本发明专利公开了一种喷射混凝土及其制备方法，属于土木工程材料领域。
背景技术
喷射混凝土是利用压缩空气或其他动力，借助喷射机械，将按一定比例配合的拌合料，通过管道输送并高速喷射到受喷射面上凝结硬化而成的一种混凝土。在从喷嘴高速喷出时，水泥颗粒与集料颗粒会持续反复撞击，因此无需借助振动即可使混凝土密实。同时喷射混凝土所用水灰比较小，可进一步提高其密实性，从而具有较高的力学强度和良好的耐久性。由于其材料和工艺的特点，目前喷射混凝土广泛应用于地下工程的支护、建筑物的加固补强和防护工程领域，并取得了良好的加固效果和经济效益。
然而喷射混凝土由于其水灰比较低，且具有速凝的特性，早期产生大量的水化热，从而增加开裂风险。目前通常在喷射混凝土中加入纤维和粉煤灰降低开裂风险，纤维能够明显抑制裂缝产生，粉煤灰在早期水化速度慢，能够降低水化热，两者协同作用，可以在一定程度上降低喷射混凝土早期开裂风险。
在各种纳米材料中，纳米sio2具有更高的火山灰活性，掺入水泥基建筑材料中，可与分布在水泥基材料基体和细集料、纤维之间界面过渡区中的ca(oh)2反应生成csh凝胶，显著增强界面过渡区强度，进而显著提高混凝土的早期抗压、抗拉和抗折强度，提高混凝土的耐磨性能和疲劳性能，对混凝土构件起到减振作用。
纳米sio2对纤维混凝土性能的改善作用存在最佳用量。随着纳米sio2的加入，可填充至混凝土基体内的微小缝隙，使混凝土内部缺陷减少，提高其密实度，并抑制水化产物的收缩；同时，纳米sio2还能与ca(oh)2反应，减少ca(oh)2对混凝土的不利影响。但是若纳米sio2用量过多，过量的纳米sio2会出现团聚现象，也会消耗大量的水，在没有充足的水分保证水泥水化作用的情况下，混凝土内部缺陷会增多，导致质量下降，整体性能减弱。此外，由于纳米sio2吸水导致混凝土整体流动度降低，可能会导致喷射时发生堵塞。
综上所述，纤维和纳米sio2对喷射混凝土有明显的改性作用。
技术实现要素：
技术问题：本发明的目的是提供一种喷射混凝土及其制备方法，该喷射混凝土具有全寿命强度均较高、不易开裂、界面黏结性能好、易于表面塑形等优势。
技术方案：本发明提供了一种喷射混凝土，该混凝土按照质量比包括以下组分：水泥：细集料：玻璃纤维：粉煤灰：减水剂：保水剂：纳米sio2＝100：100～120：2.0～2.5：15～25：0.5～1.5：0.10～0.15：5～7。
其中：
所述的水泥是标号为32.5r的硅酸盐水泥、42.5r的硅酸盐水泥、32.5的低碱硫铝酸盐水泥或者42.5的低碱硫铝酸盐水泥。
所述的细集料为石英砂或河砂，其纯度高于99wt％、粒径范围为0.5mm～2mm。
所述的玻璃纤维为表面改性过的耐碱玻璃纤维，其弹性模量高于70gpa、长度范围为6mm～15mm，其改性方法如下：将玻璃纤维浸泡在丙酮中并超声3min～5min，之后将纤维表面有机溶剂洗去后在40℃～50℃烘干，最后浸泡在纯丙乳液中3min～5min后取出并在室温下晾干即可。
所述的纯丙乳液为甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类和丙烯酸三元共聚乳液，并在其中加入0.1％～0.15％wc的碳酸氢钠、0.25％～0.35％wc的过硫酸钾；该纯丙乳液为乳白色液体、固含量为50±1％、最低成膜温度为20±2℃、玻璃化温度为23±2℃、ph值为7～8。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
所述的减水剂为高效聚羧酸减水剂，其固含量为40％～50％、减水率高于35％。
所述的保水剂为聚甲基纤维素钠或纤维素淀粉醚，等级为工业纯。
所述的纳米sio2比表面积为200m2/g～300m2/g，表观密度为55g/l～65g/l，平均粒径为20nm～30nm。
本发明还提供了一种喷射混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)按比例称取水泥、细集料、玻璃纤维、粉煤灰、减水剂、保水剂、纳米sio2和水，其中水泥和水的质量比为100：32～38；
2)将减水剂、纳米sio2加入3/10～5/10所称取的水中持续超声震荡，得到水溶液；
3)将水泥、剩余的水、细集料和粉煤灰混合共同搅拌60s～70s，得到砂浆；
4)向砂浆中加入玻璃纤维、保水剂和步骤2)得到的水溶液，搅拌120s～130s后即得所述的喷射混凝土。
