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一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料及制备方法.pdf

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一种 隧道 防水 单层 衬砌 材料 制备 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910095853

申请日:

20190131

公开号:

CN109626914A

公开日:

20190416

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: C04B28/04;C04B111/27 主分类号: C04B28/04;C04B111/27
申请人: 青岛市地铁一号线有限公司
发明人: 王守慧;温书亿;赵光泉;严金秀;徐斌;李德明;李阳;邓一三;詹谷益;袁云海
地址: 266011 山东省青岛市市北区常宁路6号
优先权:
专利代理机构: 51250 代理人: 何悦
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910095853

授权公告号:

法律状态公告日:

20190416

法律状态类型:

公开

摘要

本发明公开了一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料及制备方法,涉及建筑施工技术领域,其单层衬砌材料由以下重量份数的原料组成:水泥980?1020份、中砂1804?1916份、碎石1203?1277份、聚?#20154;?#39640;性能减水剂16.8?17.2份、硅灰剂9.9?10.1份、聚烯烃?#23435;?1.9?12.1份、水396?404份、无碱速凝剂79.2?80.8份;单层衬砌的制备方法包括以下步骤:步骤一、依照重量份数按碎石、中砂、水泥、聚烯烃?#23435;?#30340;顺序依次分别?#24230;?#24378;制搅拌机内?#30722;?0秒,再将聚?#20154;?#39640;性能减水剂、硅灰剂与水一起加入搅拌3.5~4.0?#31181;櫻?#27493;骤二、将制备的混凝土运输至隧道内湿喷台车,在湿喷台车喷嘴处添加无碱速凝剂,进行喷射混凝土施工;步骤三、在温度大于5摄氏度时进行洒水养护。该材料及制备方法可制备永久衬砌的喷射混凝土,并满足高性能要求。

权利要求书

1.一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料,其特征在于,由以下重量份数的原料组成:水泥980-1020份、中砂1804-1916份、碎石1203-1277份、聚?#20154;?#39640;性能减水剂16.8-17.2份、硅灰剂9.9-10.1份、聚烯烃?#23435;?1.9-12.1份、水396-404份、无碱速凝剂79.2-80.8份。 2.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料,其特征在于,所述水泥选用P.O52.5普通硅酸盐水泥,其比表面积350~400 m2/ kg,C3A含量不小于5%。 3.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料,其特征在于,所述中砂不得使用机制砂,其细度模数在2.6~3.0之间,砂中含泥量小于2%;砂中泥块含量小于1%。 4.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料,其特征在于,所述碎石的颗粒级配为5~10mm,碎石中含泥量小于1%,泥块含量小于0.5%,碎石中针片状颗粒含量按质量计小于8%,碎石的堆积密度大于1450 kg/m3。 5.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料,其特征在于,所述聚?#20154;?#39640;性能减水剂选用聚?#20154;?#30416;类高性能减水剂,在25摄氏度的测试温度时,其减水率大于或等于25%,碱含量(Na2O+0.658K2O)小于10%,Na2SO4含量小于或等于10%,氯离子含量小于0.1%、密度为1.1 g/cm3。 6.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料,其特征在于,所述硅灰剂的固含量为25±1.0%,PH值为9.5±1.0,粘度(20摄氏度)小于15mPas,碱含量小于0.2%,氯离子含量小于0.1%。 7.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料,其特征在于,所述聚烯烃?#23435;?#36873;用束状单丝型?#23435;?#20854;当量?#26412;?#20026;0.7mm,?#23435;?#38271;度为48mm,?#23435;?#30340;抗拉强度为500~600MPa,?#23435;?#30340;弹性模量为7.0MPa,?#23435;?#30340;熔点为130摄氏度,?#23435;?#30340;密度为0.91g/cm3。 8.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料,其特征在于,所述水选用饮用水,其PH值大于4.5,水中以CL-计氯化物小于2000mg/L,水中以SO42-计硫酸盐小于2000 mg/L。 9.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料,其特征在于,所述无碱速凝剂选用粘度小于1000mPa.S,且无分层、沉淀较少,与胶结材和减水?#26009;?#23481;性较好的无碱速凝剂;所述无碱速凝剂要求掺量小于8%能满足初凝≤3min,终凝≤10min,混凝土1d强度大于5MPa,28d强度保持率在90%以上;所述无碱速凝剂在25摄氏度的温度环境下,其碱含量≤1%,氯离子含量小于0.1%,PH值为2.5±0.5。 10.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道防水型单层衬砌的制备方法,其特征在于,包括如下步骤: 步骤一:将所述重量分数的原料添加到强制搅拌机内,要求搅拌充分,保证?#23435;?#20998;散均匀,一次搅拌量不大于额定搅拌量的80%;投料时先按碎石、中砂、水泥、聚烯烃?#23435;?#30340;顺序依次分别?#24230;?#24378;制搅拌机内,?#30722;?0秒形成拌和料,再将聚?#20154;?#39640;性能减水剂、硅灰剂与水一起加入拌和料中进行搅拌,搅拌时间为3.5~4.0?#31181;? 步骤二:将所述步骤一种制备的混凝土通过地面混凝土罐车,输送?#26009;?#26009;口,然后通过隧道内混凝土罐车运输至隧道内湿喷台车,然后添加权利要求9所述的无碱速凝剂在湿喷台车喷嘴处,进行喷射混凝土施工; 步骤三?#21495;?#23556;混凝土制作完成后,在温度大于5摄氏度时进行洒水养护。

