高地溫隧道隔熱襯砌混凝土及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于土木工程材料領技術域，具體涉及一種高地溫隧道隔熱襯砌混凝土及其制備方法。
【背景技術】
[0002]目前，隨著我國公路和鐵路的建設，很多工程要穿越山區修建深埋長隧道工程，這些工程不可避免地通過高溫高熱地段。為保證高地溫地段隧道的運營，給在高地溫地段施工帶來了巨大挑戰。
[0003]在高溫高熱地段，圍巖的初始溫度很高，最高可高達100°C，使襯砌結構混凝土處于高溫高熱環境中。在高溫環境下，混凝土的初期水化速度大大提高，混凝土中的水化熱來不及散去，初凝和終凝時間提前，早期強度較高，水化產物物相發生改變，混凝土的后期強度降低，達不到襯砌結構的強度要求。另外，由于高溫環境，襯砌混凝土的內外表面產生溫度差，產生溫度附加應力，使得混凝土開裂，混凝土的耐久性大大降低。在高地熱地段，不時會有高溫裂隙水流出，對混凝土產生侵蝕作用，進一步影響混凝土的壽命。
[0004]為解決上述高地溫產生的問題，有的學者從混凝土結構入手，在初期支護與襯砌結構之間加一層保溫隔熱層，從而達到隔熱目的，保證二次襯砌混凝土的強度。如專利號201220214957.2公開的一種地熱侵蝕條件下隧洞襯砌用雙層結構混凝土，其施工分兩步進行，先施工保溫層，再施工結構層，施工程序稍顯復雜；專利號201110148520.3公開的高地溫速度抗放熱襯砌結構，初期支護噴射隔熱材料，在初期支護和二次襯砌之間還設置有隔熱層和防排水隔熱復合層，雖然這種結構有很好的抗放熱效果，但施工操作太過復雜。

【發明內容】

[0005]針對上述技術問題，本發明提供一種混凝土，達到隔熱、施工簡單的高地溫隧道隔熱襯砌混凝土。具體的技術方案為:
[0006]高地溫隧道隔熱襯砌混凝土，Im3所含原料質量為:水泥300?380kg、粗骨料850?1000kg、砂子450?550kg、水玻璃200?220kg、玻化微珠8?12kg、II級粉煤灰50?150kg、鋼纖維40?80kg、丙凝3?5kg、聚羧酸高性能減水劑2?3kg。
[0007]所述的水泥為普通硅酸鹽水泥，型號為P.042.5。
[0008]所述的粗骨料為連續級配的碎石，粒徑為5?31.5_。
[0009]所述的玻化微珠為膨脹玻化微珠，規格為80?120kg/m3，粒徑大小為Imm?3mm，導熱系數為0.048?0.070/ff/(m -K)。玻化微珠彌補了用傳統保溫材料中諸多缺陷和不足，產品后期不產生空鼓開裂，防火性能好，強度高，能較好地彌補混凝土在高地溫條件下混凝土強度降低。
[0010]所述的粉煤灰采用II級粉煤灰，可以替代部分普通硅酸鹽水泥作膠凝材料，改善混凝土拌合物的和易性，減少混凝土的收縮和開裂，減少混凝土養護中的水化熱，很好地補償混凝土的后期強度。
[0011]鋼纖維的摻入量和混凝土的強度等級需根據工程中要求受力的不同而做出變化。
[0012]所述的水玻璃為硅酸鈉(Na2O -nSi02)的水溶液，作為粘結劑，提高混凝土的強度，同時水玻璃的耐熱性較好。
[0013]所述的丙凝作為防水防腐材料，可以有效地防治高地溫地段地熱水對襯砌混凝土的侵蝕，保證了混凝土的耐久性。
[0014]用II級粉煤灰超量取代與高效減水劑雙摻技術降低水膠比，從而平衡二襯防水混凝土的低強、大流態和抗滲性的矛盾。
[0015]上述隔熱混凝土的制備方法，包括以下步驟:
[0016](I)準備原材料，并檢驗所有原材料的質量；
[0017](2)將水泥、砂子、II級粉煤灰、玻化微珠、丙凝、聚羧酸高性能減水劑摻入強制式攪拌機攪拌，以合適的速率勻速攪拌1.5min，攪拌的同時加入水玻璃攪拌均勻。
[0018](3)將粗骨料和鋼纖維摻入攪拌機中，以合適的速率勻速攪拌2min ；
[0019](4)將制得的混凝土分層饒筑，饒筑高度為40cm，并在合適的條件下養護。