有益效：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、本发明提供的喷射混凝土，新拌浆体和易性好、工作性良好、喷射性好、施工性能良好；
2、本发明提供的喷射混凝土采用纳米sio2为添加材料，实现了新拌浆体和易性的提高，使得硬化喷射混凝土强度大幅提高，界面粘结性提高；表面改性玻璃纤维的使用提高喷射混凝土体积稳定性，大幅降低收缩造成的开裂风险；
3、本发明提供的喷射混凝土能够附着于钢丝网片或一般平面上，与普通喷射混凝土相比具有全寿命强度均较高、不易开裂、界面黏结性能好、易于表面塑形等优势，适用于地下工程的支护、建筑物的加固补强和防护工程领域；
4、本发明提供的喷射混凝制备方法通过多次分散、逐次放料，使玻璃纤维和纳米sio2在砂浆中分散良好，从而降低成本，提高强度，并具有简单易操作、不易堵管等优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步阐述。
实施例1：
一种喷射混凝土，该混凝土按照质量比包括以下组分：
水泥：细集料：玻璃纤维：粉煤灰：减水剂：保水剂：纳米sio2＝100：100：2.2：25：1.5：0.1：5。
所述的水泥是强度标号为42.5r硅酸盐水泥。
所述的细集料为石英砂，其纯度高于99wt％、粒径范围为0.5mm～2mm。
所述的玻璃纤维为表面改性过的耐碱玻璃纤维，其弹性模量高于70gpa、长度为6mm，其改性方法如下：将玻璃纤维浸泡在丙酮中并超声3min，之后将纤维表面有机溶剂洗去后在40℃烘干，最后浸泡在纯丙乳液中3min后取出并在室温下晾干即可。其中纯丙乳液为甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类和丙烯酸三元共聚乳液，并在其中加入0.1％wc的碳酸氢钠、0.25％wc的过硫酸钾；该纯丙乳液为乳白色液体、固含量为50％、最低成膜温度为20℃、玻璃化温度为23℃、ph值为7。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
所述的减水剂为高效聚羧酸减水剂，其固含量为50％、减水率为40％。
所述的保水剂为聚甲基纤维素钠，等级为工业纯。
所述的纳米sio2比表面积为200m2/g，表观密度为55g/l，平均粒径为30nm。
一种喷射混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)按比例称取水泥、细集料、玻璃纤维、粉煤灰、减水剂、保水剂、纳米sio2和水，其中水泥和水的质量比为100：32；
2)将减水剂、纳米sio2加入5/10所称取的水中持续超声震荡，得到水溶液；
3)将水泥、剩余的水、细集料和粉煤灰混合共同搅拌60s，得到砂浆；
4)向砂浆中加入表面改性过的耐碱玻璃纤维、保水剂和步骤2)得到的水溶液，搅拌120s后即得所述的喷射混凝土。
实施例2：
一种喷射混凝土，该混凝土按照质量比包括以下组分：
水泥：细集料：玻璃纤维：粉煤灰：减水剂：保水剂：纳米sio2＝100：110：2.0：25：1.5：0.1：6。
所述的水泥是强度标号为32.5r硅酸盐水泥。
所述的细集料为石英砂，其纯度高于99wt％、粒径范围为0.5mm～2mm。
所述的玻璃纤维为表面改性过的耐碱玻璃纤维，其弹性模量高于70gpa、长度为12mm，其改性方法如下：将玻璃纤维浸泡在丙酮中并超声5min，之后将纤维表面有机溶剂洗去后在50℃烘干，最后浸泡在纯丙乳液中5min后取出并在室温下晾干即可。其中纯丙乳液为甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类和丙烯酸三元共聚乳液，并在其中加入0.12％wc的碳酸氢钠、0.28％wc的过硫酸钾；该纯丙乳液为乳白色液体、固含量为49％、最低成膜温度为18℃、玻璃化温度为21℃、ph值为8。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
所述的减水剂为高效聚羧酸减水剂，其固含量为50％、减水率为45％。
所述的保水剂为聚甲基纤维素钠，等级为工业纯。
纳米sio2比表面积为300m2/g，表观密度为65g/l，平均粒径为20nm。
