一种隧道用大体积混凝土及其制备方法与流程

本发明属于建筑材料，具体涉及一种隧道用大体积混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、随着城市化进程的加速，城市交通和基础设施建设需求不断增加。隧道作为一种解决交通拥堵、地下空间利用和城市规划等问题的重要手段，得到了广泛应用和发展。

2、在隧道大体积混凝土的浇筑过程中，由于施工体积较大，混凝土中心部位温度升高较快，导致浇筑后的温度梯度较大，容易产生温度应力和收缩裂缝等问题。此外，隧道里面服役环境复杂，微裂缝的产生会加速cl-、so42-、微生物等对混凝土的侵蚀破坏，从而导致混凝土寿命大幅下降。隧道大体积混凝土施工时温度和裂缝的控制等为目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种隧道用大体积混凝土，可有效降低隧道大体积混凝土浇筑过程中内外温差，使混凝土成型过程中温度均匀，兼顾良好的工作性能、力学性能和抗裂性能等。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种隧道用大体积混凝土，各组分及其所占重量份数包括：水泥360-380份，石英砂720-760份，石英石950-1150份，掺合料20-40份，复合温度调节组分0.6-2.8份，纤维9-18份，复合外加剂7-10份，水160-170份；其中，复合温度调控剂以氧化石墨烯和纤维素纳米晶为主要原料复合得到。

4、上述方案中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，等级为p.o 42.5级以上；石英砂细度模数为2.5-2.8，二区中砂；石英石为5-20mm连续级配，压碎值≤6％。

5、上述方案中，所述氧化石墨烯与纤维素纳米晶的质量比为1:1.5-2.5；其中氧化石墨烯类型为片状超薄结构，厚度为5-20nm，片径为200-500nm；纤维素纳米晶的粒径为10-30nm。

6、上述方案中，所述掺合料为ii级粉煤灰，细度(45um方孔筛筛余)不超过20％，强度活性指数大于75％，游离氧化钙质量分数不超过0.6％。

7、优选的，所述纤维为铜纤维，其长度为12-20mm，直径为0.8-1.3mm，形状为纺锤型。

8、上述方案中，所述复合外加剂为聚羧酸减水剂和缓凝剂按3:2-3的质量比复合。

9、进一步地，所述聚羧酸减水剂的减水率为20～30％。

10、优选的，所述缓凝剂可选用葡萄糖酸钠等。

11、上述一种隧道用大体积混凝土的制备方法，包括如下步骤：

12、1)按配比称取原料，各组分及其所占重量份数包括：水泥360-380份，石英砂720-760份，石英石950-1150份，掺合料20-40份，复合温度调节组分0.6-2.8份，纤维9-18份，复合外加剂7-10份，水160-170份；

13、2)将称取的石英砂、石英石、掺合料、水泥、纤维搅拌均匀，得固体混合料；将复合温度调节组分溶于称取的水中分散均匀，得混合液；向固体混合料中加入混合液和复合外加剂，搅拌均匀，即得隧道用大体积混凝土。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

15、1)本发明将氧化石墨烯和纤维素纳米晶体配合使用，能有效降低混凝土结构成型过程中界面间的热量，并可促进混凝土形成均匀的网状结构，有利于混凝土凝结硬化过程中热量的分散并提升力学性能等：1)本发明结合氧化石墨烯的散热通道和纤维纳米素晶体的散热能力，有利于混凝土凝结硬化过程中热量的分散；氧化石墨烯在混凝土水化产物结构成型中可以形成热导通道，促进热量的快速传导和分散，提高混凝土内部热传导能力，纤维纳米素晶体还可增加混凝土的比表面积和孔隙率，增强结构吸湿散热的能力；2)纤维素纳米晶体和氧化石墨烯的相互配合，形成更加紧密和稳定的网状结构；纤维素纳米晶体可提供纵向连接和纤维化增强作用，氧化石墨烯具有高比表面积和良好的分散性，能够填充混凝土中的孔隙结构，增加混凝土的密实性和改善孔隙率，二者配合作用可有效提高混凝土内部结构的匀质性和抗裂性能；此外，引入的纤维素纳米晶体可填充隧道混凝土中的微细空隙和裂缝，可减少水分渗透和有害物质的侵蚀，同时具备良好的抗氯离子、硫酸盐侵蚀的性能，提高混凝土的耐久性和抗腐蚀性能等；

