脆性混凝土材料、其制备方法及其应用技术

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。并且脆性显著。并且脆性显著。

【技术实现步骤摘要】
脆性混凝土材料、其制备方法及其应用


[0001]本公开涉及隧道工程及混凝土材料
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]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。
[0007]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。
[0008]在一个实施方式中，所述成孔剂为吸水后的饱和吸水珠。
[0009]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％。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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：
[0013]将以下各组分混合得到混合物：
[0014]100～120份硫铝酸盐水泥；
[0015]0.1～0.3份减水剂；和
[0016]0.1～0.3份增稠剂；
[0017]在所述混合物中加入50～150份水拌和形成水泥浆；和
[0018]将50～150份成孔剂加入所述水泥浆中混合均匀后进行浇注。
[0019]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。
[0020]本公开提供的大粒径多孔脆性混凝土材料的制备方法首先确定了各组分的配比和搅拌时间，保证材料的力学性能，并且通过减水剂与增稠剂调节稠度，改善材料的易和性。在形成水泥浆之后再加入成孔剂，例如吸水珠，可以避免吸水珠在混凝土材料搅拌前期失水过多，难以保证成孔大小的问题；后加入成孔剂可以保证混凝土材料中最终形成的孔径大小与加入的吸水珠的尺寸基本一致，进一步保证了材料孔径大小和孔隙率的可控性。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为由本公开的实施例制备的混凝土试样的剖面照片；
[0023]图2为由本公开的实施例制备的混凝土试样和传统泡沫混凝土试样的应变应力曲线对比图。
具体实施方式
[0024]为了便于理解本公开，现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式将使得本公开全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
[0025]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。
[0026]应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关
所列项目的任何及所有组合。
[0027]为了使多孔脆性混凝土材料受压破坏后产生较大的体积压缩，材料本身应具有较大的孔隙率。传统多孔混凝土的制备方法通常使用各种发泡剂、发气剂与混凝土拌和，通过发泡剂、发气剂在混凝土材料中产生起泡所形成孔隙粒径较小，通常仅能达到亚毫米级别，难以形成厘米级大孔洞，因此材料整体仍然比较致密，受压后体积压缩量较小。此外，不同抗错断结构对于多孔脆性混凝土填充材料的抗压强度有不同要求外，对其可压缩量也有不同的需求，而多孔混凝土的压缩量主要与孔隙率相关，因此为了在适应不同抗错断结构的要求，材料的孔隙率、孔径大小等性能需要具有便于调整的特点。
[0028]基于此，本专利技术人提出一种大粒径多孔脆性混凝土材料，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份和增稠剂0.1～0.3份，其中成孔剂的直径不小于2mm。
[0029]在本实施方式中，硫铝酸盐水泥的等级可以根据强度需要进行选择。硫铝酸盐水泥硬化时间短，即单位时间内强度增长快，可以适应本公开的隧道施工要求。在一个优选实施方式中，所述硫铝酸盐的初凝时间为5～10分钟，例如可以选择42.5级或者52.5级硫铝酸盐水泥，但不限于此。
[0030]在本实施方式中，成孔剂用于在混凝土材料中形成大粒径孔洞。成孔剂具有体积可变的特点，在混凝土材料混合的前期，成孔剂占据较大的空间，并且能够保持体积大体不变化，在混凝土材料成型过程中或成型之后，成孔剂的体积大幅减小甚至消失，成孔剂在混凝土材料中占据的空间形成孔洞。由此，孔洞的形状和尺寸基本与成孔剂的形状和尺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混凝土材料，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。2.根据权利要求1所述的材料，其中，所述成孔剂为吸水后的饱和吸水珠。3.根据权利要求1或2所述的材料，其中，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％。4.根据权利要求2所述的材料，其中，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。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：武哲书，孙文昊，肖明清，曹俊，崔臻，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：