一种喷射混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：
按比例称取水泥、细集料、玻璃纤维、粉煤灰、减水剂、保水剂、纳米sio2和水，其中水泥和水的质量比为100：34；
2)将减水剂、纳米sio2加入5/10所称取的水中持续超声震荡，得到水溶液；
3)将水泥、剩余的水、细集料和粉煤灰混合共同搅拌64s，得到砂浆；
4)向砂浆中加入表面改性过的耐碱玻璃纤维、保水剂和步骤2)得到的水溶液，搅拌123s后即得所述的喷射混凝土。
实施例3：
一种喷射混凝土，该混凝土按照质量比包括以下组分：
水泥：细集料：玻璃纤维：粉煤灰：减水剂：保水剂：纳米sio2＝100：110：2.5：20：1.0：0.13：6。
所述的水泥是强度标号为42.5低碱硫铝酸盐水泥。
所述的细集料为河砂，其纯度高于99wt％、粒径范围为0.5mm～2mm。
所述的玻璃纤维为表面改性过的耐碱玻璃纤维，其弹性模量高于70gpa、长度为9mm，其改性方法如下：将玻璃纤维浸泡在丙酮中并超声4min，之后将纤维表面有机溶剂洗去后在45℃烘干，最后浸泡在纯丙乳液中4min后取出并在室温下晾干即可。其中纯丙乳液为甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类和丙烯酸三元共聚乳液，并在其中加入0.14％wc的碳酸氢钠、0.32％wc的过硫酸钾；该纯丙乳液为乳白色液体、固含量为51％、最低成膜温度为22℃、玻璃化温度为25℃、ph值为7.5。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
所述的减水剂为高效聚羧酸减水剂，其固含量为50％、减水率为45％。
所述的保水剂为聚甲基纤维素钠，等级为工业纯。
纳米sio2比表面积为270m2/g，表观密度为60g/l，平均粒径为27nm。
一种喷射混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：
按比例称取水泥、细集料、玻璃纤维、粉煤灰、减水剂、保水剂、纳米sio2和水，其中水泥和水的质量比为100：35；
2)将减水剂、纳米sio2加入4/10所称取的水中持续超声震荡，得到水溶液；
3)将水泥、剩余的水、细集料和粉煤灰混合共同搅拌70s，得到砂浆；
4)向砂浆中加入表面改性过的耐碱玻璃纤维、保水剂和步骤2)得到的水溶液，搅拌130s后即得所述的喷射混凝土。
实施例4：
一种喷射混凝土，该混凝土按照质量比包括以下组分：
水泥：细集料：玻璃纤维：粉煤灰：减水剂：保水剂：纳米sio2＝100：120：2.2：15：0.5：0.15：7。
所述的水泥是强度标号为32.5的低碱硫铝酸盐水泥。
所述的细集料为河砂，其纯度高于99wt％、粒径范围为0.5mm～2mm。
所述的玻璃纤维为表面改性过的耐碱玻璃纤维，其弹性模量高于70gpa、长度为15mm，其改性方法如下：将玻璃纤维浸泡在丙酮中并超声3.5min，之后将纤维表面有机溶剂洗去后在48℃烘干，最后浸泡在纯丙乳液中4.5min后取出并在室温下晾干即可。其中纯丙乳液为甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类和丙烯酸三元共聚乳液，并在其中加入0.15％wc的碳酸氢钠、0.35％wc的过硫酸钾；该纯丙乳液为乳白色液体、固含量为50.5％、最低成膜温度为20℃、玻璃化温度为24℃、ph值为7.8。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
所述的减水剂为高效聚羧酸减水剂，其固含量为50％、减水率为37％。
所述的保水剂为聚甲基纤维素钠，等级为工业纯。
纳米sio2比表面积为200m2/g，表观密度为55g/l，平均粒径为30nm。
一种喷射混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)按比例称取水泥、细集料、玻璃纤维、粉煤灰、减水剂、保水剂、纳米sio2和水，其中水泥和水的质量比为100：38；
2)将减水剂、纳米sio2加入3/10所称取的水中持续超声震荡，得到水溶液；
3)将水泥、剩余的水、细集料和粉煤灰混合共同搅拌68s，得到砂浆；
4)向砂浆中加入表面改性过的耐碱玻璃纤维、保水剂和步骤2)得到的水溶液，搅拌128s后即得所述的喷射混凝土。