[0020]本發明提供的高地溫隧道隔熱襯砌混凝土，把圍巖支護和隔熱結合起來，減少了隧道施工的困難，在高地溫環境下，具有良好的隔熱性能，同時強度不會降低，硬化后的混凝土強度較高，能達到襯砌混凝土的強度要求，改善了混凝土高地溫條件下的力學性能；同時該混凝土具有良好的防水、防開裂性能。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面結合實施例和對比例，對本發明的【具體實施方式】進行闡明。
[0022]實施例1
[0023]高地溫隧道隔熱襯砌混凝土，Im3所含原料質量如下:
[0024]水泥345kg、粗骨料910kg、砂子478kg、水玻璃200kg、玻化微珠10kg、II級粉煤灰100kg、鋼纖維80kg、丙凝4kg、聚羧酸高性能減水劑3kg。
[0025]上述耐熱混凝土的制備方法，包括以下步驟:
[0026](I)準備原材料，并檢驗所有原材料的質量；
[0027](2)將水泥、砂子、II級粉煤灰、玻化微珠、丙凝、聚羧酸高性能減水劑摻入強制式攪拌機攪拌，以合適的速率勻速攪拌1.5min，攪拌的同時加入水玻璃攪拌均勻。
[0028](3)將粗骨料和鋼纖維摻入攪拌機中，勻速攪拌2min ；
[0029](4)將制得的混凝土分層饒筑，饒筑高度為40cm，并養護。
[0030]混凝土養護28d后，測得其抗壓強度為37.8MPa，無裂縫，防水效果較好。
[0031]對所制得的混凝土，一側置于高地溫地熱環境，模擬溫度分別為30°C、40°C、50°C、60°C、8(TC，同時伴有地熱水，測試其隔熱效果、抗壓強度、開裂情況、防水效果。
[0032]測試結果為:(I)隔熱效果:混凝土的另一側的溫度變化不大，隨著模擬溫度升高，另一側的溫度呈上升趨勢，但上升的斜率太小。(2)抗壓強度:經過壓縮實驗測試，混凝土的強度分別為37.3MPa、36.6MPa、35.8MPa、34.7MPa、33.1MPa,能滿足混凝土的抗壓強度要求。(3)開裂情況:混凝土基本上無開裂。(4)防水效果:經過觀察，混凝土的內部無水侵入。
[0033]實施例2
[0034]高地溫隧道隔熱襯砌混凝土，Im3所含原料質量如下:
[0035]水泥300kg、粗骨料1000kg、砂子450kg、水玻璃220kg、玻化微珠8kg、II級粉煤灰50kg、鋼纖維40kg、丙凝5kg、聚羧酸高性能減水劑2kg。
[0036]上述耐熱混凝土的制備方法，包括以下步驟:
[0037](I)準備原材料，并檢驗所有原材料的質量；
[0038](2)將水泥、砂子、II級粉煤灰、玻化微珠、丙凝、聚羧酸高性能減水劑摻入強制式攪拌機攪拌，以合適的速率勻速攪拌1.5min，攪拌的同時加入水玻璃攪拌均勻。
[0039](3)將粗骨料和鋼纖維摻入攪拌機中，勻速攪拌2min ；
[0040](4)將制得的混凝土分層饒筑，饒筑高度為40cm，并養護。
[0041]實施例3
[0042]高地溫隧道隔熱襯砌混凝土，Im3所含原料質量如下:
[0043]水泥380kg、粗骨料850kg、砂子550kg、水玻璃210kg、玻化微珠12kg、II級粉煤灰150kg、鋼纖維60kg、丙凝3kg、聚羧酸高性能減水劑2.5kg。
[0044]上述耐熱混凝土的制備方法，包括以下步驟:
[0045](I)準備原材料，并檢驗所有原材料的質量；
[0046](2)將水泥、砂子、II級粉煤灰、玻化微珠、丙凝、聚羧酸高性能減水劑摻入強制式攪拌機攪拌，以合適的速率勻速攪拌1.5min，攪拌的同時加入水玻璃攪拌均勻。
[0047](3)將粗骨料和鋼纖維摻入攪拌機中，勻速攪拌2min ；
[0048](4)將制得的混凝土分層饒筑，饒筑高度為40cm，并養護。
[0049]對比例I
[0050]一種C30高地溫隧道隔熱襯砌混凝土，Im3所含原料質量如下:
