一种砂浆锚杆挂网喷射混凝土支护工艺的制作方法

1.本技术涉及隧道初期支护工艺的领域，更具体地说，它涉及一种砂浆锚杆挂网喷射混凝土支护工艺。


背景技术：

2.隧道开挖后，为控制围岩应力适量释放和变形，增加结构安全度，同时为了方便施工，需要施作作为部分永久承载结构的结构层，称为初期支护。
3.隧道工程中初期支护一般采用锚喷网结构形式，需要先使用喷射混凝土对岩面进行喷涂，再进行锚杆和钢筋网施工，最后复喷至设计厚度。
4.目前，喷射混凝土主要由普通混凝土中加入速凝剂制备而成，为了降低喷射混凝土回弹量会增加水泥用量，从而导致混凝土的水化放热量增加，从而使得喷射混凝土层容易开裂，进而导致支护效果不佳。


技术实现要素：

5.为了减少水泥使用量，减少喷射混凝土层因水化放热导致的开裂，减少对支护效果的影响，本技术提供一种砂浆锚杆挂网喷射混凝土支护工艺。
6.本技术提供一种砂浆锚杆挂网喷射混凝土支护工艺，采用如下的技术方案：一种砂浆锚杆挂网喷射混凝土支护工艺，包括以下步骤：s1、隧道开挖后使用喷射混凝土对岩面进行初喷；s2、沿岩面周向间隔安设多根锚杆；s3、在初喷混凝土层上挂设钢筋网并支护拱架，然后使用喷射混凝土进行复喷；s4、复喷结束2h后进行喷雾养护；所述喷射混凝土由以下重量份的原料组成：碎石700～800份，砂800～1000份，水泥180～220份，速凝剂12～18份，水160～180份，连接组分70～90份，所述连接组分包括复合改性纤维、增强粉体和粘接剂，所述复合改性纤维、增强粉体和粘接剂三者重量之比为(10～12):(2～4):4。
7.通过采用上述技术方案，由于采用复合改性纤维、增强粉体和粘接剂三者组成连接组分，从而有效提高喷射混凝土喷涂过程中的连接强度，有效降低喷射混凝土的回弹量，进而减少水泥的使用量，减少喷射混凝土层因水化放热导致的开裂，有效减少因开裂对支护效果的不良影响。
8.优选的，所述复合改性纤维由羊毛纤维和椰壳纤维复合改性而来。
9.通过采用上述技术方案，将羊毛纤维与椰壳纤维复合改性，从而有效提高羊毛纤维的抗拉强度，当喷射混凝土施工时，复合改性纤维起到挂载的作用，从而有效降低喷射混凝土回弹量。
10.优选的，所述复合改性纤维的制备方法包括以下步骤：s1、将羊毛纤维和椰壳纤维分别进行预处理；s2、将预处理后的羊毛纤维进行二氧化钛负载改性；s3、将二氧化钛负载
改性后的羊毛纤维与预处理后的椰壳纤维进行二氧化钛负载改性处理制得复合改性纤维。
11.通过采用上述技术方案，以二氧化钛作为中间连接物质将羊毛纤维和椰壳纤维连接，从而使得羊毛纤维和椰壳纤维得以结合，有效增强复合改性纤维的抗拉强度，从而有效降低喷射混凝土回弹量，使得喷射混凝土不易回弹掉落。
12.优选的，所述增强粉体为纳米二硼化钛粉体，粒径d
90
＝100nm。
13.通过采用上述技术方案，纳米二硼化钛作为羊毛纤维和椰壳纤维之间的填充物，从而使得复合改性纤维的强度得以增强，从而使得复合改性纤维在喷射混凝土中起到的连接作用更佳。
14.优选的，所述连接组分的制备方法包括以下步骤：将复合改性纤维、增强粉体与粘接剂搅拌混合均匀制得连接组分。
15.通过采用上述技术方案，仅通过简单混合即可制得连接组分，粘接剂将增强粉体连接于羊毛纤维和椰壳纤维间隙以及表面，从而提高复合改性纤维的性能，进一步提升复合改性纤维在喷射混凝土中起到的连接强度。
16.优选的，所述粘接剂为环氧树脂。
