[发明专利]一种湿喷混凝土纳米级掺合料及其使用方法

说明书

本发明公开了一种湿喷混凝土纳米级掺合料，包括以下重量百分比的组分：纳米级无定形二氧化硅粉体92.44%～98.5%、减水剂1.5%～6.5%、增稠组分0.00%～0.08%、缓凝组分0%～1%；所述纳米级无定形二氧化硅粉体在自然干燥状态下，松散堆积密度≤400kg/m³，在高倍电子显微镜下观察时，粉体颗粒呈分散单颗粒状态、无明显团聚体；所述的减水剂为按照GB 8076《混凝土外加剂》标准检测的减水率≥25%、含气量≤5.0%的减水剂。本发明综合掺合料及使用方法上的创新，有效缩短了湿喷混凝土初凝和终凝时间，可有效减少湿喷混凝土回弹率和粉尘量，提高了湿喷混凝土强度和耐久性，并通过减水剂在混凝土中引入含气量低的特点有利于充分发挥纳米级掺合料对混凝土的增强效应。

技术领域

本发明涉及混凝土的生产和使用技术领域，特别是涉及一种湿喷混凝土纳米级掺合料及其使用方法。

背景技术

喷射混凝土广泛用于地下工程开挖支护、边坡和基坑等岩土工程开挖支护、修复加固工程等。按常用喷射工艺，分为干喷(干法或干式喷射的简称)、湿喷(湿法或湿式喷射的简称)、潮喷(潮式喷射或半湿喷射的简称)和水泥裹砂喷射混凝土。干喷混凝土是将水泥、自然含水状态的砂和石按一定配合比拌合而成的干散状混合料装入喷射机中，混凝土在“微潮”(水灰比0.10～0.20)状态下输送至喷嘴处加水压喷出。湿喷混凝土是将水胶比0.30～0.60、坍落度100mm以上的混凝土拌合物，输送至喷嘴处加压喷出。潮喷混凝土是将水泥、砂、石、部分拌和水按一定配合比拌合而成的潮湿混合料(水灰比0.20～0.35)装入喷射机中，输送至喷嘴处加剩下的拌和水混合后喷出。水泥裹砂喷射混凝土是先将砂子加部分拌和水预湿(水灰比0.15～0.20)，然后加入水泥搅拌，再将其与粗骨料混合后，压送至喷嘴处加剩下的拌和水混合后喷出。

上述几种方式中，干喷回弹率最高，一般达到20％～40％，粉尘浓度也最高；潮喷的回弹率和粉尘浓度也较高；湿喷混凝土的回弹率和粉尘浓度整体上最低，但也容易产生回弹率高的问题，严重时可能超过30％。

关于如何降低湿喷混凝土回弹率和粉尘浓度高的问题，现有技术常用的措施包括掺加硅灰(又称硅粉、微硅粉)、纳米SiO₂、粉煤灰等掺合料和减水剂、增粘剂等化学外加剂。但现有专利和文献资料中未提及对硅灰、纳米SiO₂这类纳米级无定形二氧化硅粉体的松散堆积密度和颗粒分散性的特殊要求，或者认为松散堆积密度对这类粉体应用于喷射混凝土的效果没有影响。

例如，对于硅灰这种常见的无定形二氧化硅粉体之一，国际硅粉协会2005年出版的《硅灰用户指南》(Silica Fume User's Manual)报告中就说：“在多年测试之后，没有数据表明哪一种(硅灰)产品形式在混凝土拌和物中的效果优于其它形式”。

又如，本发明的发明人之一在之前申请并获授权的一份发明专利CN201210343040.7“纳米级喷射混凝土改性掺合料”中，其特征只是“所述的纳米SiO₂为SiO₂含量≥95％的高活性纳米颗粒材料”以及“纳米级喷射混凝土改性掺合料粉体颗粒的体积平均径D(4,3)≤150nm”，未提及松散堆积密度和颗粒分散性。

发明专利申请CN201810248219.1“一种喷射混凝土外加剂”组成中包括了“膨化超细硅粉50-80份”，但未提及这种硅粉的任何特征。

发明专利申请CN201510968974.3“一种早强型喷射混凝土”组成中所包含的硅灰的特征是“本发明的硅灰的比表面积为10000～30000cm2/g”，但未提及这种硅灰的松散堆积密度和颗粒分散性，且这种组成的混凝土的回弹率只能达到≤15％，仍然偏高。