[发明专利]一种隧道喷射专用系列混凝土

说明书

本发明提供了一系列低碳高性能隧道喷射混凝土，通过掺入不同种类矿物掺合料及不同掺量，以及采用低水胶比、高效减水剂和无碱速凝剂。所配制的混凝土性能达到密实度高、工作性和耐久性好，能满足不同围岩级别对喷混凝土早期强度的要求。本发明根据环境综合等级确定喷射混凝土的密实度，再由密实度指标选用胶凝材配方；设计和施工人员可根据不同环境等级和围岩级别选用不同的胶凝材配方和混凝土配合比，混凝土材料具有水化热低、密实度高、工作性好等特点，还具有减少环境污染、改善工作环境、降低回弹率和节约工程成本等功效、节约能源、减少碳排放和环境污染，大大节约了工程成本。

技术领域

本发明涉及建筑材料，具体说是一种专用于不同环境综合等级、围岩级别的隧道初期支护结构中的喷射混凝土材料。

背景技术

目前，山岭隧道结构绝大多数采用复合式衬砌，少数隧道结构采用单层衬砌的结构形式，隧道结构不论采用复合式衬砌还是单层衬砌，均以喷射混凝土为主要支护手段。隧道开挖后，以“最快的”速度向围岩喷射混凝土，其目的是可以在“最短的”时间内，抑制住围岩的松弛或变形。要使喷射混凝土发挥支护作用，要求其在“短时间”内达到一定的强度，这就是喷射混凝土的早期强度。同时，喷混凝土应具有很好的粘着力，以便与围岩密贴共同受力，还要求其回弹率小，确保混凝土的质量并尽可能的降低成本。

世界各国在喷射混凝土配方和施工工艺方面存在较大差别，由于工艺复杂且在围岩尚未稳定时施做，喷混凝土的质量难以保证，隧道结构存在重大安全隐患。我国隧道结构中采用喷射混凝土起步较晚，故在喷射工艺和混凝土配方方面与日本和欧洲一些发达国家差距较大，隧道喷射混凝土施工绝大多数情况下采用干喷工艺，粉尘大、回弹多、配合比难于控制；多数情况下使用有碱速凝剂，对工人皮肤伤害较大，且混凝土在地下水作用下溶蚀严重；胶凝材采用单一的P.O52.5 硅酸盐水泥且水泥用量大，单方混凝土水泥用量超过500kg，既不经济也不环保。为此，有必要研究一种新型喷射混凝土材料，这种材料可满足既节约能源、低碳环保，又能改善工人工作环境，还能提高混凝土的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一系列不同配合比和胶凝材配方的高性能喷射混凝土，可以适应不同环境类型和围岩级别，降低工程成本，延长隧道结构使用寿命。该混凝土材料普遍具有水化热低、密实度高、工作性好等特点，还具有减少环境污染、改善工作环境、降低回弹率以及节约工程成本等功效。

本发明的低碳高性能喷射混凝土材料是这样实现的：根据环境综合等级确定喷射混凝土的密实度，再由密实度指标选用胶凝材配方；根据围岩级别确定喷射混凝土的强度等级，再由强度等级选用混凝土配合比。混凝土材料在隧道内采用强制式搅拌机拌合，湿喷工艺喷射。

根据环境对隧道结构作用造成的危害程度，将环境综合等级划分为A、B、C、D、E五级，其中E 级环境最差、A 级环境最好。隧道环境综合等级与喷射混凝土的密实度等级和密实度指标的关系见表1，围岩级别与喷射混凝土的强度等级和强度指标的关系见表2。

表1 环境综合等级与喷射混凝土密实度指标的关系

表2 围岩级别与喷射混凝土强度指标的关系

一种隧道喷射专用系列混凝土，根据不同的环境综合等级和围岩级别确定隧道喷射高性能混凝土的配方，并采用如下的步骤获得：

(1) 根据隧道环境综合等级和围岩级别确定隧道衬砌混凝土设计参数指标，不同密实度指标确定衬砌混凝土胶凝材中掺入矿物掺合料种类和掺量，胶凝材采用配送站模式或拌合站模式生产，各粉体材料按比例进行物理均化，所述中复合胶凝材根据不同密实度指标确定喷射混凝土胶凝材配方详见表3 ：

表3 不同密实度指标对应喷射混凝土胶凝材配方