專利名稱：適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永久結(jié)構(gòu)所用的高性能噴射混凝土，尤其涉及一種適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土及制備方法。
背景技術(shù)：
由于戰(zhàn)爭、能源分布不均、地緣政治等因素，能源危機一直是各國政府需要考慮的重大議題，近2(Γ30年來戰(zhàn)略石油儲備在世界各國得到越來越高的重視。而地下水封油庫又是石油儲備中大家最樂于采用的一種形式，基于地下水封油庫安全、儲存容量大、占地少、投資小、損耗小、污染小、運行管理費用低、裝卸速度快等眾多優(yōu)點，開始廣泛應(yīng)用于國家石油戰(zhàn)略儲備和各種商業(yè)儲存。截至1988年，在斯堪迪那維亞半島已有200多座地下原油、石油產(chǎn)品及重燃料油庫在使用。在韓國、日本、中東等地也建有很多地下水封巖洞油庫， 韓國建有四個地下洞庫，總庫容1830萬m3，日本建有3座地下洞庫，總庫容500萬m3。基于國家石油儲備的安全性考慮，我國于2003年正式啟動建立石油儲備體系。
根據(jù)地下水封油庫的選址原則，地下水封油庫一般建在穩(wěn)定地下水位以下的巖體中，巖體特性為堅硬、完整性好的塊狀巖體區(qū)，并具有弱透水性，最好是結(jié)晶狀、未風(fēng)化或微風(fēng)化花崗巖，巖體級別I或II級?；谶@些基本條件，決定了地下水封石油洞庫在建設(shè)過程中無需大量復(fù)雜的支護措施。在《地下水封石洞油庫設(shè)計規(guī)范》(GB50455-2008)中規(guī)定，地下水封油庫支護設(shè)計按照圍巖性質(zhì)采取不同的支護措施。如直接采用噴射混凝土、采用錨桿加固、采用噴錨、掛網(wǎng)或鋼架等聯(lián)合支護。一般地下水封油庫選址時考慮的巖石地址條件都較好，所以絕大部分位置采用噴射混凝土即可；但在開挖過程中也會遇到不同的巖石地質(zhì)條件，有些需要采用不同的支護方式。
其中，除了支護的要求，地下水封油庫對滲透性也有較特別的要求，洞庫形成后不要求嚴格的不透水性，允許其有一定的滲透量，宏觀上可以表述為“滲而不漏”；其次， 地下水封油庫的地下水封安全高度一般為2(T25m，儲油洞室內(nèi)最大工作壓力一般不超過 O. IMPa，因此，對于噴射混凝土層而言，除了必要的強度與粘結(jié)性能以外，一定的抗?jié)B性能也是工程所必需的。
綜上，在地下水封油庫的施工中，可以根據(jù)施工中巖石狀態(tài)的不同，判斷圍巖狀況和滲漏水情況決定噴射混凝土材料以及相應(yīng)的施工方式。傳統(tǒng)噴射混凝土配合比一般依據(jù) 《水電水利工程錨噴支護施工規(guī)范》(DL/T 5181-2003)以及《地下水封石洞油庫設(shè)計規(guī)范》 (GB50455-2008)等相關(guān)規(guī)范中的規(guī)定進行實施。但這些規(guī)范中關(guān)于噴射混凝土方面的規(guī)定仍然停留在較早期的技術(shù)水平，對目前新技術(shù)、新材料的考慮較少，因此并不完全適應(yīng)現(xiàn)有的新技術(shù)，例如，傳統(tǒng)噴射混凝土配合比并不適用于地下水封油庫。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明考慮了地下水封油庫對噴射混凝土的技術(shù)要求，在傳統(tǒng)噴射混凝土基礎(chǔ)上對噴射混凝土的抗?jié)B性、與巖石層的粘結(jié)強度和收縮率進行改進，并提出了一種適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土，包括水、水泥、礦物摻合料、 骨料和外加劑，所述的礦物摻合料包括礦粉，所述的骨料包括細骨料和粗骨料，細骨料為砂，粗骨料為石，所述的外加劑為聞效減水劑和無喊速凝劑。
該混凝土中各組分用量為水泥267 370kg/m3，礦粉44 159kg/m3，石627 722kg/ m3,砂855 962kg/m3,水185 200kg/m3,高效減水劑4. 44 5. 29kg/m3,無堿速凝劑 26. 7^31. 7kg/m3。在上述用量范圍內(nèi)調(diào)整可以得到不同強度等級、滲透性能、粘結(jié)強度、收縮率的一系列噴射混凝土，以滿足地下水封油庫對噴射混凝土的不同技術(shù)要求。
