本发明涉及建筑施工材料技术领域，具体涉及一种气密性混凝土材料及其制备方法。
背景技术：
铁路隧道、公路隧道、城市地下通道等建筑结构物，均由围岩、初期支护、防水层、二次衬砌混凝土组成。对于二次衬砌混凝土，其主要功能为提供结构安全储备、防止地表水或地下水渗透进入隧道内部空间，当气温在零度及以下时，渗透水因结冰而可能引发交通安全隐患。因此，一般要求隧道二次衬砌混凝土具有合适的抗压、抗拉强度，良好的变形能力，抵抗压力水渗透的抗渗透能力，较好的耐久性能和长期性能。我国西南地区的贵州、重庆、云南，中南地区的湖南、江西等，在铁路、公路建设工程中，特别是山岭隧道建设过程中，经常遇到穿越劣质煤层而引发瓦斯等有毒有害气体的外溢，给隧道开挖施工、运营、维护保养造成较大困难或留下较严重的安全隐患。因此，在这种环境下工作的二次衬砌混凝土，不仅要抗冻、抗压力水的渗透，还应具备出色的抵抗有毒有害气体的渗透。传统的普通混凝土或常用的高性能混凝土很难满足这一特殊要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种抵抗有毒有害气体渗透、抵抗压力水渗、抗碱骨料反应、抗裂、抗冻能力出众的气密性混凝土材料及其制备方法。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种气密性混凝土材料，其由粗骨料、细骨料、磨细矿粉、粉煤灰、水泥、高效减水剂、特种引气剂、水组成，所述的粗骨料为连续级配石灰岩质粗骨料，所述细骨料为洁净中河砂。
作为优选，所述的气密性混凝土材料中粗骨料的体积率为39.1%，细骨料的体积率为29.4%，水泥的体积率为10.8%，磨细矿粉的体积率为1.8%，粉煤灰的体积率为2.5%，水的体积率为14.6%，减水剂和特种引气剂的体积率合计为1.4%，空隙或孔隙的体积率为0.4%。
作为优选，所述的气密性混凝土材料中粗骨料的体积率为37.5%，细骨料的体积率为28.2%，水泥的体积率为12.1%，磨细矿粉的体积率为1.9%，ii级粉煤灰的体积率为3.4%，水的体积率为15.1%，减水剂和特种引气剂的体积率合计为1.5%，空隙或孔隙的体积率为0.3%。
作为优选，所述的连续级配石灰岩质粗骨料粒径5~25mm；所述洁净中河砂细度模数2.6~2.8，连续级配；所述磨细矿粉为f级；所述粉煤灰为ii级粉煤灰，磨细矿粉、ii粉煤灰等的主要化学成分为cao、sio2、al2o3、fe2o3等；所述水泥为普通硅酸盐水泥(p.o)，强度等级42.5mpa，2cao·sio2和3cao·sio2的总含量65%~70%，3cao·al2o3的含量不大于8%；所述高效减水剂为聚羧酸盐减水剂，减水率不低于28%；所述特种引气剂的引气率为3.0%-4.0%；所述水为自来水或洁净的饮用水。
进一步地，所述的特种引气剂由松香树脂、烷基苯磺酸盐、脂肪醇硫酸盐和苯乙烯和二乙烯苯共聚珠体经磺化反应后的具有磺酸基的水溶性树脂组成。
所述的一种气密性混凝土材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将所述连续级配石灰岩质粗骨料、洁净中河砂与50%的水泥、磨细矿粉、粉煤灰和水进行1.5min预拌合，得到匀混料一；
（2）将聚羧酸盐减水剂、特制引气剂以及剩余水泥、磨细矿粉、粉煤灰、水在双轴强制式搅拌机中搅拌均匀，得到匀混料二；
（3）将匀混料二加入至匀混料一中搅拌均匀，经密实成型、标准养护即得气密性混凝土材料。
优选的：所述匀混料二和匀混料一采用机械运输、泵送作业、机械振捣、人工修饰，自然养护或喷雾养护的方式进行养护。
进一步的：所述气密性混凝土材料的表观密度为2380±10kg/m3，设计强度等级30~50mpa，抗弯强度为5.0±1.0mpa，抗渗等级达到s20，3个大气压作用下瓦斯渗透深度小于等于5mm。
本发明通过采用特种引气剂，其组成除了松香树脂类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇硫酸盐类外，引入表面张力较大的水溶性树脂类成分，提高引气剂在混凝土搅拌、运输、成型时的稳定性，并在混凝土基体中以有一定弹性的气泡形式存在，阻断气体或液体在毛细孔、凝胶孔的通道，提高二次衬砌混凝土的抗渗能力。通过综合掺加矿粉、ii级粉煤灰降低普通硅酸盐水泥用量，改善混凝土的微观、细观结构，提高混凝土的密度。
