝土结构设计规范”中制成标准试块的模具内，在第1天、第28天时测其抗压强度，分被记为1d抗压强度、28d抗折强度。

抗折强度：GB/T 50081-2019混凝土物理力学性能试验方法标准，在第1天、第28天时测其抗折强度，分被记为1d抗折强度、28d抗折强度。

初凝时间：GB/T 1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法，将粉煤灰基喷浆喷射在盛浆杯内，从粉煤灰基喷浆喷射在盛浆杯内与水混合后开始计时。

终凝时间：GB/T 1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法，将粉煤灰基喷浆喷射在盛浆杯内，从粉煤灰基喷浆喷射在盛浆杯内与水混合后开始计时。

回弹率：测量喷嘴距离喷射面1m处的回弹率。

弹性模量：GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》，抗渗等级：JGJT70-2009-建筑砂浆基本性能试验方法。

以下实施例中，粉煤灰的性质GBT 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》；速凝剂的性质国标GB/T35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》；

砂子性质符合《GB/T 14684-2011建筑用砂》；

水泥标号为P.O 42.5普通硅酸盐水泥。

所述速凝剂选自市售混凝土速凝剂。

实施例1

在喷浆机中倒入水泥304kg，砂子(最大粒径小于2cm的机制砂)800kg，粉煤灰(密度为2.1kg/m

粉煤灰基喷浆性能测试结果：初凝时间为4min36s，终凝时间为10min55s；1d抗折强度为1.67MPa，1d抗压强度为12.5MPa；28d抗折强度为3.23MPa，28d抗压强度为44.58MPa；抗渗等级为≥P6；浆弹性模量为31620MPa。

实施例2

在喷浆机中倒入水泥304kg，砂子(中砂)640.8kg，粉煤灰(密度为2.1kg/m

粉煤灰基喷浆性能测试结果：初凝时间为4min12s，终凝时间为10min25s，1d抗折强度1.8MPa，1d抗压强度9.76MPa，28d抗折强度3.40MPa，28d抗压强度43.02MPa；抗渗等级为≥P6；浆弹性模量为28710MPa。

实施例3

在喷浆机中倒入水泥285kg，砂子(最大粒径小于2cm的机制砂)450.75kg，粉煤灰(密度为2.1kg/m

粉煤灰基喷浆性能测试结果：初凝时间为4min48min，终凝时间为11min22s；1d抗折强度1.43MPa，1d抗压强度8.38MPa，28d抗折强度2.53MPa，28d抗压强度36.12MPa；抗渗等级为≥P6；浆弹性模量为21580MPa。

实施例4

在喷浆机中倒入水泥285kg，砂子(最大粒径小于2cm的机制砂)300.75kg，粉煤灰(密度为2.1kg/m

粉煤灰基喷浆性能测试结果：初凝时间为3min10s，终凝时间为5min30s；1d抗折强度1.21MPa，1d抗压强度7.82MPa，28d抗折强度2.2MPa，28d抗压强度33.02MPa；抗渗等级为≥P6；浆弹性模量为20360MPa。

实施例5

在喷浆机中倒入水泥285kg，砂子(最大粒径小于2cm的机制砂)150.75kg，粉煤灰(密度为2.1kg/m

粉煤灰基喷浆性能测试结果：初凝时间为4min50s，终凝时间为11min40s；1d抗折强度1.06MPa，1d抗压强度6.32MPa，28d抗折强度1.97MPa，28d抗压强度32.38MPa；抗渗等级为≥P6；浆弹性模量为20300MPa。

实施例6

在喷浆机中倒入水泥304kg，砂子960.8kg，粉煤灰(密度为1.8kg/m

粉煤灰基喷浆性能测试结果：初凝时间为2min15，终凝时间为3min28s；1d抗折强度1.9MPa，1d抗压强度13.18MPa，28d抗折强度4.1MPa，28d抗压强度45.73MPa；抗渗等级为≥P6；浆弹性模量为32840MPa。

实施例7

在喷浆机中倒入水泥304kg，砂子(中砂)640.8kg，粉煤灰(密度为2.1kg/m

粉煤灰基喷浆性能测试结果：初凝时间为4min38s，终凝时间为11min03s，1d抗折强度1.71MPa，1d抗压强度9.03MPa，28d抗折强度3.29MPa，28d抗压强度42.1MPa；抗渗等级为≥P6；浆弹性模量为23960MPa。

对比例1

在喷浆机中倒入水泥285kg，砂子(最大粒径小于2cm的机制砂)0.75kg，粉煤灰(密度为2.1kg/m

粉煤灰基喷浆性能测试结果：初凝时间为48min，终凝时间为1h 40min；1d抗折强度0.95MPa，1d抗压强度6.25MPa，28d抗折强度1.3MPa，28d抗压强度22.07MPa；抗渗等级为≥P6；浆弹性模量为15160MPa。

对比例2

在喷浆机中倒入水泥285kg，砂子(最大粒径小于2cm的机制砂)0.75kg，粉煤灰(密度为2.1kg/m

粉煤灰基喷浆性能测试结果：初凝时间为45min，终凝时间为1h 20min；1d抗折强度0.98MPa，1d抗压强度6.33MPa，28d抗折强度1.47MPa，28d抗压强度22.96MPa；抗渗等级为≥P6；浆弹性模量为17160MPa。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。