本发明属于建筑材料，具体涉及一种高韧性喷射砂浆及其制备方法与应用。
背景技术：
1、随着城市化程度的不断提高，隧道结构在城市建设、交通、能源、国防工程等方面获得广泛应用。同时，在地震荷载作用下隧道结构的安全性问题也越来越受到学者的关注和重视。通常隧道结构被认为是低韧性结构，一旦发生意外事件，由于局部破坏而引发大范围破坏甚至连续垮塌的风险较高。隧道和边坡支护中经常采用喷射砂浆+钢筋网支护的方式。喷射砂浆的力学性能关系着隧道和边坡结构的安全性。尽管钢筋网可以弥补喷射砂浆抗拉强度低、脆性大的缺陷。但当砂浆遇到地震这样的动态荷载时仍会出现裂缝，裂缝的扩展会加速结构破坏。
2、传统的喷射砂浆多采用纤维水泥砂浆，纤维的种类包括钢纤维、聚合物纤维或植物纤维等。纤维的存在会阻挡裂缝的扩展，从而延缓结构的破坏。为进一步提高纤维水泥砂浆的韧性以及与钢筋或基底之间的粘结性，可向纤维水泥砂浆内部掺入一定量的聚合物制备成聚合物-纤维水泥砂浆。然而，尽管聚合物的掺入增加了砂浆的韧性，却显著的降低了砂浆的抗压强度。这主要是因为聚合物的掺入起到了引气作用增加了砂浆的内部孔隙率，此外，聚合物属于弹性材料也会降低抗压强度，聚合物掺入之后会影响水泥的水化反应。
3、专利cn109694231a公开了一种磷镁基水泥喷浆材料及其制备方法和应用，专利cn104556883a公开了一种抗滑水泥砂浆及其制备方法，专利cn101538136a公开了一种具有高保水性的预拌砂浆及其生产方法，专利cn112794686a公开了一种防水干混砂浆及其生产工艺，但目前的现有技术仍存在聚合物掺入之后纤维水泥砂浆抗压强度降低的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种高韧性喷射砂浆及其制备方法与应用，以解决现有技术中聚合物掺入纤维水泥砂浆之后引起抗压强度下降的问题，实现了聚合物掺入不影响纤维水泥砂浆的抗压强度，同时进一步的改善纤维水泥砂浆的力学性能。
2、本发明的目的通过以下技术方案实现：
3、本发明的技术方案之一在于提供了一种高韧性喷射砂浆，以重量份计，所述砂浆包括水泥30-50份、细集料90-150份、纤维1-2份、聚合物3-10份、无机纳米材料0.015-0.75份、减水剂0.3-1.5份以及水10-30份。
4、进一步的，以重量份计，所述砂浆包括水泥50份、细集料150份、纤维1.44份、聚合物5份、无机纳米材料0.75份、减水剂1份以及水22.5份。
5、进一步的，以重量份计，所述砂浆包括水泥50份、细集料150份、纤维1.44份、聚合物5份、无机纳米材料0.075份、减水剂1份以及水22.5份。
6、进一步的，所述无机纳米材料包括纳米二氧化硅和碳纳米管中的任一种。
7、更进一步的，所述无机纳米材料为无机纳米粒子。
8、进一步的，所述聚合物包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物和丁二烯-苯乙烯共聚物中的任一种。
9、进一步的，所述聚合物以胶粉形式存在。
10、进一步的，所述纤维包括聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维中的任一种。
11、进一步的，所述水泥为早强型硅酸盐水泥。
12、更进一步的，所述早强型硅酸盐水泥包括p·i 42.5r硅酸盐水泥、p·i 52.5r硅酸盐水泥、p·ii 42.5r硅酸盐水泥和p·ii 52.5r硅酸盐水泥中的任一种。