[0051]水泥345kg、粗骨料910kg、砂子478kg、水100kg、水玻璃100kg、玻化微珠10kg、II級粉煤灰100kg、鋼纖維80kg、丙凝4kg、聚羧酸高性能減水劑3kg。
[0052]混凝土養護28d后，測得其抗壓強度為29.3MPa。與實施例1對比，當無水玻璃時，混凝土強度大幅下降，難以滿足混凝土的強度設計要求。
[0053]對比例2
[0054]一種C30高地溫隧道隔熱襯砌混凝土，Im3所含原料質量如下:
[0055]水泥345kg、粗骨料912kg、砂子480kg、水玻璃200kg、玻化微珠10kg、II級粉煤灰100kg、鋼纖維20kg、丙凝4kg、聚羧酸高性能減水劑3kg。
[0056]混凝土養護28d后，測得其抗壓強度為35.9MPa，無裂縫，防水效果較好。與實施例I相比，鋼纖維減少，混凝土強度降低。將混凝土置于實施例1所述的高地溫環境中時，混凝土一側開始裂縫。
[0057]對比例3
[0058]一種C30高地溫隧道隔熱襯砌混凝土，Im3所含原料質量如下:
[0059]水泥345kg、粗骨料910kg、砂子478kg、水玻璃200kg、玻化微珠10kg、II級粉煤灰100kg、鋼纖維80kg、聚羧酸高性能減水劑3kg。
[0060]混凝土養護28d后，測得其抗壓強度為38.0MPa,無裂縫。將混凝土置于實施例1所述的高地溫環境中，混凝土內部明顯的有水滲入，被水侵蝕一側的混凝土強度降低。
[0061]與對比例相比，實施例所制得的隔熱混凝土兼具隔熱材料和一般襯砌混凝土的性能，隔熱效果好，強度高，而且還具有抗裂、防水性能，施工操作方便，可廣泛應用到高地溫地熱地帶的隧道二次襯砌混凝土中。
【主權項】
1.高地溫隧道隔熱襯砌混凝土，其特征在于，Im3所含原料質量為:水泥300?380kg、粗骨料850?1000kg、砂子450?550kg、水玻璃200?220kg、玻化微珠8?12kg、II級粉煤灰50?150kg、鋼纖維40?80kg、丙凝3?5kg、聚羧酸高性能減水劑2?3kg。2.根據權利要求1所述的高地溫隧道隔熱襯砌混凝土，其特征在于，粗骨料為連續級配碎石，粒徑為5?31.5mm。3.根據權利要求1所述的高地溫隧道隔熱襯砌混凝土，其特征在于，所述的玻化微珠為膨脹玻化微珠，規格為80?120kg/m3，粒徑大小為Imm?3mm，導熱系數為0.048?0.070/ff/ (m.K)。4.根據權利要求1所述的高地溫隧道隔熱襯砌混凝土，其特征在于，制備方法包括以下步驟: (1)準備原材料，并檢驗所有原材料的質量； (2)將水泥、砂子、II級粉煤灰、玻化微珠、丙凝、聚羧酸高性能減水劑摻入強制式攪拌機攪拌，攪拌的同時加入水玻璃攪拌均勻； (3)將粗骨料和鋼纖維摻入攪拌機中勻速攪拌制得混凝土； (4)將制得的混凝土分層饒筑，饒筑高度為40cm，并養護。
【專利摘要】本發明屬于土木工程材料領技術域，具體涉及一種高地溫隧道隔熱襯砌混凝土，1m3所含原料質量為：水泥300～380kg、粗骨料850～1000kg、砂子450～550kg、水玻璃200～220kg、玻化微珠8～12kg、Ⅱ級粉煤灰50～150kg、鋼纖維40～80kg、丙凝3～5kg、聚羧酸高性能減水劑2～3kg。本發明提供的高地溫隧道隔熱襯砌混凝土，把圍巖支護和隔熱結合起來，減少了隧道施工的困難，在高地溫環境下，具有良好的隔熱性能，同時強度不會降低，硬化后的混凝土強度較高，能達到襯砌混凝土的強度要求，改善了混凝土高地溫條件下的力學性能；同時該混凝土具有良好的防水、防開裂性能。
【IPC分類】C04B28/26
【公開號】CN105060836
【申請號】CN201510520397
【發明人】陳國慶, 劉輝, 趙聰, 李天斌
【申請人】成都理工大學
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月21日