说明书


一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料及制备方法
技术领域


本发明涉及建筑施工技术领域,具体为一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料及制
备方法。


背景技术


青岛地层上部被第四系覆盖,?#36335;?#20013;生代基岩,相当部分的青岛地铁线路穿行于
岩层中,故暗挖法车站及区间广泛应用于青岛地铁建设。相较于传统的复合衬砌,单层衬砌
具有施工方便、工期短,造价省的优点,在青岛地铁的建设中具有广泛的应用价值。在单层
衬砌应用中,应采用高性能的喷射混凝土,具体要求如下:


1.达到C40喷射混凝土,现场取芯强度大于40MPa;


2.七天喷射混凝土强度大于30MPa,28天强度大于40MPa;


3.喷射混凝土初凝时间小于3min,终凝时间小于10min;


4.满足工作性能(和易性)要求,不得离析、泌水或?#23435;?#32858;团等。粘稠性及保水性满
足相关要求;


5.塌落度及塌落?#20154;?#22833;满足现场喷砼要求,塌落度大约在180-200mm;


6.单层衬砌喷射混凝土抗渗等级达到P12。


7.单层衬砌喷射混凝土56d电通量应小于1200,氯离?#27704;?#25955;系数应小于7×10
12m
2/
s;


8.单层衬砌喷射混凝土抗弯强度应大于4.4MPa,韧性指数I
5,I
10,I
20应分别大于5,
10,20。


9.单层衬砌喷射混凝土28d碳化深度应小于2mm。


10.单层衬砌喷射混凝土抗硫酸盐?#36136;?#33021;力,150次循环抗压强度耐蚀系数达到
75%。


11.单层衬砌喷射混凝土抗?#34924;?#21147;抗?#24120;?#32784;久性指数DF(%)大于70。


12.?#23435;?#28151;凝土拌合物中水溶性氯离子最大含量不大于0.06%;


13.满足经济适用性能要求。


现有技术中的普通喷射混凝土仅为临时结构,?#23721;?#28385;足上述高性能喷射混凝土的
要求,在用于地铁车站及正线衬砌时,需要设置二衬,施工复杂。


发明内容


本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材
料及制备方法,可制备永久衬砌的高性能喷射混凝土。


本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:


一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料,由以下重量份数的原料组成:水泥980-
1020份、中砂1804-1916份、碎石1203-1277份、聚?#20154;?#39640;性能减水剂16.8-17.2份、硅灰剂
9.9-10.1份、聚烯烃?#23435;?1.9-12.1份、水396-404份、无碱速凝剂79.2-80.8份。


