本发明涉及建筑基材技术领域，更具体的说是涉及一种喷射混凝土及制备方法与施工方法。
背景技术：
喷射混凝土是利用压缩空气，借助喷射机器，把按一定比例的速凝混凝土高速高压的喷向结构物的表面，从而在表面形成混凝土层，使结构物得到加强和保护。主要应用于，矿山、交通隧道、水工涵洞、建筑物支护和护坡、混凝土结构物的修补等。
目前喷射混凝土在粘附性、和易性以及凝结能力等方面仍存在较大的技术缺陷，致使没有一种综合性能优异的喷射混凝土满足施工要求。此外为了更充分的发挥喷射混凝土的性能，施工方法同样重要。
因此，如何提供一种综合性能良好的喷射混凝土以及合理的施工方法成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明目的之一提供了一种具有抗压及抗拉强度高、粘结力好、变形与收缩小、抗冻性好的喷射混凝土，可以在零下负20摄氏度内进行施工且不影响其性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种喷射混凝土，包括以下份数的原料：
水泥100份
骨料400-450份
外加剂3-4份
水50-60份。
优选的，所述水泥为采用采用不低于42.5级的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥按比例1:2-5的混合水泥。由于这两种水泥的铝酸三钙含量较高，再结合适当的比例，不仅凝结速度快，后期强度发展也高，且与速凝剂的适应性好。
优选的，所述骨料包括细骨料与粗骨料，而申请人经过大量创造性实验得出：细骨料中砂子过粗，会使混凝土喷射过程中回弹力增大；砂子过细，会使混凝土干缩增大，所以本发明采用的骨料中粗骨料占骨料的40％-50％，粗骨料占50％-60％，所述细骨料为细度模数大于2.5、质地坚硬且平均粒径0.25～0.50mm的中砂。
优选的，所述粗骨料采用石子为碎石或卵石，石子粒径为5-30mm连续级配。本发明中粗骨料没有使用含有活性二氧化硅的骨料，避免产生碱骨料反应而使喷射混凝土开裂。
优选的，所述外加剂的配方为：速凝剂15～25份，增强剂50～80份，分散剂1～5份，聚凝剂0.1～6份，固化剂2-3份，本发明所述的外加剂的配方中的各原料的重量份数是针对外加剂而言。达到的技术效果：初凝时间在3min以内，终凝时间在12min以内，8h后强度不小于0.3mpa，28天抗压强度比不低于70％，减水率5％-15％之间。
一种喷射混凝土的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤(1)：称取如权利要求1-6所述的一种喷射混凝土中的各原料备用；
步骤(2)：将步骤(1)称取的外加剂的组分按配比加入到水中混合；
步骤(3)：依次将骨料、水泥和添加有外加剂的水加入搅拌设备中搅拌均匀，搅拌时间为4-7min；
步骤(4)：混凝土混合物从搅拌机中卸出，由混凝土罐车运输到施工现场，进行后续的施工。
上述所述的喷射混凝土的施工要求：首先应保证混凝土具有良好的黏附性与和易性，其次速凝剂的用量保证期凝结时间，4-8h的强度应具有控制地基变型的能力，且达到设计的28天强度。
1、确定粗骨料的最大粒径与和砂率
1)本发明的喷射混凝土选取粗骨料最大粒径不能超过管径的1/3，且不超过30mm。
2)喷射混凝土拌合物的砂率选取50％-60％之间，选取时参照：当粗骨料的最大粒径越大，砂率越小。砂子越细，砂率越小，砂子越粗，砂率越大。
2、水泥用量：本发明的混凝土水泥用量，可以用水泥与骨料之比来表示，为1：4-1：4.5之间，其水泥用量最大不得超过400，通过对比试验发现，当水泥量超过400时强度反而降低。
具体地说，喷射施工方法如下：
1、一般输料管长20～60m工作风压为1.2～1.8kn/cm2喷距为0.6～1m要尽量减少工作压风，缩小喷距，采取小风，近距离喷射。
2、无论干式或湿式喷射，水灰比均以0.4～0.45为宜，水压一般比风压大1kn/cm2左右为宜，喷头与喷面尽量垂直，最小夹角不得小于70度，喷射应分段、分片由下而上螺旋顺序进行，螺旋直径20-30厘米，喷墙时，一次喷射厚度60-100毫米为宜，喷拱时，一次喷射厚度30-60毫米为宜。
