本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种喷射混凝土用回弹抑制剂及其制备方法和应用。
背景技术：
1、喷射混凝土是将胶凝材料、骨料等按一定比例拌制的混凝土拌合物送入喷射设备，借助压缩空气或其他动力输送，高速喷射至受喷面，在速凝剂作用下迅速固结成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用的特殊混凝土。在喷射混凝土施工过程中，受制于喷射角度、压力、围岩情况、混凝土凝结时间等影响，通常在拱顶、拱腰等部位易出现回弹量大、掉块等问题，部分情况下回弹率超过30％，造成较大的材料浪费，同时影响施工安全。隧道喷射混凝土回弹率主要与喷射工艺、混凝土配比及性能、速凝剂效果、岩壁状况及施工水平等因素相关，其中对于当前较为普遍的湿法工艺而言，混凝土的工作状态及与速凝剂间的适应性问题至关重要。要保证混凝土能顺利通过管道喷射、高速喷射至岩壁后能快速固结成一体，而减小混凝土因骨料碰撞力作用回弹或重力作用掉落的情况，要求混凝土具备良好流动性、粘附性，同时能够快速凝固并具有高的早期强度。
2、回弹抑制剂是一种能够改善喷射混凝土工作状态、缩短凝结时间、降低喷射混凝土回弹率的材料。申请号为cn201910864462.0的中国发明专利公开了一种喷射混凝土用回弹抑制剂的制备方法，通过改性丙烯酰胺来增粘，以改性海泡石绒来抑制开裂，但丙烯酰胺具有潜在的神经毒性、遗传毒性和致癌性，长期接触可能对身体造成损伤。公布号为cn115677264b的中国发明专利公开了一种降低喷射混凝土的回弹率的掺合料及其制备方法，包含增粘、促凝、保塑等组分，利用羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、纳米二氧化硅显改善混凝土的粘聚性，通过铝酸三钙促进混凝土凝结，掺入减水剂和石膏提高流动性和保塑性，其中主要组分是纳米二氧化硅，成本较高。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种喷射混凝土用回弹抑制剂及其制备方法和应用。本发明的回弹抑制剂由硅酸镁铝，硅灰，高分子增粘剂，硫酸铝渣粉，超细石粉，减水剂，可再分散乳胶粉，无机矿物纤维、改性植物纤维制备而成，为微细粉状混合物，具有良好的匀质性。本发明的回弹抑制剂能够解决喷射混凝土回弹率大、抗水分散性差、粘聚性不良等问题。
2、为实现上述目的，本发明所设计的技术方案如下：
3、本发明提供了一种喷射混凝土用回弹抑制剂，按质量百分比计，所述回弹抑制剂由2～5％硅酸镁铝、19.8～29.8％硅灰、1～4％高分子增粘剂、2～5％硫酸铝渣粉、38～51％超细石粉、9～16％粉煤灰微珠、1～2％减水剂、2～3％可再分散乳粉剂、2～5％无机矿物纤维和0.01～0.2％改性植物纤维制备而成。
4、进一步地，所述回弹抑制剂由4～5％硅酸镁铝、20.8～29.8％硅灰、2～3％高分子增粘剂、4～5％硫酸铝渣粉、38～51％超细石粉、9～10％粉煤灰微珠、1～2％减水剂、2～3％可再分散乳粉剂、2～5％无机矿物纤维和0.2％改性植物纤维制备而成。
5、再进一步地，所述减水剂为粉体聚羧酸类减水剂和萘系减水剂中的任意一种；硅灰为原装硅灰、半加密硅灰和加密硅灰中的任意一种；高分子增粘剂为甲基纤维素、羟甲基纤维素醚、改性淀粉醚和聚丙烯酰胺中的任意一种。
6、再进一步地，所述聚丙烯酰胺为500～1200万分子量阴离子型聚丙烯酰胺。
7、再进一步地，所述超细石粉为尾矿粉、石灰石粉和机制骨料收尘粉中的任意一种；可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉(vac/e)、乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚胶粉(e/vc/vl)、醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉(vac/e/veova)中的任意一种。
