[发明专利]一种喷射混凝土用矿物添加剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种喷射混凝土矿物添加剂及其制备方法和应用，所述喷射混凝土矿物添加剂以重量百分比计，包括以下组分：含铝活性矿物的熟料60％‑90％，石膏10％‑35％，化学添加剂0‑5％。所述混凝土速凝剂包括液体速凝剂和所述喷射混凝土矿物添加剂，分别在不同的时机加入混凝土中。通过本发明使得湿喷混凝土在喷出时，就能快速发生反应，固液比迅速提高，混凝土快速变粘，快速凝结硬化，并且产生强度的水化矿物持续增加，强度持续提高，水化浆体更加密实，后期强度、抗硫酸侵蚀等耐久性能大幅度提高，从而在根本上解决湿喷混凝土的常见问题。

技术领域

本发明涉及一种喷射喷射混凝土矿物添加剂及其制备方法和应用，还涉及该矿物添加剂在喷射混凝土中的施工方法，属于建筑材料添加剂技术领域。

背景技术

最近几年，湿喷混凝土技术得到了极大的发展和进步，湿喷应用越来越多，已从铁路向公路、地铁延伸，湿喷混凝土配合比技术路线、湿喷机械手、无碱速凝剂、喷射技术工都得到了一定的发展，但也暴露出很多问题，比如消耗与回弹问题、早期强度不足的问题、后期强度倒缩问题、粘接力、握裹力问题。

按照GB/T35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》检测速凝剂时，净浆凝结时间效果很好，初凝时间小于3分钟，达到一等品技术指标，但实际湿喷混凝土的回弹仍然很大。由此可见，速凝剂凝结时间快，不一定湿喷混凝土的回弹就小。

当然影响湿喷混凝土回弹率的因素很多，下面仅从湿喷混凝土的水化机理这一本质因素进行分析。湿喷混凝土使用的速凝剂种类很多，速凝机理很复杂，为了便于理解，简单的可以分为碱性速凝剂和无碱速凝剂。

碱性速凝剂和无碱速凝剂的作用机理是不一样的。硅酸盐水泥在生产时会加入适量二水石膏，主要是同水化速度很快的熟料矿物C₃A反应，在熟料矿物表面形成无定型的水化硫铝酸钙细密薄膜，阻止了熟料矿物C₃A的过快反应，从而起到缓凝的作用，也使得硅酸盐水泥在加水以后具有较好施工性能。

在加入碱性速凝剂的早期，混凝土浆体溶液中原有固相的溶解和新的固相形成基本平衡，固液比没有增加，反而，由于液体碱性速凝剂加入带入的水分使得液体量有一定提高。

从宏观上就表现为，加入液体碱性速凝剂，在喷射混凝土凝结前，混凝土不但不变稠反而会变稀。加入无碱速凝剂的早期，混凝土浆体溶液中由于额外加入的Al³⁺和SO₄^2-与溶液中的Ca²⁺反应生成钙矾石晶体，并结合了32个H₂O，使得喷射混凝土的固液比快速、持续增大，从宏观上就表现为，喷射混凝土会有变稠变粘的趋势。

但是，由于硅酸盐水泥中C₃A含量有限，喷射混凝土变稠变粘的程度有限，但喷射混凝土从喷出到围岩表面只需几秒钟，而喷射混凝土凝结时间是数分钟，甚至更长，因此，喷射混凝土到达围岩表面时，并没有凝结，而是需要经过数分钟，甚至数十分钟才能凝结硬化。此时，决定喷射混凝土与围岩、钢筋网的粘结力的主要因素是混凝土自身粘聚性。

所以，在湿喷混凝土凝结硬化前，决定湿喷混凝土回弹大小的根本因素在于混凝土的自身粘度。

湿喷混凝土早期强度低的主要原因是硅酸盐水泥中C₃A含量低，速凝剂的加入，促进了C₃A的快速水化，消耗了大量的H₂O，使得混凝土变干，生成强度矿物，宏观上表现为初凝。但是，随着C₃A水化结束，湿喷混凝土中强度矿物不能快速和持续增多，强度增长变得十分缓慢，直到C₃S水化的大量发生。在湿喷混凝土体系中，C₃S水化的大量发生往往在数小时后，甚至在1天之后。这就是一些工程实际中湿喷混凝土10个小时的抗压强度不到1MPa的原因。