一种隧道用阻燃混凝土及其制备方法与流程

1.本技术涉及建筑材料领域，尤其涉及一种隧道用阻燃混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛，能够在各种土木工程中使用，尤其是隧道工程中。
3.隧道在建设时需要采用混凝土对内壁进行构建，而混凝土的强度会随着温度的升高显著降低。由于隧道的特殊结构，一旦隧道内部发生火灾，温度通产高达1000℃以上，而隧道内部的砌体结构通常难以承受如此高温，严重的甚至可能会导致隧道坍塌而早证重大的事故和伤亡，因此，对于隧道内部的防火设计是隧道建设过程中需要重点考虑的部分。目前现有技术中多采用涂料的方式进行防火隔热，但涂料往往造价较高，且存在容易剥落，耐久性不好的问题。由于隧道用混凝土对混凝土的凝结时间、强度等条件要求较高，目前未有可用于隧道的阻燃混凝土。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种更适用于隧道使用的阻燃混凝土，以质量份数计，所述混凝土包括磷酸三甲苯酯5～15份、ticl
4 1～5份、水泥5～15份、细砂15～20份、石子15～20份、矿物掺合料1～5份、减水剂1～5份、速凝剂5～15份、纤维料1～5份，余量为水，共计100份。
5.进一步的，所述所述混凝土包括磷酸三甲苯酯10份、ticl41份、水泥12份、细砂16份、石子16份、矿物掺合料4份、减水剂2份、速凝剂8份、纤维料2份，余量为水，共计100份。
6.本技术中发现，加入ticl4可一定程度上降低磷酸三甲苯酯的增塑作用，提高混凝土的可泵性，避免堵管现象。
7.进一步的，所述矿物掺合料选自粉煤灰、矿渣粉和沸石粉中的一种或几种；优选的，粉煤灰。
8.粉煤灰与其他掺合料相比流动性较好，一定程度能够改善混凝土的可泵性。
9.进一步的，所述速凝剂为红星8604型。
10.不同速凝剂在不同混凝土配方中所起作用效果不同，本技术中根据隧道用混凝土标准进行筛选，在不影响阻燃及其他性质的前提下，选择红星8604型速凝剂。
11.进一步的，所述减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂。
12.进一步的，所述纤维料为聚乙烯醇纤维。
13.进一步的，所述水泥为矿渣硅酸盐水泥。
14.进一步的，所述石子为5～16mm连续级配碎石，所述细砂的粒径为0.25mm～0.125mm。
15.混凝土的性质受多种因素影响，其中聚乙烯醇纤维、矿渣硅酸盐水泥和5～16mm连
续级配碎石及细砂的粒径决定了水泥的可喷性及强度。本技术中纤维、水泥和碎石的相互配合，通过优选得到了抗折强度高，支撑力好，适于隧道使用的阻燃混凝土。
16.另一方面，本技术还提供了一种上述的混凝土的制备方法，所述方法包括如下步骤：
17.步骤一、将水泥、细砂、石子、矿物掺合料投入搅拌机中，干拌混匀1～5min；
18.步骤二、加入磷酸三甲苯酯与ticl4后搅拌5～10min；
19.步骤三、将减水剂、速凝剂溶于水中加入搅拌机中，搅拌1～5min；
20.步骤四、最后将聚乙烯醇纤维加入搅拌机中持续搅拌1～5min，获得混凝土浆料。
21.另一方面，本技术还提供了上述的混凝土或上述的方法制备的混凝土在隧道工程中的应用。
22.本发明具有如下有益效果：
23.1、本技术混凝土中添加了阻燃用的磷酸三甲苯酯，增加了混凝土的阻燃性能，提供了一种新的阻燃混凝土的制备方法；
24.2、该混凝土具有快速凝结的特点，满足隧道用混凝土的使用条件，方便隧道工程中使用；
25.3、本技术中隧道用阻燃混凝土制备方法简单、实用、便于推广使用。
具体实施方式
26.为了更清楚的阐释本技术的整体构思，下面以实施例的方式进行详细说明。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
