淺談速凝劑摻量對噴射混凝土性能的影響

喻巧林

(湖州市公路水運工程監理咨詢有限公司， 浙江 湖州 313000)

淺談速凝劑摻量對噴射混凝土性能的影響

喻巧林

(湖州市公路水運工程監理咨詢有限公司， 浙江 湖州 313000)

噴射混凝土在工程建設實施過程中起著重要的作用,其核心靈魂速凝劑摻量的多少直接影響著混凝土各項性能指標。今通過選取不同摻量的多組樣品進行比對試驗,從而更好地了解在實際施工過程中速凝劑摻量對噴射混凝土強度及回彈率的變化規律。

速凝劑摻量;噴射混凝土;強度

隨著社會的進步,施工建設的技術在日漸完善、推陳出新,人們對混凝土有著更高的要求,噴射混凝土就是其中一項。它是借助噴射機械,利用壓縮空氣或其他動力,將摻有速凝劑的拌合物通過管道輸送,并以機械設備高速噴射到結構表面或直接作用于巖體使其凝結硬化的技術,主要起結構物加強及保護作用。它可以有效加快施工進度,節約成本,在現階段工程建設中廣泛使用。但部分工程為追求短期效益而不顧社會效益,以混凝土強度及耐久性為代價,盲目使用速凝劑,從而引發諸多質量事故[1]。本文將以比對試驗的形式,對速凝劑在不同摻量下的試配來觀察在濕噴情況下對噴射混凝土性能的影響。

1 速凝劑的分類及作用機理

1.1 分類

速凝劑主要分為2種,液體速凝劑和粉狀速凝劑,其中粉狀速凝劑因危害太大被液體速凝劑逐步取代。

1.2 作用機理

1)液體速凝劑在早期生產水化鋁酸鈣而使水泥速凝。即堿性物質在加水拌合時,立即與水泥中起緩凝作用的石膏發生反應形成硫酸鈉而消除石膏的緩凝作用,使得水泥中,C3A(鋁酸三鈣)迅速發生水化,并在溶液中析出水化鋁酸鈣導致水泥快速凝結硬化,它是噴射混凝土早期強度的主要來源。

2) 液體速凝劑同時在早期也會形成鈣礬石并加速 C3S(硅酸三鈣)水化而使得水泥速凝。即鋁氧熟料類速凝劑各組分與水泥中的石膏發生化學反應,速凝劑反應產生的NaOH 與石膏作用生成NaSO4,使得石膏含量迅速減少,導致 C3A迅速發生水化生產鈣礬石,同時降低液相Ca(OH)2濃度,加速C3S水化,促使水泥漿體速凝,達到速凝的目的。

2 工程實例

本項目為申嘉湖高速公路湖州鹿山至安吉孝源段工程第3合同段,設置特長隧道1座,即長安隧道,長度如下：左洞ZK122+463～ZK125+580,全長3 117 m；右洞YK122+495～YK125+595,全長3 100 m。因本項目地處山區,隧道占比極大,噴射混凝土大量用于隧道仰拱初期支護,所以噴射混凝土質量直接影響工程質量。

2.1 材料使用情況

2.1.1 水泥

由湖州南方水泥制造有限公司生產的P.O42.5普通硅酸鹽水泥；其中力學性能、凝結時間見表1。

表1 水泥力學性能、凝結時間

2.1.2 細骨料

采用由玄武巖和閃長巖巖屑組成的人工砂,細度模數2.9,表觀密度2 710 kg/m3,石粉含量5.4%。

2.1.3 粗集料

采用5～10 mm單粒級配碎石,表觀密度:2 690 kg/m3。

2.1.4 減水劑

使用浙江五龍有限公司生產的聚羧酸系高性能減水劑(緩凝型),減水率27%；摻量1%。

2.1.5 速凝劑

使用浙江五龍有限公司生產的HX-1型液體速凝劑,廠家推薦摻量4%,經試驗后得1 d抗壓強度比9.5%,28 d抗壓強度比78%。

以上材料其他數據均滿足標準《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準(TB 10424—2010)》要求,在此不贅述。