3、喷层强度：平均强度不低于设计要求，任意一组不低于设计强度的85％，当试块分为3-5组时，不合格的不得超过一组。
4、喷层厚度：达到设计要求，局部不小于设计规定的10％。
5、相邻喷层接茬：应作成斜交接头，搭接宽度一般为喷层厚度的两倍。
6、喷射质量：喷射后无露筋、干裂现象，喷射均匀、无裂缝。
此外，混凝土的后期养护同样重要，这也是现有技术中所忽略的一个步骤：混凝土的后期养护主要包括：
1、喷射施工完毕后，喷层在没有彻底凝固前，喷射段附近禁止震动，以免喷层脱落，更不可用锐器击打碰撞或长柄器具捅扎。
2、在喷射混凝土终凝后2小时开始进行洒水养护，每8小时左右喷水一次，保持空气湿度为90％左右，一般养生10天左右为宜。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：
1、本发明采用合适的配方，进一步限定了原料的参数及配比，确保了本喷射混凝土在抗压、抗拉强度、粘结性以及抗冻性等方面达到最优的技术效果；
2、本发明采用不低于42.5级的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，由于这两种水泥的铝酸三钙含量较高，不仅凝结速度快，后期强度发展也高，且与速凝剂的适应性好。
3、本发明的制备方法简单，对设备要求低，耗能低，适合企业大规模生产；
4、本发明合理的施工方法进一步保证了混凝土施工后可以达到良好的粘附性、和易性，并且速凝剂的用量保证期凝结时间，1-8h的强度达到了控制地基变型的能力，达到设计的28天强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例采用的喷射方法均为：输料管长20～60m工作风压为1.2～1.8kn/cm2喷距为0.6～1m。无论干式或湿式喷射，水灰比为0.4～0.45，水压一般比风压大1kn/cm2为宜；喷头与喷面尽量垂直，最小夹角不得小于70度；喷射应分段、分片由下而上螺旋顺序进行，螺旋直径20～30cm，喷墙时，一次喷射厚度60-100mm，喷拱时，一次喷射厚度30-60mm。上述参数并未具体限定，在合理的范围内均可，此外，本发明采用的外加剂都是本领域常见的添加剂，速凝剂可以包括酒石酸或其盐、偏铝酸盐、羟基酒石酸盐或它其中二种以上的组合，例如可以选择酒石酸、酒石酸钠、偏铝酸钠、羟基酒石酸钠、二羟基酒石酸钠等，优选为二羟基酒石酸钠。
根据本发明的喷射混凝土外加剂，所用增强剂可以包括碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、c2-c4烷醇胺或其中二种以上的组合，例如可以选择硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、一乙醇胺、二乙醇胺、丙醇胺、异丙醇胺等，优选为硫酸钠。
根据本发明的喷射混凝土外加剂，所述分散剂选自非离子表面活性剂。例如聚乙二醇型、多元醇型、烷基醇胺型或聚氧乙烯型等，优选为脂肪酸聚氧乙烯醚(ae)。
根据本发明的喷射混凝土外加剂，所述聚凝剂(也称稳定剂)包括硫酸铁、羟基羧酸、聚丙烯酰胺或其中二种以上的组合，所述羟基羧酸可以为羟基乙酸、羟基丙酸等，所述聚丙烯酰胺(pam)可以为任一种pam，本发明对此没有特别的限定。
实施例1
原料配比：水泥100份，骨料400份，外加剂3份，水50份；
其中水泥为采用不低于42.5级的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥按比例1:2的混合水泥；
骨料中粗骨料占骨料的40％，粗骨料占60％。
细骨料为细度模数大于2.5、质地坚硬且平均粒径0.25～0.50mm的中砂。
粗骨料采用石子为碎石或卵石，石子粒径为5-30mm连续级配。
外加剂的配方为：速凝剂15份，增强剂50份，分散剂1份，聚凝剂0.1份，固化剂2份。
制备步骤如下：
步骤(1)：称取上述各原料备用；
步骤(2)：将步骤(1)称取的外加剂的组分按配比加入到水中混合；