上述礦物摻合料還包括粉煤灰，其用量不大于140kg/m3。
上述外加劑還包括減縮劑，其用量不大于15. 86kg/m3。
作為優(yōu)選，所述的減縮劑為在
公開日2009年2月18日、公開號CN101367633A的中國專利《一種混凝土用智能縮減劑及其制備方法和用途》中所公開的縮減劑，該縮減劑是一種對水具有特殊吸附作用的高分子功能材料，主要由重量百分比為1(Γ20%的聚丙烯酰胺、 2^7%的聚醚高分子表面活性劑、22 33%的膨潤土、42 50%的累托石和5 12%的聚丙烯構(gòu)成。
上述高效減水劑為聚羧酸型高效減水劑，聚羧酸型高效減水劑是一種液態(tài)減水劑，固含量為20%，減水率為25%。
上述無水速凝劑的摻加量優(yōu)選為膠凝材料質(zhì)量的6%，膠凝材料為水泥和礦物摻合料的總稱。
上述粗骨料石的粒徑范圍是5 15mm。
上述細骨料砂的細度模數(shù)為2. 5 3. O。
上述適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土的制備方法，包括步驟
步驟1，按比例將水泥、骨料和礦物摻合料混合攪拌得到混合物，根據(jù)上述配方，礦物摻合料為礦粉和粉煤灰、或僅為礦粉；
步驟2，向步驟I所得混合物中按比例加入水和除縮減劑外的外加劑，攪拌混合得到噴射混合物，根據(jù)上述配方，除縮減劑外的外加劑為聞效減水劑和減縮劑、或僅為聞效減水劑；
步驟3，在噴射設(shè)備噴嘴處混入無堿速凝劑，采用噴射設(shè)備對步驟2所得噴射混合物進行噴射施工，
步驟4，噴射施工完成后進行噴霧養(yǎng)護。
本發(fā)明組分中的礦粉為?；郀t礦粉，是在高爐冶煉生鐵時，所得的以硅酸鹽與硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，經(jīng)淬冷成粒而得。使用?；郀t礦粉可得到綠色、低碳的建筑材料，例如，在水泥中等量摻入?；郀t礦粉可減少95%的二氧化碳排放。使用礦粉替代普通水泥已是國際公認為的一種節(jié)能減排、綠色、低碳途徑。對本發(fā)明而言，在噴射混凝土中摻入礦粉不僅可以大幅降低成本，還能有效提高噴射混凝土工作性、改善孔結(jié)構(gòu)，從而達到提高噴射性混凝土抗?jié)B性、抗凍性等耐久性能的目的。
本發(fā)明噴射混凝土的優(yōu)選方案中還摻入了減縮劑，該減縮劑是一種對水具有特殊吸附作用的高分子功能材料，其內(nèi)部帶有強烈的親水基團，可以吸收自身重量成百上千倍的水，同時膨脹成一種與水牢固結(jié)合的水凝膠，即使受到相當(dāng)大的壓力，這種凝膠中的水也很少被擠出。因此，摻入該減縮劑后可以有效抑制噴射混凝土自收縮的產(chǎn)生，防止噴射混凝土硬化后開裂，從而提高噴射混凝土的抗?jié)B性及長期耐久性。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明噴射混凝土具有如下特點和有益效果
I、本發(fā)明在傳統(tǒng)噴射混凝土基礎(chǔ)上，采用外加礦物摻合料和外加劑，并通過合理配伍得到符合地下水封油庫工程技術(shù)需求的一系列噴射混凝土材料。本發(fā)明高性能混凝土具有較低的成本、良好的工作性、較高的粘結(jié)強度、較高的收縮性以及一定的抗?jié)B性，可以保證噴射混凝土作為永久結(jié)構(gòu)層的耐久性，滿足地下水封油庫對噴射混凝土的要求。
2、和傳統(tǒng)噴射混凝土相比，本發(fā)明噴射混凝土硬化后噴射混凝土收縮小，硬化混凝土更加密實，提高了抗?jié)B性、耐久性和整體性能，將其作為永久建筑結(jié)構(gòu)層可延長使用壽命O
3、本發(fā)明高性能噴射混凝土的出機坍落度為20(T220mm，坍落度經(jīng)時(I小時)損失為3(T50mm(即I小時后混凝土坍落度為15(Tl90mm) ;3天抗壓強度為 17. 8 36. 3MPa，28天抗壓強度為27. 8 54. 3MPa ；3天劈拉強度為I. 4 3. 2MPa，28天劈拉強度為2. 8 5. 5MPa ;噴射混凝土與巖石粘結(jié)強度為O. 86 I. 89MPa ;噴射混凝土 90天齡期干縮率為464X 10-6 587X10_6 ;抗?jié)B等級為W8 W40，氯離子滲透系數(shù)為I. 42X 10_12m2/ s 8. 24X10_12m2/S。


圖I為本發(fā)明高性能噴射混凝土的配制及施工流程；
圖2為實施例中所采用的粗骨料石的級配曲線圖3為實施例中所采用的細骨料砂的級配曲線圖。