进一步的,所述水泥选用P.O52.5普通硅酸盐水泥,其比表面积350~400m
2/kg,
C3A含量不小于5%。


进一步的,所述中砂不得使用机制砂,其细度模数在2.6~3.0之间,砂中含泥量小
于2%;砂中泥块含量小于1%。


进一步的,所述碎石的颗粒级配为5~10mm,碎石中含泥量小于1%,泥块含量小于
0.5%,碎石中针片状颗粒含量按质量计小于8%,碎石的堆积密度大于1450kg/m
3。


进一步的,所述聚?#20154;?#39640;性能减水剂选用聚?#20154;?#30416;类高性能减水剂,在25摄氏度
的测试温度时,其减水率大于或等于25%,碱含量(Na
2O+0.658K
2O)小于10%,Na
2SO
4含量小
于或等于10%,氯离子含量小于0.1%、密度为1.1g/cm
3。


进一步的,所述硅灰剂的固含量为25±1.0%,PH值为9.5±1.0,粘度(20摄氏度)
小于15mPas,碱含量小于0.2%,氯离子含量小于0.1%。


进一步的,所述聚烯烃?#23435;?#36873;用束状单丝型?#23435;?#20854;当量?#26412;?#20026;0.7mm,?#23435;?#38271;度
为48mm,?#23435;?#30340;抗拉强度为500~600MPa,?#23435;?#30340;弹性模量为7.0MPa,?#23435;?#30340;熔点为130摄氏
度,?#23435;?#30340;密度为0.91g/cm
3。


进一步的,所述水选用饮用水,其PH值大于4.5,水中以CL
-计氯化物小于2000mg/
L,水中以SO
4
2-计硫酸盐小于2000mg/L。


进一步的,所述无碱速凝剂选用粘度小于1000mPa.S,且无分层、沉淀较少,与胶结
材和减水?#26009;?#23481;性较好的无碱速凝剂;所述无碱速凝剂要求掺量小于8%能满足初凝≤
3min,终凝≤10min,混凝土1d强度大于5MPa,28d强度保持率在90%以上;所述无碱速凝剂
在25摄氏度的温度环境下,其碱含量≤1%,氯离子含量小于0.1%,PH值为2.5±0.5。


一种硬岩隧道防水型单层衬砌的制备方法,包括如下步骤:


步骤一:将所述重量分数的原料添加到强制搅拌机内,要求搅拌充分,保证?#23435;?#20998;
散均匀,一次搅拌量不大于额定搅拌量的80%;投料时先按碎石、中砂、水泥、聚烯烃?#23435;?#30340;
顺序依次分别?#24230;?#24378;制搅拌机内,?#30722;?0秒形成拌和料,再将聚?#20154;?#39640;性能减水剂、硅灰剂
与水一起加入拌和料中进行搅拌,搅拌时间为3.5~4.0?#31181;櫻?br>

步骤二:将所述步骤一种制备的混凝土通过地面混凝土罐车,输送?#26009;?#26009;口,然后
通过隧道内混凝土罐车运输至隧道内湿喷台车,然后添加权利要求9所述的无碱速凝剂在
湿喷台车喷嘴处,进行喷射混凝土施工;


步骤三?#21495;?#23556;混凝土制作完成后,在温度大于5摄氏度时进行洒水养护。


本发明的有益效果是:


1.本发明可制备单层衬砌的高性能喷射混凝土,为永久衬砌,使用年限为100年,
同时取消二衬,施工简单。


2.普通喷射混凝土设计等级一般为C25,本发明所制备的单层衬砌喷射混凝土满
足设计等级为C40的高性能喷射混凝土的要求。


3.普通喷射混凝土28天强度一般不大于30MPa。经过现场试验,本发明所制备的单
层衬砌喷射混凝土在室内配合比试验中,28天强度为63.7MPa,远大于普通喷射混凝土28天
强度。?#23435;?#21943;射混凝土轴心抗压强度实验测试值分布比较均匀,离散较小。


4.普通喷射混凝土抗渗等级一般为P8。经过现场试验,本发明制备的单层衬砌喷
射混凝土抗渗等级为P12,现场经检测抗渗等级至少为P13,满足高性能喷射混凝土的要求。


