专利名称：一种超强韧性空心改性聚丙烯纤维喷射混凝土的制作方法
技术领域：
本发明涉及空心改性聚丙烯纤维技术和喷射混凝土技术领域，更确切的说它是一种超强韧性空心改性聚丙烯纤维喷射混凝土。
背景技术：
喷射混凝土是20世纪初发展起来的一种特殊的混凝土施工工艺，广泛使用在开掘矿井巷道、地下铁道、公路边坡、隧道的支护、喷锚支护、深基坑护壁以及混凝土结构加固等方面。它是利用喷射机械将掺加速凝剂的混凝土喷射到岩面或建筑物表面，凝结硬化而成的一种混凝土。喷射混凝土在施工工艺、材料及结构等方面与普通现浇混凝土相比有许多优点(I)不需振捣；(2)早期强度高；(3)广泛的适用性；(4)喷射出的纤维混凝土能有效地封闭裂缝，并与被加固结构紧密结合等。另外，为了保证喷射混凝土的强度，较小回弹率等，需要选用合理的施工工艺和混凝土配合比。喷射混凝土的施工工艺流程主要有干喷法、潮喷法、湿喷法和造壳喷射法。以上施工工艺中，干喷法喷射过程中粉尘量大，回弹率高，一次喷射的厚度小，水灰比不宜控制，并且喷射混凝土不均匀，强度不稳定；湿喷法如果处理不当，混凝土拌合物易在输送管中堵塞和凝固，清洗困难；潮喷法水灰比仍不宜控制，同时回弹量仍较大；造壳喷射法虽然兼备了干喷和湿喷的优点，但是可操作性差，实际效果不明显。从各喷射工艺可以看出，粉尘量和回弹量是喷射混凝土施工工艺好与坏的两个重要指标。粉尘量大，造成空气污染，喷射工人受影响。回弹量大，混凝土浪费多，成本高，喷射混凝土的强度低。此外，粘结力不佳、耐久性差、渗透性强和收缩量大也是喷射混凝土性能不佳的表现。除了上述喷射工艺之外，混凝土本身的性质也是影响喷射混凝土质量的重要因素。在现有技术中，比较常用的做法是在素混凝土中掺加粉煤灰、矿粉、硅粉等不同种类矿物掺合料形成矿用喷射混凝土，虽然在一定程度上改善喷射混凝土的性能，但效果不明显。另外，在受喷面上配置网状钢筋，然后喷射混凝土，虽然引起的裂缝比不加钢筋情况要少，但是裂缝较宽，导致防渗性和耐久性降低。由中铁二局股份有限公司提出的发明“喷射混凝土”(专利号200810044240. 6)在一定程度了解决了上述问题，但是所选用的纤维为钢纤维，加入钢纤维之后，在耐久性上增加了混凝土导电性，助长了电化学腐蚀；在对混凝土增韧效果上，由于钢纤维的耗能阻裂作用主要表现在裂缝扩展的初期，因此韧性提高不明显；在施工上钢纤维成本过高，对喷射设备有严重的损伤，并且难以拌合均匀。因此，开发一种新型的喷射混凝土并结合适当的工艺流程是很有必要的。本发明“一种超强韧性空心改性聚丙烯纤维喷射混凝土”主要从对传统喷射混凝土材料的改善与工艺流程两方面来进行阐述，其结果能够很好的解决上述问题，并且有诸多自身的优良特性。
发明内容
本发明的目的鉴于上述喷射混凝土的不足，本发明需要解决的技术问题是提供一种超强韧性空心改性聚丙烯纤维喷射混凝土，使存在的各项不足在提出的新型喷射纤维混凝土材料和施工工艺下得以消除，并具有内养护、耐久性好、韧性好、强度高、抗爆抗冲击和自修复等诸多优点。本发明·的技术方案
一种超强韧性空心改性聚丙烯纤维喷射混凝土，它包括水泥、粉煤灰、砂、水、减水剂、增稠剂、速凝剂和纤维，空心改性聚丙烯纤维O. 1% 5. 5%。其配比是，水2% 26. 7%、水泥16. 7% 52. 5%、砂12. 2% 36.3%、空心改性聚丙烯纤维O. I % 5. 5%、粉煤灰13. 1%~ 39 %、高效减水剂I. 3% 2. 8%、增稠剂O. 03%~ I %、速凝剂O. 01% 1%。空心改性聚丙烯纤维以聚丙烯纤维为基体加入一定质量分数的醋酸-丁酸纤维素共混改性成型，再经过拉伸、热定型处理制得聚丙烯中空纤维膜，其内部含有空腔。能够在水泥水化初期储存部分自由水，延缓水化热峰值的产生，减少水分的蒸发，从而大幅度降低混凝土早期因温度降低收缩而开裂的风险。另外，随着水泥水化不断消耗水分，混凝土内湿度降低，促使空腔中的自由水释放，继续促进水泥水化，在混凝土中起到“内养护”作用，使水泥充分水化，混凝土孔隙率大大降低，提高了混凝土的密实度，同时抗氯离子侵蚀、抗硫酸盐侵蚀和抗碳化能力等耐久性显著提高。钢纤维属于高弹性模量纤维，而聚丙烯纤维属于低弹性模量纤维，钢纤维混凝土与聚丙烯纤维混凝土均比普通混凝土有更好的韧性，但是从增韧机理角度来讲，具有低弹性模量的聚丙烯纤维在裂缝开展过程中，依靠与混凝土基体摩擦和自身变形来阻裂，因此，与其他高弹性模量纤维混凝土相比有更好的韧性。空心改性聚丙烯纤维可大大增强混凝土的抗爆性能。由于聚丙烯自身密度小，受喷面无挂网钢筋，喷射混凝土密度也小，另外，聚丙烯的中空部分在混凝土基体内部形成微小网络气孔，能打开水气通道，减轻内部应力，最终防止暴裂现象的发生。