[发明专利]一种隔热高韧性碳酸质隧道洞渣地聚物喷射混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种隔热高韧性碳酸质隧道洞渣地聚物喷射混凝土及其制备方法，该混凝土包含以下原料：碳酸质隧道洞渣全级配骨料、同质性隧道洞渣石粉、富钙型胶凝组分、高活性激发剂、相变隔热组分、碳酸岩晶须韧性增强组分、减水剂和水。本发明利用隧道开挖过程中产生的碳酸质固体废弃物结合富钙型胶凝组分制备得到碳酸质地质聚合基喷射混凝土，实现碳酸质隧道洞渣的重复利用，结合相变隔热组分的隔热特性及碳酸岩晶须韧性增强组分的高韧性特征提升了喷射混凝土的变形协调特性，解决了喷射混凝土在高地热环境下强度降低、开裂脱落等问题，大大提高了高地热环境下喷射混凝土的服役寿命。

技术领域

本发明涉及隧道喷射混凝土材料领域，具体涉及一种隔热高韧性碳酸质隧道洞渣地聚物喷射混凝土及其制备方法。

背景技术

高地热环境下，隧道喷射混凝土面临后期强度降低明显、粘结性能下降迅速、混凝土开裂等问题，当地热温度为80℃时，喷射混凝土的后期抗压强度降低50％左右，并失去粘结效果，最终导致喷射混凝土与围岩层间剥落。为使喷射混凝土更好地与围岩粘结，喷射混凝土一般要求初凝时间应小于5min，专利《一种喷射混凝土用低回弹低碱液体速凝剂及其制备方法(CN104193212A)》发明了一种喷射混凝土用低回弹低碱液体速凝剂，使喷射混凝土的初凝时间为3min，终凝时间为8min，并能有效降低喷射混凝土施工中的回弹量和粉尘量，但该发明制备速凝剂过程复杂、制作成本较高，且速凝剂的加入降低了喷射混凝土的后期强度。利用碳酸质地质聚合物凝结速率快的特点制备喷射混凝土，能够在不使用速凝剂的条件下满足喷射混凝土的快速凝结要求，专利《一种碱激发碳酸盐复合胶凝材料及其制备方法(CN102603217A)》发明了一种碱激发碳酸盐复合胶凝材料，初步实现了惰性碳酸质岩石的资源化利用，但制备得到的胶凝材料的强度较低，无法应用于喷射混凝土。专利《一种用于热害隧道施工的玄武岩纤维喷射混凝土(CN107226642A)》在原有的喷射混凝土基础上掺入一定量的玄武岩纤维和粉煤灰，发明了用于热害隧道的喷射混凝土，提高喷射混凝土的劈裂强度和粘结强度，但该发明仅考虑了高地热环境对喷射混凝土粘结性能和韧性的影响，并未考虑高地热环境造成的混凝土强度损失问题。专利《一种高地温隧道用高强喷射混凝土及其制备方法(CN110510954A)》采用低熔点水溶性PVA纤维，使得在混凝土在达到纤维熔点后，纤维融化，形成孔道便于高温下混凝土内部水汽的散失，大大增强了混凝土的内部粘聚力，具有导热系数低，抗渗性能好，界面粘结强度高，后期强度损失小的特点，但该方法制备的混凝土的隔热效果较地质聚合物混凝土并不显著，且纤维融化过程受环境影响大，混凝土性能不易控制。

目前隧道喷射混凝土尚存在以下问题：

(1)隧道固体废弃物未实现资源化利用：隧道开挖会产生大量的碳酸质固体废弃物，如石灰岩、白云岩等隧道洞渣，造成大量的自然资源浪费，目前还未实现隧道洞渣的资源化利用；

(2)高地热环境下的强度损失问题尚未提出合理的解决方案：目前专利中发明的高地热隧道喷射混凝土更多关注混凝土的抗裂性能，避重就轻，对于高地热环境下的强度损失问题还未提出合理的解决方法。

(3)未提出碳酸质地质聚合物混凝土在喷射混凝土中的应用方案。目前多以碳酸质地质聚合物胶凝材料为主，强度较低，对于碳酸质地质聚合基混凝土的相关研究较少，尚未应用在喷射混凝土中。

因此，如何利用碳酸质固体废弃物提供一种高地热环境下的隔热高韧性喷射混凝土是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种隔热高韧性碳酸质隧道洞渣地聚物喷射混凝土及其制备方法。本发明制备所得的喷射混凝土具有资源重复利用、无需添加速凝剂、隔热效果好，韧性高、后期强度无损失甚至增加的特点，解决了高地热环境下喷射混凝土强度损失，界面开裂等问题，大大提高了高地热环境下喷射混凝土的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：