具體實施方式
為了滿足地下水封油庫工程對噴射混凝土滲透性、與巖石層的粘結(jié)強度和收縮性的技術(shù)要求，本發(fā)明在傳統(tǒng)噴射混凝土基礎(chǔ)上，通過摻加礦物摻加料和外加劑來提高噴射混凝土的抗?jié)B性和粘結(jié)強度、降低收縮率，并提出了一種抗?jié)B性和粘結(jié)強度較高、收縮率較低的、適合不同巖石結(jié)構(gòu)滲透性要求和地下水封油庫技術(shù)要求的一系列高性能噴射混凝土。本發(fā)明中摻加的礦物摻合料為礦粉和粉煤灰，摻加形式為單摻礦粉或復(fù)摻礦粉和粉煤灰。
下面通過具體實施例對本發(fā)明及其有益效果作進一步說明。
實施例
主要原材料為水泥、礦物摻合料、骨料、減水劑、減縮劑和速凝劑。水泥為P. O. 42. 5 普通硅酸鹽水泥。礦物摻合料為S95級優(yōu)質(zhì)礦粉和I級粉煤灰，本實施例中所采用的S95 級優(yōu)質(zhì)礦粉，其比表面積為450m2/kg，7天活性指數(shù)為85%，28天活性指數(shù)為108%，流動度比為103% ;本實施例中所采用的I級粉煤灰的需水量比為98%。減水劑為聚羧酸型高效減水劑，理論減水率為25% ;速凝劑為無堿液態(tài)速凝劑，其中固含量為38%，本實施例中速凝劑的摻量為膠凝材料質(zhì)量的6%，膠凝材料為水泥和礦物摻合料。
減縮劑主要由重量百分比為20%的聚丙烯酰胺、2%的聚醚高分子表面活性劑、22% 的膨潤土、44%的雷托石和12%的聚丙烯組成，其制備方法參見
公開日2009年2月18日、公開號CN101367633A的中國專利《一種混凝土用智能縮減劑及其制備方法和用途》中公開的縮減劑制備方法。
本實施例中所采用的縮減劑的具體制備方法如下
按比例混合聚丙烯酰胺、膨潤土、雷托石和聚丙烯，并按聚丙烯酰胺與氫氧化鈉的摩爾比為I :(廣1.3)的比例加入氫氧化鈉溶液，然后按比例加入聚醚高分子表面活性劑， 用超聲波分散溶解均勻，加入酚酞指示劑后，再通入鹽酸，直至溶液不再顯紅色為止；然后將所得聚合物溶液在5(T70°C下進行3(T50min的聚合反應(yīng)得到中間產(chǎn)物，將所得中間產(chǎn)物切割成O. 5^2厘米大小的小塊經(jīng)烘干至恒重得到半成品；在半成品中加入阻銹劑、穩(wěn)定劑和去離子水，其用來分別為半成品總量的O. 02,0. 03和8 10倍，攪拌后，超細粉碎，振蕩溶脹后，過100目篩，即得到本實施例中所采用的縮減劑。
按表I所示配方配制本發(fā)明高性能噴射混凝土。表I中設(shè)計了 6組不同配比的噴射混凝土，按照抗壓強度等級可以分為C20，C25，C30, C35，C40和C45，其中I飛組礦物摻合料的摻加類型為粉煤灰和礦粉復(fù)摻，第6組為礦粉單摻，Γ5組未摻加減縮劑，第6組摻加減縮劑。表I中所示混凝土原材料用量單位均為kg/m3。本實施例中粗骨料為粒徑范圍 5 15mm的人工碎石，級配良好，見圖2 ;細骨料細度模數(shù)為2. 7的河砂，級配良好，見圖3 ;骨料級配對于配制高性能噴射混凝土至關(guān)重要，在選取原材料時需要加以重視。
表I不同強度等級噴射混凝土配合比(kg/m3混凝土 )
抱P-抗壓強度等級水泥粉煤灰礦粉水砂減水劑速凝劑減縮劑IC2026713344200%26414.4426.7O2C25279140472009516344,6527.9O3C3029398982009416274.8829.3O4C35359311032008556995.1330.8O5C40350501001858837225.0030.0O6C45370O1591858717135.2931.715.86
當(dāng)然，在配制本發(fā)明混凝土?xí)r，水泥用量為267 370kg/m3，礦粉為44 159kg/m3，粉煤灰為O 140kg/m3,石子為627 722kg/m3,砂為855 962kg/m3,水為185 200kg/m3,高效減水劑為4. 44^5. 29kg/m3，無堿速凝劑為26. 7 31. 7kg/m3，減縮劑為(Tl5. 86kg/m3之間，在實際配制時可根據(jù)原材料特性和所需性能在上述用量范圍內(nèi)加以調(diào)整。
高性能噴射混凝土的配制工藝見圖1，其制備方法為首先，按比例將水泥、骨料和礦物摻合料混合后干拌30s ;然后根據(jù)配比加入水、減水劑和減縮劑,拌合3min ;拌合完成后出料，通過攪拌車運送至施工現(xiàn)場，通過噴射設(shè)備進行噴射施工，噴射前在噴射設(shè)備噴嘴處混入無堿液態(tài)速凝劑。施工結(jié)束后，進行14天的噴霧養(yǎng)護。
