[发明专利]一种隧道用高性能混凝土胶凝材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土胶凝材料，特别涉及一种隧道用高性能混凝土的混凝土胶凝材料。

背景技术

20世纪90年代以后，由于许多大型结构物尤其是高层建筑物和大跨度桥梁的兴建，混凝土设计等级提高，大剂量高效减水剂以及矿物掺合料的复合应用，使水灰比(水胶比)可以大幅度降低，配制生产出来的拌合物强度发展迅速，满足了工程施工对混凝土的需求。这一时期，水泥混凝土技术还发生了一系列重大的变化，包括水泥中的硅酸三钙(早强矿物)增多、粉磨细度加大，使活性大幅度提高；以散装运输车大包装方式运送和储存水泥的发展，使水泥进入混凝土搅拌机时的温度明显升高，尤其在炎热的夏季可达90-100℃；混凝土中水泥用量的增大，进一步加剧了水化温升。水化温升导致混凝土自身收缩增大，由于混凝土自生收缩增大，尤其是混凝土早期强度和弹性模量增长迅速，徐变能力很快降低，使混凝土早期变形受约束产生的弹性拉应力明显增大，且得不到松弛，因此在外界的荷载和环境条件下引起的干缩、温度收缩叠加作用下就容易出现开裂。尽管许多时候出现的裂缝尚在0.20mm以内，但是这种被认为是对结构承载力无害的裂缝，从耐久性的角度来说，正是外界侵蚀性的介质进入混凝土的通道，给混凝土结构的耐久性造成隐患。

在隧道施工和其它一些特殊混凝土施工环境中，需要进行喷射混凝土施工，当混凝土被喷至目标位置时，由于重力和弹力或者其它作用的力的共同作用，使得混凝土回弹，传统混凝土的回弹率在15%左右，甚至更大，造成了物料的浪费和施工人员工作环境的恶化。如何提高混凝土的耐久性和降低喷射混凝土回弹率一直是隧道用混凝土胶凝材料研究的热门方向。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有混凝土耐久性不足、水泥用量过大、喷射回弹率高的缺点，提供一种隧道用高性能混凝土胶凝材料。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种混凝土胶凝材料，包括水泥和硅溶胶；

所述硅溶胶为二氧化硅颗粒在水中的分散体系，硅溶胶失水后的二氧化硅与水泥的质量比为0.3～3：100。

优选的，所述硅溶胶失水后的二氧化硅与水泥的质量比为0.5～1：100。

硅溶胶可以有效降低喷射混凝土的回弹率，可以将混凝土喷射回弹率最低降至4.1%；并且，纳米级二氧化硅可以明显降低水泥浆体的结构缺陷，改善微观结构，提高水泥硬化浆体的密实度和强度。硅溶胶中相对于混凝土的活性成分是二氧化硅水合物，所以用硅溶胶失水后的二氧化硅来限定硅溶胶。

优选的，所述混凝土胶凝材料还包括纳米碳酸钙，所述纳米碳酸钙的粒径为1～60nm，所述纳米碳酸钙、硅溶胶失水后的二氧化硅和水泥的质量比为0.3～3：0.3～3：100。

纳米碳酸钙在水泥浆的水化过程中，参与水化反应，生成水化碳铝酸钙，阻碍或延缓钙矾石AFt向AFm的转化。纳米碳酸钙的加入使得水泥浆中钙矾石AFt的数量提高，并出现低碳型水化碳铝酸钙3CaO·Al₂O₃·CaCO₃·11H₂O，其结构密实，可利于混凝土抗渗性能提高。纳米碳酸钙还可以起到润滑作用，其掺加有利于大幅度提高相应拌和物的窄口通过能力。随着纳米碳酸钙掺入，C-S-H凝胶可在纳米碳酸钙表面形成并键合，钙矾石也可在碳酸钙表面生成，均可形成以纳米碳酸钙为核心的刺猬状结构。形成以纳米矿粉为网络结点，键合更多纳米级的C-S-H凝胶，并键合成三维网络结构，可提高混凝土的早期强度，并且可以大大地提高水泥硬化浆体的物理力学性能和耐久性。

优选的，所述纳米碳酸钙、硅溶胶失水后的二氧化硅和水泥的质量比为0.5～1：0.5～1：100。

优选的，所述的纳米碳酸钙为膏状纳米碳酸钙。

膏状纳米碳酸钙可以使得纳米碳酸钙加入施工更加容易。

优选的，所述的纳米碳酸钙粒径为15～40nm。

优选的，所述混凝土胶凝材料还包括微珠，所述微珠、纳米碳酸钙、硅溶胶失水后的二氧化硅、水泥的质量比为：4～25：0.3～3：0.3～3：75～95；所述微珠为表面光滑的玻璃体，主要包括以下质量百分比组分：二氧化硅50～55%，三氧化二铝25～26%，三氧化二铁5～7%，氧化钙5～6%，平均粒径1.0～1.2μm，密度2.52g/cm³，表观密度0.8-1.0g/cm³，球体抗压强度≥800MPa，含水量≤0.1%。