本发明涉及公路工程材料技术领域，尤其是涉及一种喷射混凝土及其制备方法和应用。
背景技术：
喷射混凝土是利用喷射方法施工的混凝土。混凝土喷射施工方法的优点是施工速度快，对施工现场环境(平整度、形状等)要求低，喷射混凝土常用于灌筑隧道内衬、墙壁、天棚等薄壁结构或其他结构的衬里以及钢结构的保护层。
现有技术中的喷射混凝土的粘结强度较低和回弹率较高，造成喷射混凝土物料浪费严重。
鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种喷射混凝土，为解决现有技术中存在的喷射混凝土的粘结强度较低和回弹率较高，造成喷射混凝土物料浪费严重的问题。本发明以石灰石粉作为矿物掺合料应用于喷射混凝土中，降低水泥用量、减少混凝土开裂风险。控制喷射混凝土水胶比，掺加少量减水剂，降低用水量、胶凝材料总量和速凝剂掺量，适当增大砂率，掺微量增黏剂，以石灰石粉作为矿物掺合料，采用微量纤维素醚作为喷射混凝土新型增黏剂，改善喷射混凝土的工作性能，降低石灰石粉喷射混凝土的成本和回弹率。
本发明的另一个目的是提供如上所述的喷射混凝土的制备方法，该方法简单易行，通过该方法得到的喷射混凝土可有效地降低成本及喷射混凝土的回弹率。
本发明的另一个目的是提供如上所述的喷射混凝土在隧道、洞室、边坡和/或基坑工程中的应用，可有效地降低回弹率，节约成本。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种喷射混凝土，主要由以下重量份数的组分组成：
水泥300-350份、石灰石粉60-100份、碎石740-780份、砂945-980份、减水剂2-3份、速凝剂20-27份、增粘剂0.08-0.13份和水150-190份。
优选地，所述喷射混凝土主要由以下重量份数的组分组成：
水泥310-340份、石灰石粉70-85份、碎石750-770份、砂950-970份、减水剂2.2-2.8份、速凝剂22-26份、增粘剂0.09-0.12份和水160-180份。
优选地，所述石灰石粉的细度不大于15％；
所述石灰石粉的亚甲蓝值不大于1.4g/kg；
所述石灰石粉的流动度比为100-200％；
所述石灰石粉的含水量不大于15％；
所述石灰石粉中碳酸钙的含量不低于75％；
所述石灰石粉中放射性核素ira含量不大于1％，ir含量不大于1％。
优选地，所述石灰石粉的目数为150-170目，优选为150-160目。
优选地，所述石灰石粉是由石灰石经过破碎和粉磨得到的；
优选地，所述破碎过程采用颚式破碎机；
优选地，所述粉磨过程采用高压悬辊磨粉机。
优选地，所述减水剂选自聚羧酸减水剂、萘系减水剂和氨基减水剂中的至少一种，优选为聚羧酸减水剂；
优选地，所述速凝剂选自红星ⅰ型、7ⅱ型、782型和8604型中的至少一种。
优选地，所述增粘剂为纤维素醚，优选地，所述纤维素醚选自甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和氰乙基纤维素中的至少一种。
如上所述的喷射混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、石灰石粉、碎石、砂、减水剂、速凝剂、增粘剂和水混合搅拌，得到喷射混凝土。
优选地，所述搅拌时间为120-300s，优选为150-200s。
如上所述的喷射混凝土在隧道、洞室、边坡和/或基坑工程施工中的应用。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明以石灰石粉作为矿物掺合料应用于喷射混凝土中，降低水泥用量、减少混凝土开裂风险。掺加少量减水剂，降低用水量、胶凝材料总量和速凝剂掺量，适当增大砂率，掺微量增黏剂，以石灰石粉作为矿物掺合料，采用微量纤维素醚作为喷射混凝土新型增黏剂，改善喷射混凝土的工作性能，降低石灰石粉喷射混凝土的成本和回弹率。通过各组分的协调配合作用，获得性能更加优异的喷射混凝土。
