一种固废基喷射混凝土及其制备方法与流程

本发明属于建筑材料，更具体地说，本发明涉及一种复合激发剂、固废基喷射混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、喷射混凝土作为一种借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力将按一定配比拌制的混凝土混合物高速喷射到受喷面，并迅速凝结硬化的新型支护与加固技术，因其施工灵活、凝结速度快、支护及时、强度高、与基层粘结牢固等显著优点，被广泛应用于隧道工程、矿山井巷、边坡稳定、建筑结构加固及灾害修复等领域。

2、传统喷射混凝土的弊端日益凸显，制约了其进一步发展，主要体现在以下方面：首先，成本高昂。为实现高早强和低回弹，传统配方依赖高标号水泥及硅灰等昂贵掺合料，还需添加高价速凝剂，导致综合成本居高不下。其次，环境影响突出。高水泥用量带来巨大碳足迹；碱性速凝剂不仅危害施工安全，还可能造成后期强度衰退和周边污染；同时原材料开采亦破坏生态。再次，施工性能与耐久性之间存在矛盾。为减少回弹而增加胶凝材料用量的做法，易引发收缩开裂，损害结构的长期耐久性与防水性。最后，工业固废资源化利用需求迫切。大量堆存的矿渣、粉煤灰等固废亟需规模化、高值化利用，这也是建材行业绿色转型的关键所在。

3、专利cn120025116a一种磷尾矿基喷射混凝土制备方法及其使用方法，实现了磷尾矿的再生利用与资源化，有效解决了磷尾矿堆积产生的土地占用与环境污染等问题，有助于推动磷尾矿的综合利用，减少环境污染，实现资源的可持续利用。该发明28d强度小于20mpa，采用磷尾矿制备喷射混凝土可能对喷射混凝土的强度发展具有一定的局限性。专利cn120717718a一种隧道工程湿喷混凝土用超细复合矿物掺合料，以硅灰、超细矿渣粉等工业固废为原料、具有良好分散性的湿喷混凝土用超细复合矿物掺合料，使胶凝材料颗粒趋向紧密堆积，增大粉体颗粒间的接触点位，有效增大新拌混凝土的塑性粘度和屈服应力，增强新拌混凝土黏聚性和保水性，降低湿喷混凝土回弹率。但加密硅灰及超细矿渣粉易造成混凝土拌合物粘度较大、保坍性能差等问题，同时增加喷射混凝土成本。

4、基于以上行业痛点，开发一种兼具低成本、高性能、环境友好型的喷射混凝土及其制备方法显得尤为迫切和重要。本发明旨在充分利用地方性原材料和工业固体废弃物，通过科学的配合比设计和创新的制备工艺，在显著降低材料成本和环境负荷的同时，保证喷射混凝土优异的施工性能、力学性能和长期耐久性，完美契合当前国家倡导的绿色、低碳、可持续发展战略，具有巨大的市场应用前景和社会环境效益。

技术实现思路

1、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

2、一种固废基喷射混凝土，其原料包括复合激发剂、辅助胶凝材料和骨料；所述复合激发剂，包括以下组分，各组分的重量百分比为：半水石膏：40~50%，芒硝：20~40%，钾明矾：10~30%。

3、所述激发剂配置完成还需研磨至比表面积≥400 m2/kg。

4、一种固废基喷射混凝土，其原料包括上述复合激发剂、辅助胶凝材料和骨料；

5、所述辅助胶凝材料为固废材料；所述辅助胶凝材料中铝质质量含量不低于20%，钙质质量含量10~50%；

6、所述骨料为粗骨料和细骨料；所述骨料的粗骨料和/或细骨料的原料中骨料用固废用量不低于40%，其余原料为常规骨料原料；进一步的，所述骨料的粗骨料和/或细骨料的原料全部为骨料用固废。

7、所述骨料用固废为隧道洞渣、弃碴和宕渣的一种或多种。

8、优选地，所述固废基喷射混凝土以每立方计，包含如下组分：300~400kg水泥、50~150kg辅助胶凝材料，10~15kg激发剂、780~860kg细骨料、750~810kg粗骨料、24~38kg液体无碱速凝剂、4~6kg聚羧酸高效减水剂、150~210kg水；

