一种用于压力钢管与地下围岩间隙填充的混凝土的制作方法

1.本发明涉及水利水电工程技术领域，尤其涉及水利水电工程中压力钢管与地下围岩间隙填充的混凝土。


背景技术：

2.水利水电工程中，压力钢管的功用是承担部分内水压力和防止渗透；压力钢管与围岩之间的回填混凝土功用是将部分内水压力传给围岩。因此，接触灌浆混凝土与钢管和围岩必须紧密结合，形成一个钢管
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混凝土
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围岩联合承载的组合体，共同承担内水压力。工程中，由于混凝土收缩或混凝土浇筑工艺等因素导致压力钢管底拱与混凝土之间出现脱空等现象，空洞尺寸大，可达几厘米至几十厘米，继而引起局部应力过大，影响钢管运行的安全性。
3.公开号为cn108457667a的发明专利记载了，围岩和隧道管之间空腔填充自密实混凝土，在一些实施例中，自密实混凝土优为普通型自密实混凝土、水下自护型自密实混凝土和快硬型自密实混凝土中的一种。相对于普通型自密实混凝土，快硬型自密实混凝土在常温条件下，1h的抗压强度可到达20mpa及以上，水下自护型自密实混凝土赋予自密实混凝土水下不分散的特性，可以保证空腔内的密实填充以及固化后的自密实混凝土具有良好的力学性能。三种自密实混凝土的特性不同，因此可以针对不同的环境需要选择不同的自密实混凝土。
4.然而目前工程中用于填充压力钢管与围岩间隙的混凝土由于原材料、配合比设计等原因，通常易于产生浇筑空洞。
5.公开号为cn 110698127a的发明专利公开了一种自密实橡胶混凝土渠道衬砌及其制备方法；所述自密实橡胶混凝土由以下组分为原料制备而成：按质量比计，(320
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330):(170
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180):(755
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765):(600
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870):(25
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155):(180
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186):(6.0
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7.5)的水泥、粉煤灰、粗骨料、砂、橡胶骨料、水和添加剂；所述橡胶骨料由废弃轮胎加工而成，所述橡胶骨料的粒径为0.075
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4.75mm；所述添加剂为100质量份的水、100质量份的减水剂、0.16质量份的消泡剂和0.3质量份的引气剂，所述砂的级配连续，细度模数为2.4
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2.8，砂率不大于46％，所述粗骨料的粒径为5
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20mm，所述减水剂为聚羧酸型减水剂；所述粉煤灰选自ⅰ级粉煤灰，所述水泥为42.5普通硅酸盐水泥。该方法制备的橡胶混凝土固化时间长，在实际工程中，尤其是南方施工过程中，施工时间长可能对于整个工程的经济效益以及梅雨天气造成的工程不稳定性。
6.因此，有必要研发一种新型接触灌浆混凝土材料，在提高压力钢管的稳定性、耐久性基础上，更快更高效的灌浆浇筑空洞。