(2)本发明中的喷射混凝土的制备方法简单易行，通过该方法得到的喷射混凝土可有效地降低成本及喷射混凝土的回弹率。应用在隧道、洞室、边坡和/或基坑工程中，可起到良好的效果。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
一种喷射混凝土，主要由以下重量份数的组分组成：
水泥300-350份、石灰石粉60-100份、碎石740-780份、砂945-980份、减水剂2-3份、速凝剂20-27份、增粘剂0.08-0.13份和水150-190份。
本发明将石灰石粉作为矿物掺合料应用于喷射混凝土中，降低水泥用量、减少混凝土开裂风险。掺加少量减水剂，降低用水量、胶凝材料总量和速凝剂掺量，适当增大砂率，掺微量增黏剂，以石灰石粉作为矿物掺合料，采用微量纤维素醚作为喷射混凝土新型增黏剂，改善喷射混凝土的工作性能，降低石灰石粉喷射混凝土的成本和回弹率。通过各组分的协调配合作用，获得性能更加优异的喷射混凝土。
水泥的重量份数典型但非限制性的例如为300份、305份、310份、315份、320份、325份、330份、335份、340份、345份或350份。
石灰石粉的重量份数典型但非限制性的例如为60份、65份、70份、75份、80份、85份、90份、95份或100份。
碎石的重量份数典型但非限制性的例如为740份、745份、750份、755份、760份、765份、770份、775份或780份。
砂的重量份数典型但非限制性的例如为945份、950份、955份、960份、965份、970份、975份或980份。
减水剂的重量份数典型但非限制性的例如为2份、2.1份、2.2份、2.3份、2.4份、2.5份、2.6份、2.7份、2.8份、2.9份或3份。
速凝剂的重量份数典型但非限制性的例如为20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份或27份。
增粘剂的重量份数典型但非限制性的例如为0.08份、0.09份、0.1份、0.11份、0.12份或0.13份。
水的重量份数典型但非限制性的例如为150份、155份、160份、165份、170份、175份、180份、185份、190份或195份。
优选地，所述喷射混凝土主要由以下重量份数的组分组成：
水泥310-340份、石灰石粉70-85份、碎石750-770份、砂950-970份、减水剂2.2-2.8份、速凝剂22-26份、增粘剂0.09-0.12份和水160-180份。
通过进一步优各组分的重量份数可获得力学性能和工作性能更加优异的喷射混凝土。
优选地，所述石灰石粉的细度不大于15％；
所述石灰石粉的亚甲蓝值不大于1.4g/kg；
所述石灰石粉的流动度比为100-200％；
所述石灰石粉的含水量不大于15％；
所述石灰石粉中碳酸钙的含量不低于75％；
所述石灰石粉中放射性核素ira含量不大于1％，ir含量不大于1％。
优选地，所述石灰石粉的目数为150-170目，优选为150-160目。
表一为各规格型号石灰石粉的性能指标。
表一各规格型号石灰石粉性能指标
从平衡石灰石粉性能和生产能耗两方面综合考虑，制定石灰石粉的细度指标，采用目数为不低于150目的石灰石粉，优选为150-170目的石灰石粉，更优选采用目数为150目，细度为4.5％的石灰石粉作为本发明石灰石粉混凝土的矿物掺合料，节约成本，并且可得到性能更加优异的公路工程用石灰石粉混凝土。