17.通过采用上述技术方案，环氧树脂不仅作为复合改性纤维与增强粉体之间的粘接剂，同样提高喷射混凝土的粘附强度，从而进一步降低喷射混凝土的回弹量。
18.优选的，所述喷射混凝土还包括0.1份固化剂和0.1份促进剂。
19.通过采用上述技术方案，通过固化剂和促进剂促进环氧树脂固化，从而进一步提高环氧树脂对复合改性纤维和增强粉体的粘接固化作用，进而提高连接组分的连接效果。
20.优选的，所述钢纤维直径为0.3mm，长度为20mm。
21.通过采用上述技术方案，通过加入钢纤维提高喷射混凝土的强度及耐冲击性能，同时复合改性纤维部分粘附于钢纤维上，此时钢纤维对复合改性纤维起到定位固定作用，从而使得新喷涂的喷射混凝土与已喷涂的喷射混凝土的连接强度增强。
22.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、由于本技术采用连接组分对喷射混凝土进行增强，羊毛纤维与椰壳纤维经二氧化钛复合改性后，又通过二硼化钛粉体以及环氧树脂进行增强，从而有效增加已喷涂的喷射混凝土之间的连接强度，减少喷射混凝土回弹量，进而在减少水泥使用量的情况下，使喷射混凝土回弹量保持合适的范围，从而使得喷射混凝土层因水热反应产生的裂缝有效减少，减少对支护效果的不良影响。
23.2、本技术中优选采用固化剂和促进剂促进环氧树脂的固化，从而使得复合改性纤维以及二硼化钛粉体之间的连接强度得以提升，进而进一步提升复合改性纤维强度，降低喷射混凝土回弹量。
24.3、本技术钢纤维对复合改性纤维起到定位的作用，然后以复合改性纤维作为桥梁增强已喷射混凝土与将喷射混凝之间的连接强度，降低喷射混凝土的回弹量；4、以椰壳纤维作为主体，经二氧化钛负载改性后的羊毛纤维连接于其上，羊毛纤维本身表面的鳞片状结构与所负载的二氧化钛均使得复合改性纤维对其他原料的连接强度增加，进而使得喷射混凝土的回弹量降低。
具体实施方式
25.本技术中：羊毛纤维直径为30μm，长度为60mm。椰壳纤维直径为100μm，长度为100mm。二硼化钛粉体粒径为150nm。碎石粒径为5-25mm，以重量记5-10mm碎石：10-25mm碎石＝7:3。砂粒径为0-5mm，以重量记0-0.075mm砂：0.075mm砂＝1:4。钢纤维直径为0.3mm，长度为20mm。环氧树脂为e-44环氧树脂，固化剂为ep固化剂，促进剂为k54环氧促进剂，三者均市售可得。
26.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
27.制备例制备例1复合改性纤维的制备方法包括以下步骤：s1、预处理：将羊毛纤维浸渍在50℃、0.5g/l的na2co3溶液中15min,然后用去离子水洗涤三次，再用50℃的无水乙醇和丙酮液各浸渍10min，最后在50℃烘箱中烘干备用，依同样步骤对椰壳纤维进行处理；s2、羊毛纤维二氧化钛负载改性：将钛酸四丁酯滴加到无水乙醇中并搅拌，随后加入去离子水，钛酸四丁酯、无水乙醇和去离子水三者体积之比为1:20:120，将s1中预处理好的羊毛纤维浸渍10min，连同溶液一起置于反应釜中，在110℃下恒温加热2h后取出冷却至室温，将经二氧化钛负载改性的羊毛纤维用去离子水反复洗涤直至溶液澄清，50℃烘干；s3、复合改性纤维制备：将钛酸四丁酯滴加到无水乙醇中并搅拌，随后加入去离子水，钛酸四丁酯、无水乙醇和去离子水三者体积之比为1:20:120，将s2中改性后的羊毛纤维以及s1中预处理好的椰壳纤维浸渍10min，连同溶液一起置于反应釜中，在110℃下恒温加热2h后取出冷却至室温，将复合改性纤维用去离子水反复洗涤直至溶液澄清，50℃烘干，制得复合改性纤维。