5.普通喷射混凝土对电通量及氯离子侵入性指标不做要求,经过现场试验,本发
明制备的单层衬砌喷射混凝土56d电通量1450,小于设计要求1500,28d混凝土氯离子侵入
性指标6.64×10
-12m
2/s,小于设计要求7×10
-12m
2/s,满足相关规范要求。


6.经过现场试验,本发明制备的单层衬砌喷射混凝土抗弯强度及残余抗弯强度28
天强度4.8MPa,韧性指数I5,I10,I20分别为6,13,27,满足规范要求。


7.经过现场试验,本发明制备的单层衬砌喷射混凝土28d碳化能力强,无碳化深
度,抗腐蚀能力强,满足设计要求。


8.经过现场试验,本发明制备的单层衬砌喷射混凝土28d抗硫酸盐?#36136;?#33021;力强,
150次循环抗压强度耐蚀系数达到75%。


9.普通喷射混凝土对抗冻不做要求。经过现场试验,本发明制备的单层衬砌喷射
混凝土(抗冻)耐久性指数DF(%)为76,大于等于设计要求70,具备更好的(抗冻)耐久性。


附图说明


图1为本发明一种硬岩隧道防水型单层衬砌的制备流程图。


具体实施方式


下面结合附图进一步详?#35813;?#36848;本发明的技术方案,但本发明的保护范围不局限于
以?#28388;?#36848;。


一种硬岩隧道防水型单层衬砌的材料,其由以下重量份数的原料组成:水泥980-
1020份、中砂1804-1916份、碎石1203-1277份、聚?#20154;?#39640;性能减水剂16.8-17.2份、硅灰剂
9.9-10.1份、聚烯烃?#23435;?1.9-12.1份、水396-404份、无碱速凝剂79.2-80.8份。具体实施
时,经过搅拌要得到容重为2250kg/m
3的拌和物,则需要加入水泥500kg、中砂930kg、碎石
620kg、聚?#20154;?#39640;性能减水剂8.5kg、硅灰剂5kg、聚烯烃?#23435;?kg、水200kg和无碱速凝剂
40kg。按上述重量分数形成的拌合物具有较好的流动性,可以使用搅拌车进行运输,然后进
行喷射。该拌和物适用于硬岩隧道防水型单层衬砌的喷射混凝土施工。


上述水泥选用P.O52.5普通硅酸盐水泥,其比表面积350~400m
2/kg,C3A含量不小
于5%。


上述中砂不得使用机制砂,其细度模数在2.6~3.0之间,砂中含泥量小于2%;砂
中泥块含量小于1%。使用中砂,可以在保证混凝土的和易性的要求下减少砂的使用量。


上述碎石的颗粒级配为5~10mm,碎石中含泥量小于1%,泥块含量小于0.5%,碎
石中针片状颗粒含量按质量计小于8%,碎石的堆积密度大于1450kg/m
3。使用5~10mm的连
续级配碎石,能够增强混凝土的密实性。


上述聚?#20154;?#39640;性能减水剂选用聚?#20154;?#30416;类高性能减水剂,在25摄氏度的测试温度
时,其减水率大于或等于25%,碱含量(Na
2O+0.658K
2O)小于10%,Na
2SO
4含量小于或等于
10%,氯离子含量小于0.1%、密度为1.1g/cm
3。聚?#20154;?#39640;性能减水剂与合适的砂石料使用,
具有高弹性模量及低收缩特性。掺用上述聚?#20154;?#39640;性能减水剂,能够?#26723;?#21943;射混凝土水灰
比,改善混凝土的工作性;能够改善混凝土的早期及终期强度,提高混凝土的耐久性;能够
保证塌落?#20154;?#22833;,满足现场至少1个小时的生产及运输时间。


上述硅灰剂的固含量为25±1.0%,PH值为9.5±1.0,粘度(20摄氏度)小于
15mPas,碱含量小于0.2%,氯离子含量小于0.1%。本发明掺用液体硅灰剂,可有效抵抗硫
酸盐和氯离子?#36136;矗?#25913;善混凝土的耐久性,提高喷射混凝土的抗压强度及抗渗性。同时,硅
灰剂能改善混凝土的和易性,且与水泥有较好地相容性,具有早强作用。