优选地，所述石灰石粉是由石灰石经过破碎和粉磨得到的；
优选地，所述破碎过程采用颚式破碎机；
本发明选用颚式破碎机可完成大块石灰石粉的破碎，其破碎比大，破碎后的石灰石粉粒度均匀。
优选地，所述粉磨过程采用高压悬辊磨粉机。
石灰石粉应单独贮存，并应防止受潮和被泥尘等其他杂物污染。搅拌站可以使用筒仓存储石灰石粉，有利投料和防潮。
优选地，所述减水剂选自聚羧酸减水剂、萘系减水剂和氨基减水剂中的至少一种，优选为聚羧酸减水剂；
减水剂是一种在维持混凝土坍落度不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂。本发明采用聚羧酸减水剂、萘系减水剂和氨基减水剂中的至少一种，加入混凝土拌合物后对水泥颗粒有较好的分散作用，能改善其工作性能，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性，或减少单位水泥用量，节约水泥。
优选地，所述速凝剂选自红星ⅰ型、7ⅱ型、782型和8604型中的至少一种。
本发明选用红星ⅰ型、7ⅱ型、782型和8604型中的至少一种作为速凝剂，加速水泥的水化硬化，在很短的时间内形成足够的强度，以保证特殊施工的要求。
优选地，所述增粘剂为纤维素醚，优选地，所述纤维素醚选自甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和氰乙基纤维素中的至少一种。
纤维素醚是由纤维素制成的具有醚结构的高分子化合物。纤维素是一种既不溶解也不熔融的多羟基高分子化合物，纤维素经醚化后则能溶于水、稀碱溶液和有机溶剂，并具有热塑性。本发明选用纤维素醚作为增粘剂，并配合水泥、石灰石粉、砂、碎石、减水剂、速凝剂的共同作用下，获得回弹率较低的喷射混凝土。
如上所述的喷射混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、石灰石粉、碎石、砂、减水剂、速凝剂、增粘剂和水混合搅拌，得到喷射混凝土。
隧道及大型洞室喷射混凝土支护，应采用湿拌喷射法施工。小型洞室及露天工程喷射混凝土支护，可采用骨料含水率5％～6％的干拌法(半湿法)喷射法施工。
优选地，所述搅拌时间为120-300s，优选为150-200s。
搅拌时间典型但非限制性的例如为120s、130s、140s、150s、160s、170s、180s、190s、200s、250s或300s。
如上所述的喷射混凝土在隧道、洞室、边坡和/或基坑工程施工中的应用。石灰石粉喷射混凝土的设计强度等级不应低于c20；用于大型洞室及特殊条件下的工程支护时，其设计强度等级不宜低于c25。
下面结合具体的实施例和对比例，对本发明做进一步说明。
实施例1
一种喷射混凝土，每立方米主要由以下重量的组分组成：
水泥320kg、石灰石粉80kg、碎石759kg、砂965kg、聚羧酸减水剂2.4kg、红星ⅰ型速凝剂24kg、甲基纤维素0.1kg和水176kg。
其中，石灰石粉的目数为150目，细度为4.5％；
公路工程用石灰石粉混凝土的砂率为56％；
公路工程用石灰石粉混凝土的水胶比为0.44；
所述喷射混凝土的制备方法，包括以下步骤：
制备目数为150目，细度为4.5％的石灰石粉，将水泥、石灰石粉、碎石、砂、聚羧酸减水剂、红星ⅰ型速凝剂、甲基纤维素和水在双卧轴强制式搅拌机内拌制150s，得到喷射混凝土。
实施例2
一种喷射混凝土，每立方米主要由以下重量的组分组成：
水泥310kg、石灰石粉85kg、碎石750kg、砂970kg、聚羧酸减水剂2.2kg、782型速凝剂22kg、乙基纤维素0.09kg和水180kg；
其中，石灰石粉的目数为150目，细度为4.5％；
所述喷射混凝土的制备方法，包括以下步骤：
