专利名称：一种低碳高性能隧道喷射混凝土复合胶凝材的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑材料制造，具体涉及用于公路、铁路隧道以及城市地下工程中喷射混凝土低碳高性能复合胶凝材料技术领域。
背景技术：
最近几年，在喷混凝土技术中，为了适应不同的围岩条件和施工方法，出现了许多新型的喷混凝土，如高强度喷混凝土、初期高强度喷混凝土、高刚性喷混凝土、纤维喷混凝土、聚酯喷混凝土、低粉尘高性能喷混凝土等等。这充分说明，喷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。 在推行喷混凝土技术的同时，也遇到各式各样的问题，如喷混凝土应该具备怎样的性能，喷混凝土是如何发挥其支护作用的，如何进一步提高喷混凝土支护的效果，施工中如何确保其性能的实现，以及喷混疑土的耐久性问题等等。随着高等级公路和高速铁路建设的不断发展，隧道所占线路比重越来越大，隧道工程不同于其它工程，不易维修。这就要求隧道结构具有足够的耐久性，而喷射混凝土处于围岩与二衬之间，其耐久性一旦失效，是无法维修的。故喷射混凝土性能应引起足够的重视，由于其直接与围岩和地下水接触，易受溶蚀和化学侵蚀作用，因此提高混凝土的密实度是关键所在。目前，喷射混凝土仍普遍使用普通硅酸盐水泥，成份单一，加之品质不高，混凝土的密实性差、抗碳化、抗侵蚀能力弱，耐久性不足。喷射混凝土是在隧道开挖后及时施作的，故其早期就承受荷载，这就要求其具有足够的早期强度，这与模筑混凝土有本质的区别。目前我国喷混凝土仍以干喷为主，水泥绝大部分采用普通硅酸盐水泥，使用复合水泥和矿物掺合料情况极少，成本高，效果不理想，需大胆多方面尝试，在水泥熟料中掺入大量矿物掺合料的同时，提高喷射混凝土的综合性能。
发明内容
鉴于现有技术的缺点，本发明的目的是设计一种低碳高性能隧道喷射混凝土复合胶凝材，使之能克服现有技术的缺点，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。本发明的目的是通过如下的手段实现的。一种低碳高性能隧道喷射混凝土复合胶凝材，用于公路、铁路隧道以及城市地下工程中喷射混凝土施工，采用如下的方法制得，物料配比为水泥熟料40 %，矿渣粉25 %、粉煤灰15 %、硅灰8 %，混合材12 %;各物料具有如下性能要求水泥熟料在粉磨前，其游离氧化钙< 1.0%，碱含量< O. 6%，3d抗压强度>29MPa，28d抗压强度> 60MPa，经粉磨后的比表面积彡500m2/kg左右，80 μ m筛余< 2.0%，45 μ m 筛余 < 4. 0% ;粉煤灰选用I级，三氧化硫含量< 3.0%，氧化钙含量< 10%，07含量< 0.02%，烧失量< 5%，7d抗压强度活性指数> 80%，28d抗压强度活性指数> 90%，经粉磨后的比表面积彡650m2/kg ；矿渣微粉达到S105，质量系数1( > I. 3，其中三氧化硫含量< 4.0%，CL—含量
<O. 06%，7d抗压强度活性指数> 95%，28d抗压强度活性指数> 105%，矿渣微粉比表面积> 500m2/kg ；硅灰烧失量< 4. O %，氯离子< O. 03 %，二氧化硅> 90 %，28d活性指数〉90 %，比表面积 > 20000m2/kg ；备齐物料后，先将水泥熟料和混合材一起粉磨、矿物掺合料中粉煤灰和矿粉分别 粉磨成不同比表面积的粉体材料，然后在均化器中将各粉体材料按配方比例进行均化而得到目标产物。发明人采用“鸡尾酒”疗法配制大量不同比例矿物掺合料的混凝土，然后通过混凝土力学和耐久性能试验，获得适合侵蚀环境下隧道喷射混凝土低碳高性能复合胶凝材配方和工艺，为隧道结构体系耐久性设计提供新的材料选择。与现有技术相比，本发明的有益效果是矿物掺合料掺量加大后水泥的性能非但没有降低，反而得到显著提高，特别是控制混凝土初裂、降低水化热、提高混凝土密实性效果显著。各组分的细度指标可以保证本发明的高性能复合胶凝材具有良好的微观连续级配，各磨细物料可相互填充空隙，从而显著提高了混凝土的致密性和耐久性。由于在胶凝材中提高了矿物掺合料的掺加量，降低了熟料在胶凝材中的比例，减少了熟料的使用量和产量，不但有利于环保，节约能源，同时还实现了工业废渣的有效利用，循环经济，降低碳排放。