本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种超高韧性碱激发喷射混凝土及其制备方法。
背景技术：
喷射混凝土是使用混凝土喷射机械，以压缩空气为动力，将石子、砂、水、掺合料及外加剂按预先设计的配合比混合，通过软管或管道将其直接喷射到待喷表面的一种快速施工材料。喷射混凝土与浇筑混凝土相比，具有终凝时间快、早期强度高、施工方便灵活等特点，主要应用在隧道、矿井、地下工程、边坡等混凝土难以浇筑成型的施工环境。近年来，随着我国大量建筑进入老化期，大量建筑物需要进行改造、修复、加固，喷射混凝土作为加固修补材料已越来越受到重视，尤其在军事抢修抢建方面，喷射混凝土也具有十分广阔的应用前景。然而目前抢修抢建用喷射混凝土存在早期强度相对较低、后期强度较低、韧性相对较差、后期干燥收缩大易开裂、孔隙率较高、耐久性和环境适应性较差等问题。
为解决这个问题，专利201410394916.x采用普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、水、精细骨料、粉煤灰、硅灰、偏高岭土、可再分散乳胶粉、改性膨润土、羟丙基甲基纤维素、聚羧酸系减水剂和聚乙烯醇纤维配制了能用于喷射的超高韧性水泥基复合材料。
然而，由于普通混凝土凝结时间较长，而喷射混凝土要求的凝结时间较短，一般初凝时间小于3分钟，终凝时间小于8分钟，为达到这个目的，喷射混凝土中往往要加速凝剂，使普通混凝土的凝结时间由几个小时缩短到几分钟，改变了水泥混凝土的整个水化过程，提高了混凝土的孔隙率，不利于混凝土的耐久性，特别是混凝土后期强度会倒缩，而加固工程对于加固材料的耐久性较高。并且为使喷射混凝土具有较低的回弹量（回弹量主要指的是在混凝土喷射过程中，集料、水或已经拌好的混凝土喷射到被加固的工程上，由于混凝土不能及时凝结，部分掉落的混凝土就是喷射混凝土的回弹量），水泥用量都非常高，每方混凝土水泥用量达到了450～480kg。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种超高韧性碱激发喷射混凝土及其制备方法，本发明有效解决了现有普通超高性喷射混凝土水泥用量大、耐久性差的问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种超高韧性碱激发喷射混凝土，其特征在于：所述所述喷射混凝土由以下质量份组成：超细锂渣粉200～400份；矿渣粉100～200份；石粉废料50～100份；硅酸盐水泥30～60份；氢氧化钠溶液10～70份；硅酸钠溶液15～50份；硫酸铝1～10份；纳米氧化铝1～5份；镍渣砂400～900份；铜渣砂300～600份；增稠剂3～6份；纤维1～20份；减水剂3～10份；水200～350份；
其中石粉废料采用石材厂切割石粉废料，硅酸盐水泥采用普通硅酸盐水泥。
本发明型进一步技术改进方案是：
所述超细锂渣粉的比表面积为600～800m2/kg。
本发明进一步技术改进方案是：
所述镍渣砂粒径范围5～10mm，铜渣砂粒径小于5mm。
本发明进一步技术改进方案是：
所述增稠剂为小麦、或为玉米、或为稻草、或为芦苇植物纤维粉中的一种或几种混合制成。
本发明进一步技术改进方案是：
所述纤维为高强或超高强聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维中的一种或两种。
本发明进一步技术改进方案是：
所述高强或超高强聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维的拉伸强度大于2000mpa，极限伸长率大于7%。
本发明进一步技术改进方案是：
所述高强或超高强聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维在使用前需浸润入0.001～0.02mol/l的氢氧化钙溶液中0.5～3小时。
本发明通过以下技术方案实现：
制备超高韧性碱激发喷射混凝土的方法，制备步骤如下，
步骤1）高强或超高强聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维在氢氧化钙溶液中浸泡；
步骤2）用超声震荡将纳米氧化铝均匀分散于水中；
步骤3）将氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液、硫酸铝、减水剂溶解于步骤2）制得的水溶液中；