制备目数为150目，细度为4.5％的石灰石粉，将水泥、石灰石粉、碎石、砂、聚羧酸减水剂、782型速凝剂、乙基纤维素和水在双卧轴强制式搅拌机内拌制130s，得到喷射混凝土。
实施例3
一种喷射混凝土，每立方米主要由以下重量的组分组成：
水泥340kg、石灰石粉70kg、碎石770kg、砂950kg、聚羧酸减水剂2.8kg、8604型速凝剂26kg、羧甲基纤维素0.12kg和水160kg；
其中，石灰石粉的目数为150目，细度为4.5％；
所述喷射混凝土的制备方法，包括以下步骤：
制备目数为150目，细度为4.5％的石灰石粉，将水泥、石灰石粉、碎石、砂、聚羧酸减水剂、8604型速凝剂、羧甲基纤维素和水在双卧轴强制式搅拌机内拌制160s，得到喷射混凝土。
实施例4
一种喷射混凝土，每立方米主要由以下重量的组分组成：
水泥300kg、石灰石粉100kg、碎石780kg、砂945kg、聚羧酸减水剂3kg、782型速凝剂27kg、羟乙基纤维素0.13kg和水150kg；
其中，石灰石粉的目数为150目，细度为4.5％；
所述喷射混凝土的制备方法，包括以下步骤：
制备目数为150目，细度为4.5％的石灰石粉，将水泥、石灰石粉、碎石、砂、聚羧酸减水剂、782型速凝剂、羟乙基纤维素和水在双卧轴强制式搅拌机内拌制120s，得到喷射混凝土。
实施例5
一种喷射混凝土，每立方米主要由以下重量的组分组成：
水泥350kg、石灰石粉60kg、碎石740kg、砂980kg、聚羧酸减水剂2kg、782型速凝剂20kg、苄基纤维素0.08kg和水190kg；
其中，石灰石粉的目数为150目，细度为4.5％；
所述喷射混凝土的制备方法，包括以下步骤：
制备目数为150目，细度为4.5％的石灰石粉，将水泥、石灰石粉、碎石、砂、聚羧酸减水剂、782型速凝剂、苄基纤维素和水在双卧轴强制式搅拌机内拌制300s，得到喷射混凝土。
对比例1
一种传统喷射混凝土，每立方米主要由以下重量的组分组成：
水泥446kg、碎石739kg、砂900kg、减水剂3.75kg、速凝剂31.22kg和水178kg；
其中，公路工程用石灰石粉混凝土的砂率为55％；
公路工程用石灰石粉混凝土的水胶比为0.4。
对比例2
一种喷射混凝土，除石灰石粉采用目数为130目，细度为20％以外，其他操作步骤与实施例1相同。
试验例
将实施例和对比例中的喷射混凝土进行工作性能及力学性能测试，并进行成本核算对比。表二为喷射混凝土工作性能测试结果；表三为喷射混凝土力学性能测试结果；表四为喷射混凝土成本核算对比情况。
表二喷射混凝土的工作性能测试结果
表三喷射混凝土的力学性能测试结果
表四实施例1和对比例1的成本核算对比情况
由表二和表三可知，本发明采用石灰石粉作为新型矿物掺合料，采用纤维素醚作为增粘剂，配合水泥、砂、碎石、速凝剂和碱水剂的共同作用下，得到的喷射混凝土和易性较好，塌落度和抗压强度满足喷射混凝土的工作要求。本发明中喷射混凝土的抗水渗透等级达s12，回弹率为10.5-11.6％；对比例1中的传统喷射混凝土抗水渗透等级达s8，回弹率为19.5％。
由表四可知，本发明中的喷射混凝土可比对比例1中的传统喷射混凝土单方成本降低14％。本发明采用石灰石粉作为新型矿物掺合料和采用纤维素醚作为增粘剂，应用于喷射混凝土中，可达到降低施工成本，节约资源、节能环保的目的。
对比例2中的喷射混凝土中的石灰石粉的目数不在本发明要保护的范围之内，得到的混凝土在工作性能和力学性能上均不如实施1中的喷射混凝土的性能好。由此可知，石灰石粉的目数在本发明要保护的范围之内，才能获得性能更加优异的喷射混凝土。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。