【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于建筑材料，具体涉及一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料。
技术介绍
1、随着我国铁路、公路等基础设施建设向中西部地区及高原艰险山区推进，高地应力作用下隧道灾害控制成为影响工程质量和建设进度的关键技术难题。高地应力作用下的硬岩段围岩储存了大量的弹性能，岩体开挖破坏时结构面的作用显著降低，表现出片帮、溃屈、板裂、岩爆等现象，引发隧道塌落、tbm卡机、钢拱架屈服断裂等工程事故，对于隧道安全服役也存在严重的威胁。高地应力硬岩可通过钻孔、预爆破等应力释放手段保证围岩稳定，也可采用具有吸能能力的支护方法进行加固。对于围岩大变形隧道，把围岩变形控制在容许范围之内，采用“让压支护”的方式，利用隧道混凝土的高韧性和主动变形释放地应力下围岩能量是解决高地应力下隧道围岩大变形的有效方式。钢纤维喷射混凝土、高性能聚丙烯纤维增强喷射混凝土以其高强度等级、高韧性吸能的优点成为被广泛应用的初支材料。然而，对于地壳活动频繁的极端复杂应力场，高地应力下隧道围岩变形更大，亟需高韧性水泥基材料替代传统的喷射混凝土作为隧道初支材料。
2、传统的高韧性水泥基材料采用水泥、掺和料、细骨料、纤维和外加剂等作原料，其极限拉伸应变不低于0.5％，拉应力作用下表现出多缝开裂特征，又称工程水泥基材料(ecc)或应变硬化水泥基材料(shcc)。传统ecc依靠洁净的超细石英砂(最大粒径小于0.3mm)作为骨料，以聚乙烯纤维(pe)或聚乙烯醇纤维(pva)作增韧组分，对原料的要求较高。在中西部地区及高原艰险山区，超细石英砂及粉煤灰外购运输困难
3、申请cn 115477518 a公开了一种可喷射超高韧性水泥基复合材料及其制备方法与应用，其采用水泥、粉煤灰、煅烧粘土、石灰石以及煅烧氧化镁作为胶凝材料，采用石英砂作为骨料，材料来源多样，在极端复杂应力场下应用困难。
4、申请cn 110981404 a公开了一种修补加固用超高延性水泥基材料，其提出了一种超高延性水泥基材料配比，其中使用了纳米颗粒、微胶囊、pva纤维或pe纤维，材料组分较为复杂，综合成本较高，且现场喷射施工适应性不足。
5、申请cn 114634338 a公开了一种沙漠风积沙高延性水泥基复合材料及其制备方法，其公布了一种采用风积沙制备高延性材料的方法，充分利用了沙漠中的风积沙资源，但其成型方法为振捣成型，不适应隧道喷射施工的需求。
6、申请cn 115448647 a公开了一种高延性再生粉体地聚合物基加固修补材料及其制备方法，其采用地聚合物作修补加固材料，实现了再生砂粉的二次利用，但地聚物材料凝结时间过快且其对于养护要求较高，现场喷射施工时易开裂，可能存在耐久性不足的问题。
7、由上可以看出，目前虽然已有较多的高韧性水泥基材料，但大多材料组成复杂，成本较高，施工性能控制难，尚缺乏适用于极端复杂应力场围岩大变形隧道喷射施工的高韧性、高耐久水泥基材料。另一方面，根据《铁路混凝土用机制砂》(q/cr 865)的规定，坚硬岩洞渣(母岩单轴饱和抗压强度大于30mpa但小于60mpa)不能用于生产道砟、混凝土用碎石和机制砂，将坚硬岩洞渣废弃处理，不仅占用大量的土地资源，对生态环境造成破坏，还容易诱发滑坡等次生灾害。
8、而鉴于艰险地区优质原材料缺乏，因此将坚硬岩隧道洞渣用于生产洞渣砂粉，从而制备高韧性水泥基材料，实现“取之于隧道，用之于隧道”，不仅是解决废弃洞渣资源化利用的有益方法，而且对于提升围岩大变形隧道的支护能力有重要意义。
9、因此，提供一种以坚硬岩洞渣为原料的用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，包括以下重量份数原料：硅酸盐水泥600-1000份、洞渣砂粉300-600份、微观耗能组分50-100份、细观耗能组分20-60份、速凝剂60-100份、工作性能调控材料2-5份和水350-500份。
4、进一步，所述洞渣砂粉的母岩为坚硬岩，且所述坚硬岩的单轴饱和抗压强度为30-60mpa。
5、更进一步，所述洞渣砂粉的粒径小于2.36mm，压碎指标小于10％，mb值小于1.0g/kg。
6、采用上述进一步方案的有益效果在于：本专利技术利用坚硬岩洞渣砂粉替代传统高韧性水泥基材料中常用的超细石英砂，不使用粉煤灰等矿物掺和料，原料组成简单，同时解决了坚硬岩饱和抗压强度不足不能用于混凝土粗、细骨料的问题，提高了废弃洞渣的资源化利用率，制备的喷射高韧性水泥基材料用于围岩大变形隧道喷射施工，实现了隧道洞渣的“取之于隧道，用之于隧道”。
7、进一步，所述微观耗能组分为碳酸钙晶须和/或硫酸钙晶须；
8、采用上述进一步方案的有益效果在于：本专利技术微观耗能组分为碳酸钙晶须和硫酸钙晶须的混合物，颗粒粒径较小，在水泥水化过程中可起到一定的晶核作用，提升水泥基材料的早期强度，同时微观耗能组分可以填充水泥基材料的空隙，增加水泥基材料的密实程度，提升了材料的耐久性能。
9、且所述微观耗能组分中的晶须长度为30-50μm，长径比为20-40。
10、进一步，所述细观耗能组分为聚乙烯醇纤维、玄武岩纤维和耐碱玻璃纤维中的任意两种或三种混合。