步骤4）按比例称取超细锂渣粉、矿渣粉、石粉废料、硅酸盐水泥、镍渣砂、铜渣砂、增稠剂并进行搅拌均匀；
步骤5）将步骤4）制得的材料中加入步骤3）制得的水溶液进行搅拌，在搅拌的过程中均匀添加步骤1）制得的纤维，搅拌时间为2～5分钟。
本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：
1、本发明采用的锂渣易磨性较高，经过超细粉磨后，锂渣中锂辉石缺陷增多，活性升高。
2、本发明采用锂渣、矿渣、石材厂切割石粉废料、镍渣砂、铜渣砂等工业废弃物，减少了水泥及天然砂石用量。
3、本发明采用的碱激发凝结时间较快，硫酸铝和纳米氧化铝的存在可以进一步调节碱激发水泥凝结时间，而石材厂切割石粉废料不但可以用来调整喷射混凝土凝结时间，还可以增加浆体稠度。
4、本发明采用的植物纤维来源广泛，而且是天然的增稠剂，可以调整浆体稠度，并且可以增加喷射混凝土的韧性。
5、本发明采用的纳米氧化铝、硫酸铝的存在有利于调节含锂渣体系胶凝材料中al2o3与so3的比例，避免含锂渣胶凝材料的开裂。
具体实施方式
下面结合实施例1～4说明本发明的技术解决方案。
要说明的是实施例1～3的制备方法相同，如下：
步骤1）高强或超高强聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维在氢氧化钙溶液中浸泡；
步骤2）用超声震荡将纳米氧化铝均匀分散于水中；
步骤3）将氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液、硫酸铝、减水剂溶解于步骤2）制得的水溶液中；
步骤4）按比例称取超细锂渣粉、矿渣粉、石粉废料、硅酸盐水泥、镍渣砂、铜渣砂、增稠剂并进行搅拌均匀；
步骤5）将步骤4）制得的材料中加入步骤3）制得的水溶液进行搅拌，在搅拌的过程中均匀添加步骤1）制得的纤维，搅拌时间为2～5分钟。
实施例1
本发明喷射混凝土由以下质量份组成：600m2/kg锂渣粉400份、矿渣渣粉100份、石材厂切割石粉废料50份、普通硅酸盐水泥60份、氢氧化钠溶液10份、硅酸钠溶液50份、硫酸铝1份、纳米氧化铝5份、镍渣砂900份、铜渣砂600份、小麦秸秆植物纤维粉3份、聚乙烯醇纤维1份、聚羧酸减水剂3份；水350份。
实施例2
本发明喷射混凝土由以下质量份组成：800m2/kg超细锂渣粉200份、矿渣粉200份、石材厂切割石粉废料100份、普通硅酸盐水泥30份、氢氧化钠溶液70份、硅酸钠溶液15份、硫酸铝10份纳米氧化铝1份、镍渣砂400份、铜渣砂300份、玉米秸秆植物纤维粉6份、聚乙烯纤维10份、聚羧酸减水剂10份、水200份。
实施例3
喷射混凝土由以下质量份组成：700m2/kg超细锂渣粉300份、矿渣粉100份、石材厂切割石粉废料60份、普通硅酸盐水泥50份、氢氧化钠溶液32份、硅酸钠溶液46份、硫酸铝5份纳米氧化铝3份、镍渣砂800份、铜渣砂500份、稻草植物纤维粉5份、聚乙烯醇纤维10份、聚乙烯纤维10份、聚羧酸减水剂5份、水300份。
实施例4
喷射混凝土由以下质量份组成：650m2/kg超细锂渣粉350份、矿渣粉120份、石材厂切割石粉废料70份、普通硅酸盐水泥50份、氢氧化钠溶液20份、硅酸钠溶液40份、硫酸铝6份纳米氧化铝3份、镍渣砂900份、铜渣砂600份、芦苇植物纤维粉5份、聚乙烯醇纤维7份、聚乙烯纤维8份、聚羧酸减水剂5份、水300份。
对比例
本发明喷射混凝土性能考核指标按照《喷射混凝土加固技术规程》（cecs161-2004）执行、混凝土力学性能与耐久性能测试参照《普通混凝土力学试验方法》（gb/t50081-2002）和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（gb/t50082-2009）执行。其中对比例普通超高韧性喷射混凝土配合比如下：52.5水泥450份、硅灰45份、中砂800份、石子700、纤维素醚类增稠剂10份、硫铝酸钙类速凝剂10份、聚乙烯醇纤维20份、聚羧酸减水剂5份、水180份。
对比例和实施例1～4主要性能指标，见下表。
经过对比发现，相同强度等级的普通超高韧性喷射混凝土和本发明一种超高韧性碱激发喷射混凝土相比：本发明回弹率更低，耐久性远远高于普通超高韧性喷射混凝土。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。