一种软弱破碎地层用早强快支喷射混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及tbm掘进过程中过软弱破碎地层快速支护封闭技术领域，具体涉及一种软弱破碎地层用早强快支喷射混凝土及其制备方法。

背景技术：

敞开式全断面隧道掘进机（tbm）以其快速、高效。环保等优点，在山岭隧道以及地铁项目中得到了广泛的应用，和以往人工钻爆法相比，很大程度上提高了施工效率，也取得了良好的应用效果。但是，在tbm掘进过程中常常会遇到断层破碎带、富水、高地应力等不良地质，特别是在围岩破碎地段常常会发生tbm卡机被困的情况。为了尽量避免tbm卡机，或者tbm卡机后迅速确保护盾后方破碎岩体的稳定，针对断层破碎地层tbm护盾后方围岩快速封闭问题，已经开展了很多研究。

在cn108129095a中公开了名为“一种喷射混凝土”，在普通混凝土的基础上有了一定的改进，具体加入了玄武岩纤维和硅灰，虽然其劈裂强度和粘结强度有了一定的提高，但是其还是不能够满足较破碎和涌水地段的需求，且回弹量相对较大；在cn108191354a中公开了“喷射混凝土和喷射混凝土的制备方法”，此发明只是介绍了最基础的喷射混凝土和喷射混凝土的制备方法，虽然对喷射混凝土的制备有一定的参考价值，但是对于断层破碎带围岩快速稳定的使用，效果还不太理想，具体为强度不足，且凝固时间较长，还有很大的提升空间；在cn107721242a中公开了名为“一种速凝喷射混凝土”，此发明通过自制的内养护剂和速凝剂，制备的喷射混凝土初凝和终凝时间以及抗压强度与普通喷射混凝土相比确实都有很大的提高，但对于断层破碎带危险地层来说，凝固时间还是有点偏长。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种凝固快、抗压强度高、封闭效果好的用于断层破碎带、软弱破碎地层的早强快支喷射混凝土及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种软弱破碎地层用早强快支喷射混凝土，由以下重量份的原料制备而成：水泥450份，固化剂19~23份，水160~180份，细骨料980~1010份，粗骨料690~760份，玻璃纤维6~11份，以及占该喷射混凝土总质量10%~15%的外加剂，占该喷射混凝土总质量6%~10%的无碱速凝剂。

优选的，所述外加剂为氧化石墨烯与材料颗粒直径达到纳米级的混凝土外加剂的混合料。采用经充分研磨、材料颗粒直径达到纳米级的高性能混凝土外加剂，与氧化石墨烯混合，具有增强促凝的特点，无毒无害，且能够改善水泥凝固的三维结构。

优选的，所述混凝土外加剂为微珠超细粉、超细硅灰或白炭黑中的一种；所述氧化石墨烯与混凝土外加剂的重量比为1：10～15。

优选的，所述细骨料为细砂，细度模数为2.5~2.8，表观密度≥2600kg·m^-3；

优选的，所述粗骨料为米石。

优选的，所述玻璃纤维的抗拉强度为1200~1600mpa，长度为5-15mm，直径为300~500μm。

优选的，所述水泥为p·o42.5r的快硬水泥，其比表面积为≥300m²·kg^-1。

优选的，所述无碱速凝剂为液体。采用环保无毒的无碱速凝剂，在使用时与制备出的喷射混凝土分管输送，在喷口处混合喷射。

本发明还涉及一种上述软弱破碎地层用早强快支喷射混凝土的制备方法，包括下列步骤：

（1）按照上述配比准备原料，首先将外加剂与固化剂按照配比加入水中；

（2）将水泥、细骨料、粗骨料加入步骤（1）所得的物料中，并搅拌均匀；

（3）将玻璃短纤维加入步骤（2）所得的物料中并搅拌均匀；

（4）将无碱速凝剂与步骤（3）所得的混合混凝土分管输送，并在喷头处混合喷射。

本发明的有益效果在于：

本发明早强快支喷射混凝土，适用于tbm掘进过程中遇到的断层破碎带、软弱破碎地层，其凝固时间短、抗压强度高、封闭支护效果好，能够使tbm护盾后方围岩快速封闭，确保护盾后方破碎岩体的稳定；且采用的原料成本低，环保无污染，制备工序简单。本发明所制备的早强快支喷射混凝土能够在较短的时间内达到很高的强度，对围岩的封闭起到良好的效果，为tbm快速通过断层破碎带保驾护航。