27.实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
28.其中，磷酸三甲苯酯由江苏省海安石油化工厂提供；矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥由唐山冀东水泥股份有限公司提供；聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维由山东亿泰工程材料有限公司提供；粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉、磷渣粉、硅灰、沸石粉由灵寿县广茂矿产品加工厂；木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂由济南济滨化工有限公司提供；红星8604型速凝剂、红星ⅰ型速凝剂由河南淅建新型建材有限公司提供；js2000混凝土搅拌机由郑州市昌利机械制造有限公司提供，转速为21转/分。
29.如未特殊说明，在以下实施方式中，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
30.其中，细砂的粒径为0.25mm～0.125mm。
31.实施例1磷酸三甲苯酯含量对混凝土耐热性的影响
32.按照配比将水泥、细砂、石子、矿物掺合料投入js2000混凝土搅拌机中，干拌混匀3min，加入磷酸三甲苯酯，混匀5min，再将减水剂、速凝剂溶于水中加入搅拌机中，搅拌3min。最后将聚乙烯醇纤维加入搅拌机中持续搅拌3min，获得混凝土浆料。
33.其中水泥采用矿渣硅酸盐水泥，矿物掺合料为磷渣粉，减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂，速凝剂为红星8604型，石子为5-16mm连续级配碎石。
34.水泥、细砂、石子、矿物掺合料比为6:8:8:2。以水泥质量百分比计，加入2％聚乙烯
醇纤维、8％速凝剂、2％减水剂，及不同含量的磷酸三甲苯酯。jgj/t 372-2016规范规定高强喷射混凝土水胶比不应大于0.45，因此本技术水胶比采用0.4。
35.混合均匀后，使用gyp-90c液压泵送式湿喷机进行喷射作业。喷射混凝土样品覆膜养护后室内放置一天后进行拆模，7天后进行耐火试验。
36.耐火极限测试的具体步骤为，首先将试件安置于燃烧试验机的支架上，同时将两根热电偶安放在试件背火面中间位置，并将热电偶探头固定，热电偶线从燃烧试验机右侧的小孔穿出并连接在温度采集箱上，温度采集箱和存储数据的计算机组成温度采集系统。在试件正下方用j2609型座式酒精喷灯灼烧，喷口距表面约70mm，在水泥石棉板上加盖5～8cm厚的石棉毡隔热层，每1min记录热电偶温度，记录温度达到220℃所需的时间和100min燃烧的温度，试验过程如表1所示。
37.表1
[0038][0039][0040]
由表1可见，随着磷酸三甲苯酯含量的增加，混凝土耐火极限先增长后降低，在10％时，混凝土耐热性最好。但在实验过程中发现，随着磷酸三甲苯酯含量的提升，可泵性变差，堵管现象明显。
[0041]
实施例2不同矿物掺合料对混凝土可泵性的影响
[0042]
在上述优选的条件下，选用不同的矿物掺合料进行试验，及以水泥质量百分比计，在磷酸三甲苯酯中加入含量为1％的ticl4。观察使用过程中有无堵管现象，结果如表2所示。
[0043]
表2
[0044]
矿物掺合料堵管现象磷渣粉严重堵管矿渣粉严重堵管钢渣粉严重堵管粉煤灰略有堵管硅灰严重堵管沸石粉略有堵管粉煤灰+1％ticl4无沸石粉+1％ticl4略有堵管
[0045]
由表2结果可见，不同矿物掺合料对混凝土的可泵性能有一定的影响。其中，粉煤灰和ticl4共同使用能够明显改善添加磷酸三甲苯酯造成的堵管现象，提高含磷酸三甲苯
