技術領域

本發明涉及建筑材料，具體說是一種專用于不同環境綜合等級、圍巖級別的隧道初期支護結構中的噴射混凝土材料。

背景技術

目前，山嶺隧道結構絕大多數采用復合式襯砌，少數隧道結構采用單層襯砌的結構形式，隧道結構不論采用復合式襯砌還是單層襯砌，均以噴射混凝土為主要支護手段。隧道開挖后，以“最快的”速度向圍巖噴射混凝土，其目的是可以在“最短的”時間內，抑制住圍巖的松弛或變形。要使噴射混凝土發揮支護作用，要求其在“短時間”內達到一定的強度，這就是噴射混凝土的早期強度。同時，噴混凝土應具有很好的粘著力，以便與圍巖密貼共同受力，還要求其回彈率小，確保混凝土的質量并盡可能的降低成本。

世界各國在噴射混凝土配方和施工工藝方面存在較大差別，由于工藝復雜且在圍巖尚未穩定時施做，噴混凝土的質量難以保證，隧道結構存在重大安全隱患。我國隧道結構中采用噴射混凝土起步較晚，故在噴射工藝和混凝土配方方面與日本和歐洲一些發達國家差距較大，隧道噴射混凝土施工絕大多數情況下采用干噴工藝，粉塵大、回彈多、配合比難于控制；多數情況下使用有堿速凝劑，對工人皮膚傷害較大，且混凝土在地下水作用下溶蝕嚴重；膠凝材采用單一的P.O52.5硅酸鹽水泥且水泥用量大，單方混凝土水泥用量超過500kg，既不經濟也不環保。為此，有必要研究一種新型噴射混凝土材料，這種材料可滿足既節約能源、低碳環保，又能改善工人工作環境，還能提高混凝土的性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一系列不同配合比和膠凝材配方的高性能噴射混凝土，可以適應不同環境類型和圍巖級別，降低工程成本，延長隧道結構使用壽命。該混凝土材料普遍具有水化熱低、密實度高、工作性好等特點，還具有減少環境污染、改善工作環境、降低回彈率以及節約工程成本等功效。

本發明的低碳高性能噴射混凝土材料是這樣實現的：根據環境綜合等級確定噴射混凝土的密實度，再由密實度指標選用膠凝材配方；根據圍巖級別確定噴射混凝土的強度等級，再由強度等級選用混凝土配合比。混凝土材料在隧道內采用強制式攪拌機拌合，濕噴工藝噴射。

根據環境對隧道結構作用造成的危害程度，將環境綜合等級劃分為A、B、C、D、E五級，其中E級環境最差、A級環境最好。隧道環境綜合等級與噴射混凝土的密實度等級和密實度指標的關系見表1，圍巖級別與噴射混凝土的強度等級和強度指標的關系見表2。

表1環境綜合等級與噴射混凝土密實度指標的關系

表2圍巖級別與噴射混凝土強度指標的關系

低碳高性能隧道噴射專用系列混凝土，根據不同的環境綜合等級和圍巖級別確定隧道噴射高性能混凝土的配方，并采用如下的步驟獲得：

(1)根據隧道環境綜合等級和圍巖級別確定隧道襯砌混凝土設計參數指標，不同密實度指標確定襯砌混凝土膠凝材中摻入礦物摻合料種類和摻量，膠凝材采用配送站模式或拌合站模式生產，各粉體材料按比例進行物理均化，所述中復合膠凝材根據不同密實度指標確定噴射混凝土膠凝材配方詳見表3：

表3不同密實度指標對應噴射混凝土膠凝材配方

表3是由噴射混凝土電通量值測試結果，確定不同密實度指標對應噴射混凝土膠凝材配方。

表中膠凝材各粉體材料的要求是：水泥：42.5級普通硅酸鹽水泥，比表面積＞500kg/m²；粉煤灰：Ⅰ級粉煤灰，比表面積750kg/m²左右；礦粉：S105級礦粉，比表面積≥500kg/m²；硅灰比表面積≥20000kg/m²；石灰石粉比表面積≥600kg/m²。

(2)根據不同強度指標采用(1)所得噴射混凝土膠凝材為主要原料，加配粗細骨料混合后得到目標系列混凝土，其配合比詳見表4：

表4不同強度度指標對應噴射混凝土配合比

表4是由噴射混凝土抗壓強度測試結果，確定不同強度指標對應噴射混凝土的配合比。

表中混凝土配合比選取必須考慮以下基本原則：

(1)表中配合比只適用于濕噴工藝，當隧道處于凍融環境下膠凝材用量取上限，水膠比取下限；

(2)采用表中配合比必須使用減水率≥25%高效減水劑和無堿速凝劑，同時保證減水劑和速凝劑與膠凝材有很好的相容性；

(3)當隧道處于凍融環境下且地下水發育，噴射混凝土若采用復合膠凝材時，應選用引氣型減水劑。

混凝土采用骨料的要求是：