上述聚烯烃?#23435;?#36873;用束状单丝型?#23435;?#20854;当量?#26412;?#20026;0.7mm,?#23435;?#38271;度为48mm,纤
维的抗拉强度为500~600MPa,?#23435;?#30340;弹性模量为7.0GPa,?#23435;?#30340;熔点为130摄氏度,?#23435;?#30340;
密度为0.91g/cm
3。掺用适量的聚烯烃?#23435;?#33021;够明显提高喷射混凝土的抗?#30740;裕?#20943;少裂缝
数量;同时聚烯烃?#23435;?#30340;熔点较低,可?#20113;?#21040;一定的防火作用。喷射混凝?#26009;?#36739;于传统混凝
土取消了?#32440;睿?#36890;过掺加聚烯烃?#23435;?#21487;有效改善混凝土的耐久性,亦使得喷射混凝土具有
较高的韧性。采用聚烯烃?#23435;?#30456;对钢?#23435;?#26356;容易保证混凝土的和易性。


上述水选用饮用水,其PH值大于4.5,水中以CL
-计氯化物小于2000mg/L,水中以
SO
4
2-计硫酸盐小于2000mg/L。


上述无碱速凝剂选用粘度小于1000mPa.S,且无分层、沉淀较少,与胶结材和减水
?#26009;?#23481;性较好的无碱速凝剂;所述无碱速凝剂要求掺量小于8%能满足初凝≤3min,终凝≤
10min,混凝土1d强度大于5MPa,28d强度保持率在90%以上;所述无碱速凝剂在25摄氏度的
温度环境下,其碱含量≤1%,氯离子含量小于0.1%,PH值为2.5±0.5。掺用无碱速凝剂使
得混凝土具备较快的凝结时间,提高早期强度并对28天终期强度影响很小,在低温和其他
恶劣环境下,性能保持良好,同时能在喷射混凝土过程中产生较少的?#39029;盡?br>

一种硬岩隧道防水型单层衬砌的制备方法,是将所述重量分数的原料按照一定的
顺序添加到强制搅拌机内进行搅拌,在搅拌?#24065;?#27714;搅拌充分,保证?#23435;?#20998;散均匀,一次搅拌
量不大于额定搅拌量的80%。


如图一所示,该硬岩隧道防水型单层衬砌的制备方法的工艺流程是:


步骤一:按碎石、中砂、水泥、聚烯烃?#23435;?#30340;顺序依次分别?#24230;?#24378;制搅拌机内,?#30722;?br>30秒形成拌和料;.将聚?#20154;?#39640;性能减水剂、硅灰剂与水一起加入拌和料中进行搅拌,搅拌
时间为3.5~4.0?#31181;印?#32463;该步骤制备的?#23435;?#21943;射混凝土需要进行?#23435;?#21943;射混凝土坍落度、
粘聚性、保水性、和易性检测,各种指标均合格后方?#23665;?#34892;运输、浇筑。


步骤二:将制备的混凝土通过地面混凝土罐车,输送至地面至隧道的下料管,然后
通过隧道内混凝土罐车运输至隧道内湿喷台车,然后在湿喷台车的喷嘴处添加无碱速凝
剂,进行喷射混凝土施工。喷射距离应控制在1-1.5m,喷射角度垂直于基面,且螺旋喷射。


步骤三?#21495;?#23556;混凝土制作完成后,在温度大于5摄氏度时进行洒水养护。


上述制备方法中,相较于现有技术,延长混凝土拌合时间,能够使?#23435;?#25605;拌均匀,
不产生结团。在投料时,聚烯烃?#23435;?#37319;用水溶性包装,可直接?#24230;?#25605;拌,现场施工更为容易。


以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当理解本发明并非局限于本文所披露的
形式,不应看作是?#20113;?#20182;实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环?#24120;?#24182;能够在本
文所述构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进
行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护范围
内。


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