28.制备例2复合改性纤维的制备方法包括以下步骤：s1、预处理：将羊毛纤维浸渍在50℃、0.5g/l的na2co3溶液中15min,然后用去离子水洗涤三次，再用50℃的无水乙醇和丙酮液各浸渍10min，最后在50℃烘箱中烘干备用，依同样步骤对椰壳纤维进行处理；s2、羊毛纤维二氧化钛负载改性：将钛酸四丁酯滴加到无水乙醇中并搅拌，随后加入去离子水，钛酸四丁酯、无水乙醇和去离子水三者体积之比为1:20:120，将s1中预处理好的羊毛纤维浸渍10min，连同溶液一起置于反应釜中，在110℃下恒温加热2h后取出冷却至室温，将经二氧化钛负载改性的羊毛纤维用去离子水反复洗涤直至溶液澄清，50℃烘干，制得复合改性纤维。
29.制备例3复合改性纤维的制备方法包括以下步骤：s1、预处理：将椰壳纤维浸渍在50℃、0.5g/l的na2co3溶液中15min,然后用去离子水洗涤三次，
再用50℃的无水乙醇和丙酮液各浸渍10min，最后在50℃烘箱中烘干备用，依同样步骤对椰壳纤维进行处理；s2、椰壳纤维二氧化钛负载改性：将钛酸四丁酯滴加到无水乙醇中并搅拌，随后加入去离子水，钛酸四丁酯、无水乙醇和去离子水三者体积之比为1:20:120，将s1中预处理好的椰壳纤维浸渍10min，连同溶液一起置于反应釜中，在110℃下恒温加热2h后取出冷却至室温，将复合改性纤维用去离子水反复洗涤直至溶液澄清，50℃烘干，制得复合改性纤维。实施例
30.实施例1一种砂浆锚杆挂网喷射混凝土支护工艺，包括以下步骤：s1、隧道开挖后使用喷射混凝土对岩面进行初喷；s2、沿岩面周向间隔安设多根锚杆；s3、在初喷混凝土层上挂设钢筋网并支护拱架，然后使用喷射混凝土进行复喷；s4、复喷结束2h后进行喷雾养护。
31.实施例2本实施例公开一种喷射混凝土的制备方法，其包括以下步骤：s1、取40kg制备例1所制得的复合改性纤维、10kg二硼化钛粉体和20kg环氧树脂搅拌混合制得连接组分；s2、将s1制得的连接组分、700kg碎石、800kg砂、280kg水泥、12kg速凝剂和140kg水搅拌混合均匀制得喷射混凝土。
32.实施例3与实施例2不同之处在于：s1中复合改性纤维加入量为45kg。
33.实施例4与实施例2不同之处在于：s1中复合改性纤维加入量为50kg。
34.实施例5s1、取40kg制备例1所制得的复合改性纤维、10kg二硼化钛粉体和20kg环氧树脂搅拌混合制得连接组分；s2、将s1制得的连接组分、750kg碎石、900kg砂、300kg水泥、15kg速凝剂和150kg水搅拌混合均匀制得喷射混凝土。
35.实施例6与实施例5不同之处在于：s1中复合改性纤维加入量为45kg。
36.实施例7与实施例5不同之处在于：s1中复合改性纤维加入量为50kg。
37.实施例8与实施例5不同之处在于：s1中二硼化钛粉体加入量为15kg。
38.实施例9与实施例8不同之处在于：s1中复合改性纤维加入量为45kg。
39.实施例10与实施例8不同之处在于：s1中复合改性纤维加入量为50kg。
40.实施例11与实施例5不同之处在于：s1中二硼化钛粉体加入量为20kg。
41.实施例12与实施例11不同之处在于：s1中复合改性纤维加入量为45kg。
42.实施例13与实施例11不同之处在于：s1中复合改性纤维加入量为50kg。