16、2)铜纤维的添加可有效改善混凝土的开裂和收缩性能等问题，减少裂缝的形成和扩展，并具有良好的抗菌性能，对微生物生长具有很好的抑制作用，更有利于其在隧道工程中的应用；另外，铜纤维还具有优良的热传递性能，在混凝土成型过程中均匀分散的铜纤维能将混凝土内部水化不均匀产生的水化热进行均匀传导，从而降低混凝土内外温度差，减少混凝土温度裂缝的产生；

17、3)缓凝剂和减水剂联合使用可延缓水泥的水化反应速度，延长混凝土的凝结时间，使得水化产物和原材料之间可以更好地流动和填充；有利于提高混凝土的工作性能，并有助于减少施工中的温度升高和体积收缩引起的问题。

技术特征：

1.一种隧道用大体积混凝土，其特征在于，各组分及其所占重量份数包括：水泥360-380份，石英砂720-760份，石英石950-1150份，掺合料20-40份，复合温度调节组分0.6-2.8份，纤维9-18份，复合外加剂7-10份，水160-170份；其中，复合温度调控剂以氧化石墨烯和纤维素纳米晶体为主要原料复合得到。

2.根据权利要求1所述的隧道用大体积混凝土，其特征在于，所述氧化石墨烯与纤维素纳米晶的质量比为1:1.5-2.5。

3.根据权利要求1所述的隧道用大体积混凝土，其特征在于，所述氧化石墨烯呈片状超薄结构，厚度为5-20nm，片径为200-500nm；纤维素纳米晶的粒径为10-30nm。

4.根据权利要求1所述的隧道用大体积混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，等级为p.o 42.5级以上。

5.根据权利要求1所述的隧道用大体积混凝土，其特征在于，石英砂细度模数为2.5-2.8，二区中砂；石英石为5-20mm连续级配，压碎值≤6％。

6.根据权利要求1所述的隧道用大体积混凝土，其特征在于，所述掺合料为ii级粉煤灰，45um方孔筛筛余不超过20％，强度活性指数大于75％，游离氧化钙质量分数不超过0.6％。

7.根据权利要求1所述的隧道用大体积混凝土，其特征在于，所述纤维为铜纤维，其长度为12-20mm，直径为0.8-1.3mm，形状为纺锤型。

8.根据权利要求1所述的隧道用大体积混凝土，其特征在于，所述复合外加剂为聚羧酸减水剂和缓凝剂按3:2-3的质量比复合。

9.根据权利要求8所述的隧道用大体积混凝土，其特征在于，所述聚羧酸减水剂的减水率为20～30％。

10.权利要求1～9任一项所述隧道用大体积混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种隧道用大体积混凝土，各组分及其所占重量份数包括：水泥360‑380份，石英砂720‑760份，石英石950‑1150份，掺合料20‑40份，复合温度调节组分0.6‑2.8份，纤维9‑18份，复合外加剂7‑10份，水160‑170份；其中，复合温度调控剂以氧化石墨烯和纤维素纳米晶为主要原料复合得到。本发明所述隧道用大体积混凝土可有效降低隧道大体积混凝土浇筑过程中的内外温差，使混凝土成型过程中温度均匀，兼顾良好的工作性能、力学性能和抗裂性能等；且涉及的制备方法较简单，无需辅助其他施工调控工艺，可为高性能隧道用大体积混凝土的制备提供一条新思路。

技术研发人员：万世辉,李艳华,王军,赵日煦,熊龙,谯理格,谭畅,刘佳辉,陈晨
受保护的技术使用者：中建商品混凝土有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6