11、采用上述进一步方案的有益效果在于：本专利技术使用的细观耗能组分为pva、bf、gf中的两种或三种的混合物，利用pva纤维的低抗拉强度、高断裂延伸率和bf、gf纤维的高抗拉强度和中等断裂延伸率，实现了细观耗能组分抗拉强度与断裂延伸率的协同，增强了水泥基材料的韧性。
12、更进一步，所述细观耗能组分采用的纤维单丝长度为8-30mm，长径比为200-2000，断裂延伸率大于3％。
13、优选的，所述细观耗能组分由聚乙烯醇纤维、玄武岩纤维和耐碱玻璃纤维按20％-40％：20％-80％：20％-80％的质量比混合得到。
14、采用上述进一步方案的有益效果在于：本专利技术使用纳米晶须和混杂纤维作耗能组分，在高地应力作用下隧道初支产生形变，首先依靠微观耗能组分的增强与阻裂效应，降低了水泥基材料微裂纹的产生，随着形变的增加，依靠细观耗能组分的桥接效应，实现了水泥基材料的多缝开裂，提升了水泥基材料的初裂强度和极限应变，从而在细观和微观尺度上均起到了增韧增强作用。
15、进一步，所述工作性能调控材料为减水率大于30％的降粘型聚羧酸减水剂。
16、进一步，所述速凝剂为无碱速凝剂，且所述无碱速凝剂的净浆终凝时间小于5min，90d抗压强度保留率大于105％。
17、本专利技术还提供了本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，其特征在于，包括以下重量份数原料：硅酸盐水泥600-1000份、洞渣砂粉300-600份、微观耗能组分50-100份、细观耗能组分20-60份、速凝剂60-100份、工作性能调控材料2-5份和水350-500份。
2.根据权利要求1所述一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，其特征在于，所述洞渣砂粉的母岩为坚硬岩，且所述坚硬岩的单轴饱和抗压强度为30-60MPa。
3.根据权利要求1或2所述一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，其特征在于，所述洞渣砂粉的粒径小于2.36mm，压碎指标小于10％，MB值小于1.0g/kg。
4.根据权利要求1所述的一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，其特征在于，所述微观耗能组分为碳酸钙晶须和/或硫酸钙晶须；
5.根据权利要求1所述一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，其特征在于，所述细观耗能组分为聚乙烯醇纤维、玄武岩纤维和耐碱玻璃纤维中的任意两种或三种混合。p>
6.根据权利要求5所述一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，其特征在于，所述细观耗能组分采用的纤维单丝长度为8-30mm，长径比为200-2000，断裂延伸率大于3％。
7.根据权利要求5所述一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，其特征在于，所述细观耗能组分由聚乙烯醇纤维、玄武岩纤维和耐碱玻璃纤维按20％-40％：20％-80％：20％-80％的质量比混合得到。
8.根据权利要求1所述一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，其特征在于，所述工作性能调控材料为减水率大于30％的降粘型聚羧酸减水剂。
9.根据权利要求1所述一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，其特征在于，所述速凝剂为无碱速凝剂，且所述无碱速凝剂的净浆终凝时间小于5min，90d抗压强度保留率大于105％。
10.根据权利要求1-9任一项所述用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，其特征在于，包括以下重量份数原料：硅酸盐水泥600-1000份、洞渣砂粉300-600份、微观耗能组分50-100份、细观耗能组分20-60份、速凝剂60-100份、工作性能调控材料2-5份和水350-500份。
2.根据权利要求1所述一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，其特征在于，所述洞渣砂粉的母岩为坚硬岩，且所述坚硬岩的单轴饱和抗压强度为30-60mpa。
3.根据权利要求1或2所述一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，其特征在于，所述洞渣砂粉的粒径小于2.36mm，压碎指标小于10％，mb值小于1.0g/kg。
4.根据权利要求1所述的一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，其特征在于，所述微观耗能组分为碳酸钙晶须和/或硫酸钙晶须；
5.根据权利要求1所述一种用于围岩大变形隧道喷射施工的洞渣砂粉高韧性水泥基材料，其特征在于，所述细观耗能组分为聚乙烯醇纤维、玄武岩纤维和耐碱玻璃纤维...
【专利技术属性】
技术研发人员：李化建，杨志强，易忠来，黄法礼，王振，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：
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