43.实施例14与实施例9不同之处在于：s2中还加入30kg钢纤维。
44.实施例15与实施例14不同之处在于：s2中钢纤维加入量为45kg。
45.实施例16与实施例14不同之处在于：s2中钢纤维加入量为60kg。
46.实施例17与实施例9不同之处在于：s2中还加入0.1kg固化剂和0.1kg促进剂。
47.实施例18与实施例15不同之处在于：s2中还加入0.1kg固化剂和0.1kg促进剂。
48.实施例19与实施例9不同之处在于：s1中复合改性纤维为制备例2制得的。
49.实施例20与实施例9不同之处在于：s1中复合改性纤维为制备例3制得的。
50.实施例21s1、取40kg制备例1所制得的复合改性纤维、10kg二硼化钛粉体和20kg环氧树脂搅拌混合制得连接组分；s2、将s1制得的连接组分、800kg碎石、1000kg砂、320kg水泥、18kg速凝剂和160kg水搅拌混合均匀制得喷射混凝土。
51.实施例22与实施例21不同之处在于：s1中复合改性纤维加入量为45kg。
52.实施例23与实施例21不同之处在于：s1中复合改性纤维加入量为50kg。
53.对比例对比例1与实施例9不同之处在于：s1中未添加环氧树脂。
54.对比例2与实施例9不同之处在于：s1中未添加二硼化钛粉体。
55.对比例3与实施例9不同之处在于：s1中未添加复合改性纤维。
56.对比例4与实施例9不同之处在于：s1中未添加二硼化钛粉体和环氧树脂。
57.对比例5
与实施例9不同之处在于：s1中未添加复合改性纤维和环氧树脂。
58.对比例6与实施例9不同之处在于：s1中未添加复合改性纤维和二硼化钛粉体。
59.对比例7与实施例9不同之处在于：未添加连接组分。
60.表1实施例和对比例部分原料表(kg)
性能检测试验根据gb/t50081-2002 6抗压强度试验测试混凝土28d抗压强度。
61.找一块侧墙，在地下铺上帆布，然后喷射混凝土，将落到地面的混凝土收集并称重，通过计算落到地面混凝土重量占总喷射混凝土重量的比例测得喷射混凝土回弹率。
62.表2实施例和对比例性能检测表
结合实施例9和对比例1-7并结合表2可以看出，采用连接组分对喷射混凝土进行增强，羊毛纤维与椰壳纤维经二氧化钛复合改性后，又通过二硼化钛粉体以及环氧树脂进行增强，从而有效增加已喷涂的喷射混凝土之间的连接强度，减少喷射混凝土回弹量，进而在减少水泥使用量的情况下，使喷射混凝土回弹量保持合适的范围，从而使得喷射混凝土层因水热反应产生的裂缝有效减少，从而减少对混凝土强度的影响。
63.结合实施例9和实施例17并结合表2可以看出，优选采用固化剂和促进剂促进环氧树脂的固化，从而使得复合改性纤维以及二硼化钛粉体之间的连接强度得以提升，进而进一步提升复合改性纤维强度，降低喷射混凝土回弹量。
64.结合实施例9、实施例15和实施例18并结合表2可以看出，钢纤维对复合改性纤维
起到定位的作用，然后以复合改性纤维作为桥梁增强已喷射混凝土与将喷射混凝之间的连接强度，降低喷射混凝土的回弹量。
65.结合实施例9、实施例19和实施例20并结合表2可以看出，经二氧化钛负载改性后的羊毛纤维连接于其上，羊毛纤维本身表面的鳞片状结构与所负载的二氧化钛均使得复合改性纤维对其他原料的连接强度增加，进而使得喷射混凝土的回弹量降低。
66.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。