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一种混凝土隧道衬砌材料及其制备方法

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成果类型:
专利
发明/设计人:
祝斯月;秦先涛;邹祖绪;段严;毛振新;...
申请/专利权人:
武汉轻工大学
专利类型:
发明专利
语种:
中文
申请时间:
2020-01-20
申请/专利号:
CN202010064181.X
公开时间:
2020-06-05
公开号:
CN111233397A
主申请人地址:
430023 湖北省武汉市常青花园学府南路68号
申请地区:
湖北
机构署名:
本校为第一完成单位
主权项:
1.一种混凝土隧道衬砌材料,其特征在于:所述混凝土隧道衬砌材料无配筋且可借助3D打印设备进行施工并由水泥、粉煤灰、聚乙烯短切纤维、聚丙烯异型纤维、纤维分散粘结助剂、水化调节剂、聚羧酸减水剂、水和砂按如下比例制备而成:水泥21.8~30.9重量份、粉煤灰10.5~19.2重量份、聚乙烯短切纤维0.03~0.05重量份、聚丙烯异型纤维0.02~0.04重量份、纤维分散粘结助剂0.5~1.1重量份、水化调节剂0.22~0.41重量份、聚羧酸减水剂0.1~0.3重量份、水10.3~18.5重量份、砂40.2~65.9重量份,且各组分之和为100重量份。 2.根据权利要求1所述的混凝土隧道衬砌材料,其特征在于: 所述水泥为强度等级为52.5MPa的普通52.5硅酸盐水泥,粉煤灰为一级粉煤灰。 3.根据权利要求1或2所述的混凝土隧道衬砌材料,其特征在于: 所述聚乙烯短切纤维的长度为1.5~2.5cm,直径为25~35μm,抗拉强度为2800~3000MPa,密度为0.98g/cm3。所述聚丙烯异型纤维的长度为4~6cm,直径为0.8~1.2mm,抗拉强度为550~650MPa,密度为0.90g/cm3。 4.根据权利要求1或2所述的混凝土隧道衬砌材料,其特征在于: 所述纤维分散粘结助剂由聚乙烯吡咯烷酮和超细沸石粉按照1:10的重量比混合而成,所述聚乙烯吡咯烷酮粉状颗粒物的固含量大于96%,所述超细沸石粉的细度为200~400目。 5.根据权利要求1或2所述的混凝土隧道衬砌材料,其特征在于: 所述水化调节剂由三乙醇胺和酒石酸按照1:(2.1~3.7)的重量比混合而成。 6.权利要求1至5任一项所述的混凝土隧道衬砌材料的制备方法,其特征在于: 该方法包括如下步骤: 1)按材料组成比例计算称取水泥、粉煤灰、聚乙烯短切纤维、聚丙烯异型纤维、纤维分散粘结助剂、水化调节剂、聚羧酸减水剂、水和砂,备用; 2)取水量15%~25%的水并将纤维分散粘结助剂加入其中,置于冰水浴中采用超声波处理30~60min得到纤维分散粘结助剂悬浮液;然后加入聚乙烯短切纤维并继续使用超声波处理10~30min得到稳定的聚乙烯短切纤维分散体A,待用; 3)将称量好的水泥、粉煤灰与砂拌合均匀得到混合物B; 4)将聚丙烯异型纤维、水化调节剂和聚羧酸减水剂加入剩余水中并搅拌均匀后,与A一起加入混合物B中,慢速搅拌10~30s,再快速搅拌1~5min,最后慢速搅拌30~60s即可。
摘要:
本发明公开了一种的混凝土隧道衬砌材料,该材料由水泥、粉煤灰、聚乙烯短切纤维、聚丙烯异型纤维、纤维分散粘结助剂、水化调节剂、聚羧酸减水剂、水和砂制备而成,且无配筋并可借助3D打印设备进行施工。本发明还公开了上述材料的制备方法。该材料可借助3D打印设备在隧道开挖后迅速完成初次衬砌的施工,衬砌混凝土具有无配筋、超薄且韧性抗裂等特征,施工自动化程度高、材料变异性小、内轮廓面平整光滑,与隧道原始开挖面接触紧密、无空隙,Ⅱ级(含)以上围岩中可直接作为永久衬砌,Ⅱ级以下围岩中可与防水夹层及二次衬砌共同形成复合衬砌,从而为隧道运营空间的长期安全性和舒适性提供保障。

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