8、再进一步地，所述无机矿物纤维为硅灰石粉、硅灰石纤维、硫酸钙晶须和海泡石粉中的至少一种；改性植物纤维为羧基化纤维素纳米纤维和羧基化纤维素纳米晶须中的任意一种。
9、再进一步地，所述回弹抑制剂由4％硅酸镁铝、20.8％加密硅灰、2％改性淀粉醚、4％硫酸铝渣粉、51％石灰石粉、10％粉煤灰微珠、1％粉状聚羧酸类减水剂、2％醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉、5％硫酸钙晶须和0.2％羧基化纤维素纳米纤维制备而成。
10、本发明还提供了一种所述喷射混凝土用回弹抑制剂的制备方法，包括以下步骤：
11、(1)按照质量百分比称取硅酸镁铝、硅灰、高分子增粘剂、硫酸铝渣粉、超细石粉、粉煤灰微珠、减水剂、可再分散乳粉剂、无机矿物纤维和改性植物纤维；
12、(2)将步骤(1)的组分混合，获得喷射混凝土用回弹抑制剂。
13、本发明还提供了一种所述喷射混凝土用回弹抑制剂在降低喷射混凝土回弹率中的应用，所述回弹抑制剂在喷射混凝土中的质量比掺量为4～10％。
14、再进一步地，所述回弹抑制剂在喷射混凝土中的质量比掺量为6％。
15、本发明的原理：
16、1、硅酸镁铝粉体中包含大量有规则的片状结构聚集体。在水溶液中，片状结构层间吸附的阳离子电荷会被静电引力拖至晶片表面，水渗透至片层间使其发生溶胀，导致片状结构解聚，解聚后的片状结构会互相搭接，形成一种三维网络结构，束缚大量的水分子，使体系的流动性降低，从而表现出增稠的效果。同时硅酸镁铝分子结构中的羟基(-oh)能够与水分子形成氢键，大量的氢键相互连接，增强了分子间的作用力，使水分子被牢牢地“锁定”在硅酸镁铝的网络结构中，进一步限制了水分子的自由运动，增加了体系的粘度。
17、2、本发明回弹抑制剂各成分的微观结构包括几种：①颗粒物，如石粉、硅灰；②片状物，如硅酸镁铝；③棒状物，如硅灰石粉。颗粒物是填充作用，填充能够提高喷射混凝土密实性，从而提高强度和抗渗透性；片状物是保水增稠作用，保水增稠是能够改善混凝土的与岩壁的粘附能力，减少小块掉落；棒状物是链接增韧作用，链接增韧能够通过网络结构让混凝土形成大的整体，从而进一步提高整体性和粘附力，避免大块掉落。这几种不同结构性物质的混用能够增强本发明回弹抑制剂的性能，降低喷射混凝土的回弹率。
18、本发明的有益效果：
19、1、本发明在组分设计方面引入了硅酸镁铝和甲基纤维素类高分子材料，硅酸镁铝溶于水后形成网络结构，能够提高材料的粘度。甲基纤维素是一种有机增稠剂，能够提高材料的黏度。二者的引入能够提高喷射混凝土的黏聚性，改善混凝土拌合物的触变性，使其在喷射过程不出现浆骨分离的情况，喷射至能依靠浆体粘度短时间粘附在岩壁上，为混凝土固化提供充足的时间，从而大幅抑制喷射过程浆体喷浆产生的粉尘，改善混凝土与岩壁之间的粘结强度。
20、2、本发明中引入了工业固废硫酸铝渣，充分利用了硫酸铝渣中的超细sio2颗粒作为填充材料提高强度，残留的硫酸铝成分促进水泥与速凝剂的反应速度，促进水泥水化，缩短凝结时间，提高早期强度，从而解决无碱速凝剂中主要促凝组分硫酸铝的溶解度小、有效成分含量有限、促凝效果不稳定的问题。同时使用工业固废硫酸铝渣，避免使用工业级硫酸铝渣，降低成本。
21、3、本发明采用了无机矿物纤维和改性植物纤维混杂的方式改善喷射混凝土的回弹脱落和变形开裂，改性植物纤维的结构为直线型，无机矿物纤维一般为针棒状，纤维的长径比为5～20。针棒状的无机-有机纤维在喷射混凝土中起到类似微钢筋网的作用，能够有效的将喷射混凝土连接成为整体，减小喷射混凝土中的砂石骨料颗粒的分离散落，从而减小回弹量。同时微纤维相互搭接成网状能够提高喷射混凝土的韧性和抗裂性能，一定程度上抑制混凝土收缩或岩壁轻微变形导致的应力集中开裂。