9、所述粗骨料、细骨料的原料中固废用量不低于40%，其余原料为常规骨料原料。

10、所述固废为隧道洞渣、弃碴和宕渣的一种或多种。

11、所述常规骨料指来源于天然矿产资源或原生矿石，经过机械加工（如破碎、筛分、水洗）后得到的粒状材料，例如粗骨料为粒径为5~10mm碎石，细骨料为河沙。

12、优选地，所述细骨料原料包括为隧道洞渣、弃碴和/或宕渣制机制砂的一种或多种混合物，进一步地，还包括常规骨料原料，所述细骨料细度模数2.5~3.0，石粉含量≤10%，mb值≤1.4。

13、优选地，所述粗骨料原料包括为隧道洞渣、弃碴和/或宕渣制机制砂的一种或多种混合物，进一步地，还包括常规骨料原料，所述粗骨料为5~10mm的碎石，表观密度为2.5~2.8g/cm，岩石坚固系数4~8，针片状含量≤10%。

14、优选地，所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或中低热硅酸盐水泥中的任意一种。

15、优选地，所述辅助胶凝材料为高铝粉煤灰、煅烧煤矸石粉、二次铝灰和铝土矿粉的混合物；

16、所述煅烧煤矸石粉、高铝粉煤灰、二次铝灰和铝土矿粉的质量比为：20~40：20~40：10~20：10~20；

17、所述二次铝灰经水洗烘干至无氨气释放风险，含铝量≥50%；

18、所述煤矸石粉已在700~850℃下充分煅烧研磨至比表面积≥600 m2/kg，al2o3+sio2含量≥70%，铝硅比≥0.6；

19、所述高铝粉煤灰和铝土矿粉比表面积≥400 m2/kg，al2o3含量≥45%；

20、所述辅助胶凝材料占胶凝材料总质量比例≤30%。

21、所述胶凝材料包括水泥和辅助胶凝材料。

22、优选地，所述激发剂用量不高于辅助胶凝材料质量的10%。

23、优选地，所述液体无碱速凝剂采用无氟无碱液体速凝剂。

24、固废基喷射混凝土的制备方法，包括以下步骤：

25、步骤1：按照配合比将水泥、辅助胶凝材料、细骨料、粗骨料加入搅拌机，保持600r/min的转速搅拌，制得均匀混合物料；

26、步骤2：提前在水中加入激发剂，混合均匀，将混合后的水溶液加入步骤1制得的均匀混合物料中，同时加入聚羧酸高效减水剂，保持850r/min的转速搅拌，即得匀质混凝土拌合物；

27、步骤3：将步骤2的匀质混凝土拌合物通过喷射设备以20~25m3/h的喷射速率进行隧道施工，控制速凝剂用量为600~750l/h，喷射设备压力为5~10mpa，喷射20~30cm厚度至隧道施工面，即完成环保型固废喷射混凝土施工。

28、采用本发明方案，同现有技术相比，具有以下有益效果：

29、1.本技术中的辅助胶凝材料和骨料均为易获取的工业固体废弃物和地方材料，使用隧道洞渣骨料、弃碴和宕渣（机制砂+碎石），实现“自产自销”模式，大幅降低运输与原材料成本。通过辅助胶凝材料替代水泥用量，不仅可以大幅降低喷射混凝土原材料成本，还解决了多种难处理固废的资源化利用问题，环境效益显著；

30、2.辅助胶凝材料中的煅烧煤矸石粉可以提供极高的火山灰活性，是早期和后期强度的主要贡献者之一；高铝粉煤灰作为活性与微集料双功能材料，提供活性sio2和al2o3，同时其球形颗粒能改善混合物的工作性，削弱辅助材料的使用导致体系需水量增加的问题；二次铝灰提供大量活性铝源，加速早期水化反应；铝土矿粉降低成本，并提供额外的铝相。同时，通过多种固废的协同效应和复合激发技术，还能实现喷射混凝土优异的早期强度以及降低喷射混凝土的施工回弹率提升施工质量。