附图说明

图1是本发明早强快支喷射混凝土的电镜图；

图2是本发明早强快支喷射混凝土的xrd图谱；

图3是本发明早强快支喷射混凝土使用后不同时间段的抗压强度测试图。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。

实施例1：一种软弱破碎地层用早强快支喷射混凝土，将固化剂19㎏、外加剂230.5㎏一起加入160㎏的水中，外加剂为氧化石墨烯与材料颗粒直径达到纳米级的混凝土外加剂的混合料；然后将比表面积为300m²·kg^-1的p·o42.5r快硬水泥、980㎏细度模数为2.5的细砂与690㎏的米石加入上述溶液中并充分搅拌5min；将6㎏抗拉强度为1200mpa，长度为5mm，直径为300μm的玻璃短纤维加入上述溶液中继续充分搅拌5分钟，然后将制得的喷射混凝土装入密闭的沙浆罐待用；将无碱速凝剂与喷射混凝土分管输送，在喷射头处均匀混合喷射使用；在某铁路隧道试喷，效果良好。

实施例2：一种软弱破碎地层用早强快支喷射混凝土，将固化剂20㎏、外加剂257㎏一起加入170㎏的水中，外加剂为氧化石墨烯与材料颗粒直径达到纳米级的混凝土外加剂的混合料；然后将450㎏比表面积为310m²·kg^-1的p·o42.5r快硬水泥、990㎏细度模数为2.6的细砂与700㎏的米石加入上述溶液中并充分搅拌6min；将8㎏抗拉强度为1200mpa，长度为6mm，直径为300μm的玻璃短纤维加入上述溶液中继续充分搅拌6分钟，然后将制得的喷射混凝土装入密闭的沙浆罐待用；将无碱速凝剂与喷射混凝土分管输送，在喷射头处均匀混合喷射使用；在某铁路隧道试喷，效果良好。

实施例3：一种软弱破碎地层用早强快支喷射混凝土，将固化剂22㎏、外加剂260㎏一起加入180㎏的水中，外加剂为氧化石墨烯与材料颗粒直径达到纳米级的混凝土外加剂的混合料；然后将450㎏比表面积为320m²·kg^-1的p·o42.5r快硬水泥、1000㎏细度模数为2.7的细砂与720㎏的米石加入上述溶液中并充分搅拌6min；将10㎏抗拉强度为1200mpa，长度为10mm，直径为400μm的玻璃短纤维加入上述溶液中继续充分搅拌6分钟，然后将制得的喷射混凝土装入密闭的沙浆罐待用；将无碱速凝剂与喷射混凝土分管输送，在喷射头处均匀混合喷射使用；在某铁路隧道试喷，效果良好。

实施例4：一种软弱破碎地层用早强快支喷射混凝土，将固化剂23㎏、外加剂273㎏一起加入180㎏的水中，外加剂为氧化石墨烯与材料颗粒直径达到纳米级的混凝土外加剂的混合料；然后将450㎏比表面积为300m²·kg^-1的p·o42.5r快硬水泥、1010㎏细度模数为2.8的细砂与760㎏的米石加入上述溶液中并充分搅拌8min；将11㎏抗拉强度为1300mpa，长度为15mm，直径为400μm的玻璃短纤维加入上述溶液中继续充分搅拌8分钟，然后将制得的喷射混凝土装入密闭的沙浆罐待用；将无碱速凝剂与喷射混凝土分管输送，在喷射头处均匀混合喷射使用；在某铁路隧道试喷，效果良好。

在上述实施例中，混凝土外加剂为微珠超细粉、超细硅灰或白炭黑中的一种；氧化石墨烯与混凝土外加剂的重量比为1：10～15。

实施例1-4中的软弱破碎地层用早强快支喷射混凝土的性能测试结果如下表所示。

上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。