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明进行进一步的详述。本发明的复合胶凝材能达到水泥强度等级42. 5级的力学性能要求设计。以下给出复合胶凝材的具体实施方案及其性能指标，所有实施例中的物料除特别声明外都是工业级材料，物料浓度均采用重量百分比。实施例一、低碳高性能隧道喷射混凝土复合胶凝材设计强度等级为52. 5MPa。物料配比为水泥熟料40%，矿渣粉25%、粉煤灰15%、硅灰8%，混合材12% (石灰石粉6%，石膏5%、山东宏艺助磨剂1% )。各组份的要求是水泥熟料在粉磨前，其游离氧化钙< 1.0%，碱含量< O. 6%，3d抗压强度>29MPa，28d抗压强度> 60MPa，经粉磨后的比表面积彡500m2/kg左右，80 μ m筛余< 2.0%，45 μ m 筛余 < 4. 0% ;粉煤灰选用I级，三氧化硫含量< 3. 0%，氧化钙含量< 10%，07含量< O. 02%，烧失量< 5%，7d抗压强度活性指数> 80%，28d抗压强度活性指数> 90%，经粉磨后的比表面积≥650m2/kg ；矿渣微粉达到S105，质量系数1( > I. 3，其中三氧化硫含量< 4.0%，CL_含量
<O. 06%，7d抗压强度活性指数> 95%，28d抗压强度活性指数> 105%，矿渣微粉比表面积 > 500m2/kg ；硅灰烧失量<4. 0%，氯离子<0. 03%，二氧化硅>90%，28(1活性指数>90%，匕匕表面积≥ 20000m2/kgo二、经均化机按配比制成高性能复合胶凝材，其各项品质指标为I、强度和凝结时间
权利要求
1.一种低碳高性能隧道喷射混凝土复合胶凝材，用于公路、铁路隧道以及城市地下工程中喷射混凝土施工，其特征在于，采用如下的方法制得 物料配比为水泥熟料40%，矿渣粉25%、粉煤灰15%、硅灰8%，混合材12%;各物料具有如下性能要求 水泥熟料在粉磨前，其游离氧化钙< I. 0%，碱含量< O. 6%，3d抗压强度> 29MPa，28d抗压强度> 60MPa,经粉磨后的比表面积> 500m2/kg左右,80 μ m筛余< 2. 0%, 45 μ m筛余<4. 0% ； 粉煤灰选用I级，三氧化硫含量< 3.0%，氧化钙含量< 10%，CL_含量< O. 02%，烧失量< 5%，7d抗压强度活性指数> 80%，28d抗压强度活性指数> 90%，经粉磨后的比表面积 > 650m2/kg ； 矿渣微粉达到S105，质量系数1( > I. 3，其中三氧化硫含量< 4. 0%，CL—含量< O. 06%，7d抗压强度活性指数> 95%，28d抗压强度活性指数> 105%，矿渣微粉比表面积> 500m2/kg ； 硅灰烧失量< 4. O %，氯离子< 0.03%，二氧化硅> 90 %，28d活性指数> 90 %，比表面积 > 20000m2/kg ； 备齐物料后，先将水泥熟料和混合材一起粉磨、矿物掺合料中粉煤灰和矿粉分别粉磨成不同比表面积的粉体材料，然后在均化器中将各粉体材料按配方比例进行均化而得到目标产物。
2.根据权利要求I所述之一种低碳高性能隧道喷射混凝土复合胶凝材，其特征在于所述混合材采用、石膏、助磨剂。
3.根据权利要求2所述之一种低碳高性能隧道喷射混凝土复合胶凝材，其特征在于，所述混合材采用石灰石粉6<%，石膏5%、助磨剂1(%。
全文摘要
本发明公开了一种低碳高性能隧道喷射混凝土复合胶凝材，用于公路、铁路隧道以及城市地下工程中喷射混凝土施工，采用如下的方法制得，物料配比为水泥熟料40％，矿渣粉25％、粉煤灰15％、硅灰8％，混合材12％；各满足性能要求的物料备齐后，先将水泥熟料、矿物掺合料和混合材分别粉磨成不同比表面积的粉体材料，然后在均化器中将各粉体材料按配方比例进行均化而得到目标产物。本发明低碳高性能隧道喷射混凝土复合胶凝材与普通硅酸盐水泥相比，矿物掺合料掺量大大提高，改变了胶凝材的组份，性能非但没有降低，反而得到显著提高。由于降低了熟料的掺加比例，有利于环保降低碳排放，节约资源和能源。
文档编号C04B28/00GK102795819SQ20121030250
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者仇文革, 王海彦 申请人:西南交通大学