2.2 配合比

工程所使用的配合比強度等級為C25,出機溫度約為28 ℃,坍落度為80～120 mm,拌合物粘聚性良好,無離析現象。分別摻入速凝劑0%、2%、4%、6%、8%五組樣品模擬現場施工情況，按規范要求進行比對試驗。配合比的詳細數據見表2。

表2 材料配合比

3 試驗結果分析

3.1 摻入不同摻量速凝劑對混凝土強度的影響

將不同摻量下的速凝劑作用于混凝土現場試驗后得出數據見表3。

表3 不同摻量速凝劑對混凝土強度的影響

1) 由表3分析可得,在混凝土中摻入速凝劑后,隨著摻量逐步增加至推薦摻量時,噴射混凝土的1 d強度會有較大幅度提升,在推薦摻量(4%)下混凝土1 d強度甚至達到了混凝土標號的70%；但隨著速凝劑摻量繼續增加,混凝土強度卻并沒有如想象中繼續大幅度增加,而是逐步變緩,尤其是當摻量從6%提升至8%時,強度增加幾乎微乎其微[2]。

2)可以看出,隨著速凝劑摻量的增加,混凝土28 d強度會降低,而且降低速度會隨著摻量的增加變得越來越快[3]。在推薦摻量下(4%)混凝土強度約降低了14%，而當速凝劑摻量增加到8%時,混凝土強度相較于0%摻量的混凝土強度已經降低了40%之多,甚至已經達不到設計的要求。

總的來說,混凝土強度和摻量變化并不是線性關系, 6%摻量下早期強度相較4%略有提高,但后期強度不甚理想；而2%摻量下后期強度雖然可以保證,但早期強度卻無法滿足施工要求。所以，過小或過大的速凝劑摻量都會極大影響混凝土早期或后期強度,只有在廠家推薦摻量下,混凝土總體強度才會獲得最優值[2]。

3.2 摻入不同摻量速凝劑對現場施工的影響

在現場施工前,按要求清理施工面粉塵并噴射一層水泥漿,濕噴機將混凝土送至噴口,在噴口處加入速凝劑后噴出,輸料管長度為15 m,噴嘴與噴射巖面的距離約為0.8～1.2 m,噴射機風壓控制在0.2～0.45 MPa。實際測得回彈率見表4。

表4 不同摻量下的回彈率

規范要求規定,噴射邊墻時回彈率不應超過混合料重量15%,拱頂不超過20%。在2%摻量下混凝土的凝結時間過長,且速凝劑摻量太少無法將其均勻地作用于混凝土中,導致回彈率偏高；而在6%和8%情況下的混凝土的回彈率相較4%摻量下雖略有降低,但并不明顯,反而會大幅度增加使用成本。

4 結 語

速凝劑在噴射混凝土施工中,是不可缺少的添加劑。在現場施工中,部分施工人員因為不了解速凝劑的作用機理和各方面影響因素,光是圖方便、圖效益,擅自去增加或減少速凝劑摻量,都會極大影響施工進度及混凝土性能,從而引發工程事故。所以在使用速凝劑時,應經多次試驗確定最佳摻量,反復確認，以保證混凝土在各方面都有較好性能。擇其最優值,并在現場施工時嚴格控制摻速凝劑用于混凝土中的摻量,以保證現場施工質量。

[1] 潘志華,程建坤.水泥速凝劑研究現狀及發展方向[J].建井技術,2005,26(5)：22- 27.

[2] 汪瀾.水泥混凝土:組成·性能·應用[M].北京：中國建材工業出版社, 2005.

[3] 孫凱,陶麗,李莉,等.用于噴射混凝土的低堿性速凝劑研究[J].混凝土, 2005(2)：59- 62．

Brief Introduction to the Influence of Accelerator Dosage to Shotcrete Performance

YUQiaolin

2017- 03- 29

喻巧林(1979—),女，湖南寧鄉人，工程師，從事工程試驗檢測工作。

TU528.042

B

1008- 3707(2017)04- 0043- 02