[发明专利]脆性混凝土材料、其制备方法及其应用

说明书

本公开提供一种多孔脆性混凝土材料、其制备方法及其应用。其中，所述混凝土材料包括以重量份数计的以下组分：硫铝酸盐水泥100～120份、成孔剂50～150份、减水剂0.1～0.3份、增稠剂0.1～0.3份；其中所述成孔剂的直径不小于2mm。本公开提供的混凝土材料成型后具有孔径较大的孔洞，可压缩性高，并且脆性显著。

技术领域

本公开涉及隧道工程及混凝土材料技术领域，具体涉及一种混凝土材料、其制备方法及其应用，可用于任何可能因为边界条件变化而发生较大变形的隧道工程抗断结构中。

背景技术

随着建筑行业的不断发展与需求的不断增加，多孔混凝土，例如泡沫混凝土、沥青混凝土等具有质轻、低弹、吸能等特点，在工程中被广泛应用于多个领域，例如路基、隧道等的沉降控制、抗震结构中。

随着隧道建设的日益增多，隧道穿越活动断层的结构稳定与安全也逐渐成为关注的焦点。中国专利申请CN 113153356 A中描述了一种隧道抗错断结构，将多孔脆性填充材料充填于断层破碎带范围内的超挖段，当断层发生错动时，填充材料脆性破坏后发生较大压缩，从而对衬砌结构起缓冲作用。类似的设计还有在断层破碎带范围内增设泡沫混凝土缓冲层作为抗错断填充材料。

然而泡沫混凝土多是使用能产生气泡的各种发泡剂或发气剂与浆料拌和以在混凝土中形成孔隙。受限于制备方法，混凝土中由气泡产生的孔洞尺寸较小，多在亚毫米级别。这些具有微小孔隙的多孔混凝土材料在隔热保温、轻质、透水、吸能等方面存在优势，并有较多应用。但这些材料仍然较为致密，压缩性能一般，但当断层错动量较大时，其体积压缩量无法完全消纳断层的位错，因而抗错断作用有限。

因此需要设计一种能够应用于隧道抗错断结构的脆性混凝土填充材料，当材料受到外力被破坏时具有较大的体积压缩率，从而具有良好的抗错断作用。

发明内容

有鉴于此，本公开提供一种大孔径多孔脆性混凝土材料及其制备方法，所述脆性混凝土材料具有较大的孔隙率，在材料受到外力时能够产生较大的体积压缩，以提供良好的抗错断作用。

一方面，本公开实施方式提供一种混凝土材料，包括以重量份数计的以下组分：硫铝酸盐水泥100～120份、成孔剂50～150份、减水剂0.1～0.3份、增稠剂0.1～0.3份；其中所述成孔剂的直径不小于2mm。

在一个实施方式中，所述成孔剂为吸水后的饱和吸水珠。

在一个实施方式中，所述成孔剂占所述混凝土材料总体积的体积分数不超过74％。

在一个实施方式中，所述饱和吸水珠与硫铝酸盐水泥的质量比不超过1:1.2且不小于1:2.4。

在一个实施方式中，所述增稠剂选自纤维素醚、黄原胶、温轮胶，优选地为羟丙基甲基纤维素。

另一方面，本公开实施方式还提供一种制备上述混凝土材料的方法，包括以下步骤：

将以下各组分混合得到混合物：

100～120份硫铝酸盐水泥；

0.1～0.3份减水剂；和

0.1～0.3份增稠剂；

在所述混合物中加入50～150份水拌和形成水泥浆；和

将50～150份成孔剂加入所述水泥浆中混合均匀后进行浇注。

另一方面，本公开实施方式还提供上述混凝土材料在隧道抗错断结构中的应用。本公开提供的大粒径多孔脆性混凝土材料在成型之后具有孔径较大的孔洞，并且脆性显著，在材料破坏之后可发生较大的体积压缩。此外，本公开提供的大粒径多孔脆性混凝土材料的孔径大小、孔隙率、强度均可控，并且强度可以满足隧道抗错断结构对填充材料的性能要求，保证穿越活动断层隧道的抗错断效果。