技术实现要素：

7.为解决现有用于填充压力钢管与围岩间隙的混凝土易于产生浇筑空洞的问题，本发明提出了一种用于压力钢管与地下围岩间隙填充的早强、轻便、流平性能好的混凝土，本
发明通过合理配比添加橡胶颗粒材料、混凝土固化剂、流平剂，从而增强混凝土的韧性、抗冲击性和流动性，解决了浇筑产生空洞的问题。
8.本发明的技术方案为：一种用于压力钢管与地下围岩间隙填充的混凝土，由如下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥30～40份，粒化高炉矿渣粉4～8份，粉煤灰3～8份，硅灰1～3份，橡胶颗粒6～10份，改性剂0.5～2份，混凝土固化剂2～4份，流平剂0.5～1份，细骨料10份～14份，粗骨料20份～30份，拌合水15～20份。
9.进一步地，所述硅酸盐水泥的强度等级不低于30。优选地，所述硅酸盐水泥为水泥强度等级为42.5的ⅱ型硅酸盐水泥。
10.进一步地，所述粒化高炉矿渣粉采用等级不低于s95粒化高炉矿渣粉。粒化高炉矿渣粉比表面积不小于600m
²
/kg。超细矿粉主要起微集料的作用，可以节约水泥用量，增加水泥与骨料的粘结力，增加新鲜混凝土的流动性，提高混凝土的密实性。
11.进一步地，所述粉煤灰采用ⅰ级粉煤灰。
12.进一步地，所述硅灰的比表面积大于18000m
²
/kg，硅灰28天的活性指数大于95％。所述硅灰可作为混凝土矿物掺合料。硅灰属于超细矿物掺合料，具有较高活性和填充性能，提高混凝土强度和耐久性。
13.进一步地，所述橡胶颗粒粒径为3～6mm，表观面积1119 kg/m
³
。在本发明中，采用橡胶颗粒替代混凝土中部分细骨料，可改善混凝土脆性，提高混凝土抗弯性能和抗冲击性能。
14.进一步地，所述改性剂为硅烷偶联剂kh
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550，改性剂的掺量为0.5～2kg/m
³
，改性剂可提高橡胶颗粒与混凝土基体之间粘结强度，可充分发挥橡胶颗粒的性能，增加混凝土韧性，提高混凝土抗冲击性能。
15.进一步，所述混凝土固化剂由氟硅酸18～20份，二氧化钛25～30份，环氧树脂13～15份、三聚酸10～12份、聚酰胺16～20份、氧化铝3～5份、硫酸钠6～8份混合而成。
16.进一步，所述流平剂为市销常规原料。
17.进一步地，所述细骨料的细度模数为2.3～2.8，含泥量不大于1.5％，泥块含量不大于0.5％，细骨料中0.15mm以下细颗粒含量不低于5％；所述粗骨料最大粒径不大于25mm，为5～25mm连续级配，粗骨料中针片状含量不大于10％，含泥量不大于0.7％，泥块含量不大于0.2％。
18.本发明的有益效果为：本发明的混凝土材料相较于不掺加固化剂的混凝土注浆材料，其固化效率显著提升，韧性、抗压强度、抗冲击性能明显改善，且该混凝土材料可以很好地充填压力钢管与围岩的空隙，有效缓冲压力钢管与围岩的作用力，对压力钢管起到一定的保护作用，极大减少了充填混凝土与围岩之间的脱空现象，一方面使钢管均匀受力，另一方面使钢管
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混凝土
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围岩整体受力，增加钢管运行的安全性。
19.与传统不掺加流平剂的橡胶颗粒混凝土材料进行比较，掺加流平剂的橡胶混凝土表面的流平效果更好，无明显凹陷或凸起，改善混凝土表面平滑质量，使得压力钢管接触面平滑稳定密实，不会出现表面气泡或蜂窝麻面。
具体实施方式
20.下面通过具体实施方式对本发明进行更加详细的说明，以便于对本发明技术方案的理解，但并不用于对本发明保护范围的限制。
21.实施例1本实施例提供的一种用于压力钢管与地下围岩间隙填充的混凝土，由如下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥30份，粒化高炉矿渣粉4份，粉煤灰3份，硅灰1份，橡胶颗粒6份，改性剂0.5份，混凝土固化剂2份，流平剂0.5份，细骨料14份，粗骨料20份，拌合水15份。
22.所述硅酸盐水泥为水泥强度等级为42.5的ⅱ型硅酸盐水泥。
23.所述粒化高炉矿渣粉采用等级不低于s95粒化高炉矿渣粉。粒化高炉矿渣粉比表面积不小于600m
²
/kg。
24.所述粉煤灰采用ⅰ级粉煤灰。
25.所述硅灰的比表面积大于18000m
²
/kg，硅灰28天的活性指数大于95％。
26.所述橡胶颗粒粒径为3～6mm，表观面积1119 kg/m
³
。具体的，橡胶颗粒采用工厂生产的橡胶颗粒原料制成。
27.所述改性剂为硅烷偶联剂kh
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550。
28.所述混凝土固化剂由氟硅酸18～20份，二氧化钛25～30份，环氧树脂13～15份、三聚酸10～12份、聚酰胺16～20份、氧化铝3～5份、硫酸钠6～8份混合而成所述流平剂中为市销常规原料。
29.所述粗骨料具体采用石灰岩碎石，二级配，即 5～10mm、10～20mm 两种石子，两者之比为 4︰6，表观密度 2732 kg/ m3，级配合格。
30.所述细骨料具体采用河沙，细度模数 2.70，最大粒径 5mm，连续级配，表观密度 2703 kg/ m3，性能良好。
31.本实施例的混凝土采用以下方法制备而成：步骤1、将细骨料、改性剂润湿后的橡胶颗粒依次倒入搅拌机，搅拌20～30s，混合搅拌速率为45转/min；步骤2、将50%的水、粗骨料依次倒入混凝土搅拌机，搅拌15～20s，混合搅拌速率为30转/min；步骤3、将硅灰、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉倒入搅拌机，搅拌15～20s,混合搅拌速率为30转/min；步骤4、加入水泥，搅拌30s，混合搅拌速率为30转/min；步骤5、把固化剂与流平剂溶解于剩余的50%自来水中，倒入搅拌机，随后搅拌60s，混合搅拌速率为30转/min，关闭搅拌机电源；步骤6、将搅拌好的新拌混凝土卸在钢板上，再用铁锹进行人工搅拌30～60s,即获得橡胶颗粒混凝土。
32.将上述制备的混凝土用于压力钢管与地下围岩间隙填充，填充后，该混凝土材料可以很好地充填压力钢管与围岩的空隙，有效缓冲压力钢管与围岩的作用力，极大减少了充填混凝土与围岩之间的脱空现象。
33.实施例2本实施例与实施例1基本相同，相同之处不在赘述，不同之处在于：用于压力钢管
与地下围岩间隙填充的混凝土，由如下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥35份，粒化高炉矿渣粉6份，粉煤灰6份，硅灰2份，橡胶颗粒8份，改性剂1份，混凝土固化剂3份，流平剂0.75份，细骨料12份，粗骨料25份，拌合水17.5份。
34.实施例3本实施例与实施例1基本相同，相同之处不在赘述，不同之处在于：用于压力钢管与地下围岩间隙填充的混凝土，由如下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥40份，粒化高炉矿渣粉8份，粉煤灰8份，硅灰3份，橡胶颗粒10份，改性剂2份，混凝土固化剂4份，流平剂1份，细骨料10份，粗骨料30份，拌合水20份。
35.对比例1本实施例与实施例1基本相同，相同之处不在赘述，不同之处在于：混凝土由如下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥30份，粒化高炉矿渣粉4份，粉煤灰3份，硅灰1份，橡胶颗粒6份，改性剂0.5份，流平剂0.5份，细骨料14份，粗骨料20份，拌合水15份。
36.对比例2本实施例与实施例1基本相同，相同之处不在赘述，不同之处在于：混凝土由如下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥30份，粒化高炉矿渣粉4份，粉煤灰3份，硅灰1份，改性剂0.5份，混凝土固化剂2份，细骨料14份，粗骨料20份，拌合水15份。
37.以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。