步骤(3)：依次将骨料、水泥和添加有外加剂的水加入搅拌设备中搅拌均匀，搅拌时间为4min；
步骤(4)：混凝土混合物从搅拌机中卸出，由混凝土罐车运输到施工现场，进行后续的施工。
实施例2
原料配比：水泥100份，骨料450份，外加剂4份，水60份；
其中水泥为采用不低于42.5级的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥按比例1:5的混合水泥；
骨料中粗骨料占骨料的50％，粗骨料占50％％。
细骨料为细度模数大于2.5、质地坚硬且平均粒径0.25～0.50mm的中砂。
粗骨料采用石子为碎石或卵石，石子粒径为5-30mm连续级配。
外加剂的配方为：速凝剂25份，增强剂80份，分散剂5份，聚凝剂6份，固化剂3份。
制备步骤如下：
步骤(1)：称取上述各原料备用；
步骤(2)：将步骤(1)称取的外加剂的组分按配比加入到水中混合；
步骤(3)：依次将骨料、水泥和添加有外加剂的水加入搅拌设备中搅拌均匀，搅拌时间为7min；
步骤(4)：混凝土混合物从搅拌机中卸出，由混凝土罐车运输到施工现场，进行后续的施工。
实施例3
原料配比：水泥100份，骨料420份，外加剂3份，水55份；
其中水泥为采用不低于42.5级的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥按比例1:4的混合水泥；
骨料中粗骨料占骨料的45％，粗骨料占55％。
细骨料为细度模数大于2.5、质地坚硬且平均粒径0.25～0.50mm的中砂。
粗骨料采用石子为碎石或卵石，石子粒径为5-30mm连续级配。
外加剂的配方为：速凝剂20份，增强剂58份，分散剂3份，聚凝剂4份，固化剂2份。
制备步骤如下：
步骤(1)：称取上述各原料备用；
步骤(2)：将步骤(1)称取的外加剂的组分按配比加入到水中混合；
步骤(3)：依次将骨料、水泥和添加有外加剂的水加入搅拌设备中搅拌均匀，搅拌时间为5min；
步骤(4)：混凝土混合物从搅拌机中卸出，由混凝土罐车运输到施工现场，进行后续的施工。
实施例4
原料配比：水泥100份，骨料430份，外加剂4份，水58份；
其中水泥为采用不低于42.5级的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥按比例1:4的混合水泥；
骨料中粗骨料占骨料的48％，粗骨料占52％。
细骨料为细度模数大于2.5、质地坚硬且平均粒径0.25～0.50mm的中砂。
粗骨料采用石子为碎石或卵石，石子粒径为5-30mm连续级配。
外加剂的配方为：速凝剂22份，增强剂70份，分散剂4份，聚凝剂5份，固化剂3份。
制备步骤如下：
步骤(1)：称取上述各原料备用；
步骤(2)：将步骤(1)称取的外加剂的组分按配比加入到水中混合；
步骤(3)：依次将骨料、水泥和添加有外加剂的水加入搅拌设备中搅拌均匀，搅拌时间为6min；
步骤(4)：混凝土混合物从搅拌机中卸出，由混凝土罐车运输到施工现场，进行后续的施工。
进一步地，本发明对实施例1-4制备的混凝土进行性能检测，检测结果见表1。
表1
由表1可知，通过本发明制备的混凝土的抗压强度和透水系数均优于同行业性能测试标准，能够满足各种对于混凝土要求的工程需要。
坍落效果测试：将实施例1～4制得的轻质陶粒混凝土分别进行坍落度试验，具体试验操作步骤：(1)用一个上口100mm、下口200mm、高300mm喇叭状的坍落度桶；(2)向其中灌入混凝土，并分三次填装；(3)每次填装后用捣棒沿桶壁均匀由外向内击打25下，捣实后，抹平；(4)然后拔起桶，混凝土因自重产生坍落现象，用桶高(300mm)减去坍落后混凝土最高点的高度即为坍落度(如果二者差值为10mm，则塌落度为10)，同时记录倒坍时间(s)和坍落扩展度。测试结果参见表2。
表2坍落度测试结果
通过各实施例的测试结果可以看出，通过原料配比及工艺参数的优化，使得混凝土工作性能优异，且在2h时坍落度无损失，可泵性良好，有利于施工。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。