13、进一步的，所述细集料包括河砂和机制砂中的一种或两种。
14、进一步的，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
15、无机纳米材料的成核作用可促进水泥的水化反应，无机纳米材料的填充作用有利于优化砂浆内部孔隙，改善砂浆的力学性能并提高砂浆的耐久性，本发明主要利用无机纳米材料的填充和成核作用提高聚合物-纤维水泥砂浆的抗压强度；聚合物形成的薄膜能吸附在纤维表面，促进纤维与砂浆的粘结，这有利于进一步提高纤维水泥砂浆的韧性，利用聚合物膜、纳米粒子以及纤维在不同尺度上的桥接裂缝作用提高砂浆的韧性。
16、本发明的技术方案之二在于提供了一种如上所述的高韧性喷射砂浆的制备方法，制备方法包括：将水泥、细集料与聚合物混合为干混料，加入纤维混合均匀得到纤维干混料，将减水剂与水混合为混合液，向其加入干混料，所述无机纳米材料加入至干混料或混合液中混合，搅拌得到所述高韧性喷射砂浆。
17、进一步的，所述无机纳米材料与水泥、细集料、聚合物混合为干混料，制得所述喷射砂浆；或无机纳米材料与减水剂、水混合为混合液，分散后制得所述喷射砂浆。
18、进一步的，所述制备方法包括：将水泥、细集料、纳米二氧化硅与聚合物胶粉混合制备成干混料，随后将纤维分次、缓慢的加入干混料中，加入过程中不断搅拌干混料使得纤维能充分的分散在干混料中，混匀得到纤维干混料，将减水剂与水混合为混合液，将混合液加入湿润的搅拌锅中，再加入纤维干混料进行拌和，即得到所述高韧性喷射砂浆。
19、进一步的，所述制备方法包括：将水泥、细集料与聚合物胶粉混合制备成干混料，随后将纤维分次、缓慢的加入干混料中，加入过程中不断搅拌干混料使得纤维能充分的分散在干混料中，混匀得到纤维干混料，将减水剂、碳纳米管与水混合为混合液，分散后将混合液加入湿润的搅拌锅中，再加入纤维干混料进行拌和，即得到所述高韧性喷射砂浆。
20、进一步的，所述分散包括超声分散、高速剪切分散中的任一种。
21、进一步的，所述分散为超声分散10-20分钟，优选为15分钟。
22、本发明的技术方案之三在于提供了一种如上所述的高韧性喷射砂浆在隧道或边坡支护中的应用。
23、在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实施例。
24、与现有技术相比，本发明具有以下优点：
25、1、本发明通过在喷射砂浆的制备过程中加入无机纳米材料，无机纳米材料的成核作用可促进水泥的水化反应，无机纳米材料的填充作用有利于优化砂浆内部孔隙，改善砂浆的力学性能并提高砂浆的耐久性，本发明利用无机纳米粒子的填充和成核作用，提高聚合物-纤维水泥砂浆的抗压强度，解决了聚合物掺入会降低纤维水泥砂浆抗压强度的缺陷。
26、2、本发明利用无机纳米粒子的填充和成核作用提高聚合物-纤维水泥砂浆的抗压强度，利用聚合物膜、纳米粒子以及纤维在不同尺度上的桥接裂缝作用提高砂浆的韧性，制备出力学性能更强的喷射砂浆，相较于传统喷射砂浆(纤维水泥砂浆或者聚合物-纤维水泥砂浆)，本发明的喷射砂浆具有更高的抗折强度与抗压强度，实验表明，该砂浆28天抗折强度可控制在13-15 mpa之间，抗压强度可控制在45-60mpa之间。
27、3、本发明的喷射砂浆利用减水剂与聚合物改善纤维水泥砂浆的工作性能，并促进纤维在砂浆内部的分散，且利用减水剂促进碳纳米管这类纳米粒子在砂浆内部的分散。
28、4、本发明所述的喷射砂浆制备过程简单，且所需材料种类少、便于获得，易于实现，制备的喷射砂浆成本低而力学性能优良，利于扩大生产。