酯的混凝土的可泵性。粉煤灰、沸石粉与其他掺合料相比流动性较好，一定程度能够改善混凝土的可泵性，而在粉煤灰的基础上加入ticl4可一定程度上降低磷酸三甲苯酯的增塑作用，进一步提高混凝土的可泵性，避免堵管现象。
[0046]
试验例1
[0047]
按照配比将水泥、细砂、石子、矿物掺合料投入js2000混凝土搅拌机中，干拌混匀3min，加入磷酸三甲苯酯和ticl4，混匀5min，再将减水剂、速凝剂溶于水中加入搅拌机中，搅拌3min。最后将聚乙烯醇纤维加入搅拌机中持续搅拌3min，获得混凝土浆料。
[0048]
其中水泥采用矿渣硅酸盐水泥，矿物掺合料选自粉煤灰，减水剂为木质素磺酸钠，速凝剂为红星8604型，石子为5～16mm连续级配碎石。
[0049]
水泥、细砂、石子、矿物掺合料质量比为6:8:8:2。以水泥质量百分比计，加入2％聚乙烯醇纤维、8％速凝剂、2％减水剂，1％ticl4及10％磷酸三甲苯酯。
[0050]
试验例2
[0051]
与试验例1的区别仅在于减水剂为萘系高效减水剂。
[0052]
试验例3
[0053]
与试验例1的区别仅在于减水剂含量为4％。
[0054]
试验例4
[0055]
与试验例1的区别仅在于水泥为火山灰质硅酸盐水泥。
[0056]
试验例5
[0057]
与试验例1的区别仅在于纤维为聚丙烯纤维。
[0058]
试验例6
[0059]
与试验例1的区别仅在于水泥、细砂、石子、矿物掺合料比为6:9:8:4。
[0060]
试验例7
[0061]
与试验例1的区别仅在于速凝剂为红星ⅰ型。
[0062]
试验例8
[0063]
与试验例1的区别仅在于速凝剂含量为6％。
[0064]
试验例9
[0065]
与试验例1的区别仅在于石子为5-10mm连续级配碎石。
[0066]
实施例3不同因素对混凝土喷射强度的影响
[0067]
以试验例1～9的方法混合获得混凝土。
[0068]
喷射混凝土强度试验方法参照标准jgj/t372-2016和《混凝土物理力学性能试验方法标准》(gb/t 50081-2019)。
[0069]
依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(gb/t50080-2016)测试混凝土拌合物的坍落度。
[0070]
凝结时间试验方法参照标准《喷射混凝土用速凝剂》(gb/t31359-2017)，每组试验测试3次取平均值。测试结果如表3所示。
[0071]
经提前测试，当坍落度在210mm左右较为合适。
[0072]
表3
[0073][0074][0075]
注：凝结时间为最终凝结时间。
[0076]
由表3可见，所得混凝土的坍落度受减水剂种类、减水剂含量、速凝剂种类、速凝剂含量、水泥种类、纤维种类、石子的连续粒级及水泥、细砂、石子、矿物掺合料的质量比的影响。其中，在其中水泥采用矿渣硅酸盐水泥，减水剂为木质素磺酸钠，减水剂含量为2％，速凝剂为红星8604型，速凝剂含量为8％，纤维为聚乙烯醇纤维，石子为5～16mm连续级配碎石，水泥、细砂、石子、矿物掺合料比为6:8:8:2时，坍落度最为合适，喷射量刚好，为212mm，并且具有较好的抗折强度和耐火度，符合隧道用混凝土的快速凝固需求，且由于混凝土中含有阻燃成分，提高了混凝土耐火性。混凝土的性质受多种因素影响，其中聚乙烯醇纤维、矿渣硅酸盐水泥和5～16mm连续级配碎石决定了水泥的可喷性及强度。而纤维、水泥和碎石的相互配合使得混凝土抗折强度高，支撑力好，适于隧道使用。
[0077]
本技术混凝土在阻燃的同时，可以做到低烟气，防渗漏，高硬度，快速凝结，适用于各种隧道工程。
[0078]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。