表2不同強度等級噴射混凝土基本性能
權(quán)利要求
1.一種適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土，其特征在于 每立方米噴射混凝土中各材料用量為水泥267 370kg，礦粉44 159kg，石627 722kg，砂855 962kg，水185 200kg，高效減水劑4. 44^5. 29kg，無堿速凝劑26. 7 3L 7kg。
2.如權(quán)利要求I所述的適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土，其特征在于 所述的噴射混凝土中還包括粉煤灰，每立方米噴射混凝土中粉煤灰的用量不大于140kg。
3.如權(quán)利要求I所述的適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土，其特征在于 所述的噴射混凝土中還包括減縮劑，每立方米噴射混凝土中減縮劑的用量不大于15.86kg。
4.如權(quán)利要求3所述的適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土，其特征在于 所述的減縮劑主要由重量百分比為1(Γ20%的聚丙烯酰胺、2 7%的聚醚高分子表面活性劑、22 33%的膨潤土、42 50%的累托石和5 12%的聚丙烯組成。
5.如權(quán)利要求I所述的適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土，其特征在于 所述的石的粒徑范圍是5"!5mm。
6.如權(quán)利要求I所述的適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土，其特征在于 所述的砂的細度模數(shù)為2. 5^3. O。
7.如權(quán)利要求I所述的適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土，其特征在于 所述的礦粉為粒化高爐礦粉。
8.如權(quán)利要求I所述的適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土，其特征在于 所述的聞效減水劑為聚竣酸型聞效減水劑。
9.如權(quán)利要求I所述的適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土，其特征在于 所述的無堿速凝劑的質(zhì)量為混凝土中膠凝材料質(zhì)量的6%。
10.如權(quán)利要求I、中任一項所述的適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土的制備方法，其特征在于，包括步驟 步驟I，將水泥、骨料和礦物摻合料混合攪拌得到混合物，所述的骨料為砂和石，所述的礦物摻合料為礦粉和粉煤灰、或僅為礦粉； 步驟2，向步驟I所得混合物中加入水和除縮減劑外的外加劑，攪拌混合得到噴射混合物，所述的除縮減劑外的外加劑為聞效減水劑和減縮劑、或僅為聞效減水劑； 步驟3，在噴射設(shè)備噴嘴處混入無堿速凝劑，采用噴射設(shè)備對步驟2所得噴射混合物進行噴射施工； 步驟4，噴射施工完成后進行噴霧養(yǎng)護。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用地下水封油庫的摻礦粉高性能噴射混凝土及制備方法。本發(fā)明噴射混凝土包括水泥、礦粉、粉煤灰、砂、石、水、高效減水劑、無堿速凝劑和減縮劑，各組成用量為水泥267~370kg/m3，礦粉44~159kg/m3，粉煤灰0~140kg/m3，石627~722kg/m3，砂855~962kg/m3，水185~200kg，高效減水劑4.44~5.29kg/m3，無堿速凝劑26.7~31.7kg/m3，減縮劑0~15.86kg/m3。本發(fā)明噴射混凝土成本較低，具有較低的收縮值、較高的抗?jié)B性能以及與巖石良好的粘結(jié)性能，可以保證噴射混凝土作為永久結(jié)構(gòu)層的耐久性。
文檔編號C04B28/04GK102976692SQ201210513428
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者趙曉, 何真, 高志華, 榮耀久, 蔡新華 申請人:武漢大學(xué)