本发明的一种气密性混凝土材料具有优异的抑制瓦斯等有毒有害气体外溢、压力水渗透的能力。由于十分致密且亚观结构中毛细孔内存在弹性气泡，可有效提高瓦斯等有害气体和压力水渗透时的作用能，降低流体穿越二次衬砌混凝土的能力。本发明的混凝土材料，由连续级配石灰岩质粗骨料、洁净中河砂、磨细矿粉、ii级粉煤灰、普通硅酸盐水泥、高效减水剂、特种引气剂、水经搅拌、密实成型、标准养护制作而成，是有瓦斯等有毒有害气体外溢等环境隧道二衬结构的主要混凝土材料。结构致密，因亚观结构中毛细孔内存在弹性气泡，抗气体渗透能力、抗渗能力、抗碱骨料反应、抗裂能力、抗冻能力等十分优异；除特种引气剂外，其它原材料来源较广，制备工艺较简单。其表观密度为2380±10kg/m3，设计强度等级为30~50mpa，抗弯强度在5.0±1.0mpa，抗渗等级达到s20，3个大气压作用下瓦斯渗透深度小于等于5mm，具有优异的抑制瓦斯气体外溢、压力水渗透的能力。可有效解决传统混凝土材料存在的不足和缺陷。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
一种气密性混凝土材料，由连续级配石灰岩质粗骨料、洁净中河砂、磨细矿粉、ii级粉煤灰、普通硅酸盐水泥、高效减水剂、特种引气剂、水经搅拌、密实成型、标准养护制作而成，是有瓦斯等有毒有害气体外溢等环境隧道二衬结构的主要混凝土材料。
通过特种引气剂的添加，使混凝土在拌合过程中形成颗粒直径在20µm~1mm左右稳定的气泡，并在胶凝材料凝结硬化过程中于细观结构的毛细孔内以弹性状态存在，提高抵抗气体渗透能力、抵抗压力水渗透能力。
特种引气剂的组成除了松香树脂、烷基苯磺酸盐、脂肪醇硫酸盐外，引入表面张力较大的水溶性树脂成分，提高引气剂在混凝土搅拌、运输、成型时的稳定性，并在混凝土基体中以有一定弹性的气泡形式存在，阻断气体或液体在毛细孔、凝胶孔的通道，提高二次衬砌混凝土的抗渗能力。
实施例1：所述的气密性混凝土材料中粗骨料的体积率为39.1%，细骨料的体积率为29.4%，水泥的体积率为10.8%，磨细矿粉的体积率为1.8%，粉煤灰的体积率为2.5%，水的体积率为14.6%，减水剂和特种引气剂的体积率合计为1.4%，空隙或孔隙的体积率为0.4%。。
实施例2：所述的气密性混凝土材料中粗骨料的体积率为37.5%，细骨料的体积率为28.2%，水泥的体积率为12.1%，磨细矿粉的体积率为1.9%，ii级粉煤灰的体积率为3.4%，水的体积率为15.1%，减水剂和特种引气剂的体积率合计为1.5%，空隙或孔隙的体积率为0.3%。
上述实施例1和实施例2中连续级配石灰岩质粗骨料粒径5~25mm；所述洁净中河砂细度模数2.6~2.8，连续级配；所述磨细矿粉为f级；所述粉煤灰为ii级灰，矿粉、粉煤灰等的主要化学成分为cao、sio2、al2o3、fe2o3等；所述水泥为普通硅酸盐水泥(p.o)，强度等级42.5mpa左右，2cao·sio2和3cao·sio2的总含量65%~70%，3cao·al2o3的含量不大于8%；所述高效减水剂为聚羧酸盐减水剂，减水率不低于28%；所述特种引气剂的引气率为3.0%(实施例2)、4.0%(实施例1)；所述水为自来水或洁净的饮用水。
所述的一种气密性混凝土材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将所述连续级配石灰岩质粗骨料、洁净中河砂与50%的水泥、磨细矿粉、粉煤灰和水进行1.5min预拌合，得到匀混料一；
（2）将聚羧酸盐减水剂、特制引气剂以及剩余水泥、磨细矿粉、粉煤灰、水在双轴强制式搅拌机中搅拌2min左右，得到匀混料二；
（3）将匀混料二加入至匀混料一中搅拌均匀，经密实成型、标准养护即得气密性混凝土材料。
匀混料二和匀混料一采用机械运输、泵送作业、机械振捣、人工修饰，自然养护或喷雾养护的方式进行养护。
气密性混凝土材料的表观密度为2380±10kg/m3，实施例1设计强度等级30mpa，即达到c30等级，实施例2设计强度等级50mpa即达到了c50等级，抗弯强度为5.0±1.0mpa，抗渗等级达s20，3个大气压作用下瓦斯渗透深度≤5mm。