在抗爆性能上与防护工程中普通钢筋混凝土相比具有以下优点1)改用乱向分布的空心改性聚丙烯纤维做次要加强筋，解决了爆炸位置不可预知带来的受拉钢筋布置不可预知的问题；2)解决了爆炸突然，变形来不及传递造成的局部破坏问题；3)解决了爆炸作用时材料内部应力分布复杂造成的配筋难的问题。在抗爆性能上与钢纤维喷射混凝土相比具有以下优点1)密度更小，在爆炸作用下形成的惯性力小；2)纤维中空部分形成气体通道，有效减轻内部应力；3)聚丙烯纤维弹性模量比钢纤维小，在爆炸冲击荷载下聚丙烯纤维伸长变形可以吸收大量能量，抗冲击作用强。空心改性聚丙烯纤维喷射混凝土具有多重裂纹破坏和自修复的优点，裂纹分散而且宽度极小，可以有效分散内力，避免破坏性宽裂纹出现。另外，通过在裂纹中生成钙化物和水化物等可以使裂纹自愈合并阻止水和腐蚀物质进入到混凝土内部。与现有技术相比，本发明具有的有益效果是
①选用了具有优良性能的超强韧性空心改性聚丙烯纤维材料，能抗酸碱腐蚀，没有锈蚀、老化问题，同金属纤维相比，更容易储存、运输和使用，并且可以均匀自动地分布在混凝土中 ；
②应用所选纤维材料，结合施工工艺，有效降低了喷射过程中的粉尘含量，回弹率由普通湿喷混凝土的15%下降至7% ；
③粘结强度大大提高，可达到5MPa，一次喷射厚度可以达到O.6m以上；
④该喷射混凝土强度高，5分钟即可初凝，28天超过30MPa；
⑤同金属类纤维相比，聚丙烯纤维更易于运输、储存和使用，泵送容易，不会损伤设
备;
⑥聚丙烯纤维作为混凝土的微加强筋系统，增大其抗冲击能力，明显提高抗弯曲强度，使其疲劳强度可提高3倍以上；
⑦聚丙烯空心纤维的中空部分，可以调节水化热，提高了混凝土早期抗开裂能力；可以促进水泥水化，提高了混凝土的密实度和耐久性；
⑧聚丙烯空心纤维的中空部分在混凝土内部形成气体管道，有抗爆抗冲击的优点；
⑨具有多重裂纹破坏和自修复的优点；
⑩掺加本发明所用纤维后，喷射混凝土的射击流初速度较使用其他材料(例如钢纤维材料)慢25% 35%，减小对混凝土骨料的冲击破坏，有利于提高喷射混凝土的质量。
图I是一种超强韧性空心改性聚丙烯纤维喷射混凝土的施工工艺流程图。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明进一步的阐述
本发明的超强韧性空心改性聚丙烯纤维喷射混凝土，包括水、水泥、砂、空心改性聚丙烯纤维、粉煤灰、高效减水剂、增稠剂和速凝剂。以上配方的具体配比见下表
权利要求
1.一种超强韧性空心改性聚丙烯纤维喷射混凝土，它包括水泥、粉煤灰、砂、水、减水齐U、增稠剂、速凝剂和纤维，其特征在于喷射混凝土中含有空心改性聚丙烯纤维0.1% 5.5%重量比。
2.根据权利要求I所述的一种超强韧性空心改性聚丙烯纤维喷射混凝土，其特征在于空心改性聚丙烯纤维以聚丙烯纤维为基体加入一定质量分数的醋酸-丁酸纤维素共混改性成型，再经过拉伸、热定型处理制得聚丙烯中空纤维膜，其内部含有空腔。
3.根据权利要求I所述的一种超强韧性空心改性聚丙烯纤维喷射混凝土，其特征在于其配比是，水2% 26. 7%、水泥16. 7% 52. 5%、砂12. 2% 36. 3%、空心改性聚丙烯纤维O. 1% 5. 5 %、粉煤灰13. I % 39%、高效减水剂I. 3% 2. 8%、增稠剂O. 03% I %及速凝剂O. 01% 1%。
全文摘要
本发明全称为“一种超强韧性空心改性聚丙烯纤维喷射混凝土”，属于空心改性聚丙烯纤维技术和喷射混凝土技术领域。组成材料及配合比为水2％～26.7％、水泥16.7％～52.5％、砂12.2％～36.3％、空心改性聚丙烯纤维0.1％～5.5％、粉煤灰13.1％～39％、高效减水剂1.3％～2.8％、增稠剂0.03％～1％和速凝剂0.01％～1％。纤维掺加采用先掺法，喷射工艺采用湿喷法。其主要技术方案是在混凝土中按配合比加入一种空心改性聚丙烯纤维，它是以聚丙烯纤维为基体加入一定质量分数的醋酸-丁酸纤维素共混改性成型，再经过拉伸、热定型等处理制得中空纤维膜。各组成材料按照给定配合比配置，并结合施工工艺，使得本喷射混凝土具有内养护、耐久性好、韧性好、强度高、抗爆抗冲击和自修复等诸多优点。在喷射混凝土领域中有广阔的发展前景。
文档编号C04B16/06GK102910869SQ20121043463
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者俞家欢, 杨莉, 贾还来, 刘明 申请人:沈阳建筑大学