新型速凝劑與防腐劑復合在機制砂濕噴混凝土中的應用研究

胡潤生，何文敏

1.中鐵十一局集團第四工程有限公司中心試驗室，湖北武漢，430074；2.城市軌道交通新材料陜西省高校工程研究中心，陜西渭南，714000

0 引言

為保護勞動者健康及提高噴射混凝土質量，濕噴混凝土替代干噴混凝土占據主體地位，液體低堿與無堿速凝劑替代粉體速凝劑成為主流，同時隨著天然砂供應緊缺，機制砂逐漸大范圍使用，復雜地質環境下通常需要多種外加劑復合，濕噴混凝土質量波動大、成本高的問題成為施工企業關注的焦點[1]。因此，本文以新建玉溪至磨憨鐵路YMZQ-9標段復雜地質條件下濕噴混凝土為例，開展了新型速凝劑與防腐劑復合在機制砂濕噴混凝土中質量研究及成本分析，以期為同類項目提供借鑒[2]。

1 工程概況

新建玉溪至磨憨鐵路YMZQ-9標段位于云南省普洱市墨江哈尼族自治縣境內，正線長度20.482km，有新華隧道（13384m）、石頭寨隧道2 座，占正線長度99.48%。隧道進口端僅有小路到達，隧道出口端無鄉村道路相通，交通極為不便。具“三高”（高地熱、高地應力、高地震烈度）、“四活躍”（活躍的新構造運動、活躍的地熱水環境、活躍的外動力地質條件、活躍的岸坡淺表改造過程）的特征[3]。

2 工程材料與試驗方案

2.1 工程材料

水泥就近選用P.O 42.5；沿線水系發育，地表水資源豐富，采用河中取水和打井取水；沿線分布有碳酸鹽巖代表性巖石的石灰巖、白云質灰巖和白云巖，可加工混凝土用粗骨料及機制砂，粗骨料粒徑為5～10mm，連續級配，砂為機制砂，其粒徑為0～4.75mm；選定了一種中性、無毒、環保的材料為其助凝組分（簡稱A組分），在此基礎上，將幾種有機酸注入其中（簡稱B組分），制備無堿速凝劑；混凝土抗侵蝕防腐劑 SA-100A；聚羧酸高性能減水劑，固含量為23.3%，減水率為28.5%。

2.2 測試性能與方法

依據《混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑》（JC/T1011-2006）測試防腐劑的理化性能；依據《噴射混凝土用速凝劑》（GB/T 35159-2017）測試速凝劑性能；依據《水泥與減水劑相容性試驗方法》（JC/T1083— 2008）測定多種外加劑相容性；依據《噴射混凝土應用技術規程》（JGJT372-2016）測試噴射混凝土的回彈率及抗壓強度。速凝劑、防腐劑主要性能檢測指標如表1、表2、表3、表4所示。

表1 AB 速凝劑勻質性指標

表2 防腐劑勻質性指標

表3 AB 速凝劑物理性能檢測結果

表4 防腐劑物理性能檢測結果

3 結果與分析

3.1 相容性分析

就近選擇西麟、天恒、永發3種品牌水泥，測試防腐劑、AB速凝劑與水泥的相容性，試驗結果如表5所示。結果表明，當防腐劑與普通速凝劑復合，普通速凝劑摻量為6%時，水泥漿初凝時間均小于5mins、終凝時間均小于12mins，基本滿足要求；當防腐劑與AB速凝劑復合時，AB速凝劑摻量為2%時，初凝時間與終凝時間均明顯縮短，這說明防腐劑及AB速凝劑復配與水泥的相容性更好[4]。

表5 防腐劑、AB 速凝劑與水泥相溶性試驗

3.2 濕噴混凝土配合比

以C25強度要求設計濕噴混凝土配合比，坍落度控制在160±20mm，反復調整各材料用量確定的基準配合比，砂率取50%，防腐劑摻量6%、AB速凝劑摻量2%、減水劑摻量0.9%，水膠比為0.45，配合比如表6所示。

表6 C25 噴射混凝土配合比設計

3.3 現場性能檢測

在新華隧道2號橫洞共計15m長的隧道開展試驗，1個試驗段長度3m，分5個試驗段開展，采用CHP30F濕噴機，一次噴射厚度為50～60mm，統計各摻量下整個斷面的回彈率平均值，并制作噴射大板檢測28d抗壓強度。試驗結果如表7、表8所示，可見速凝劑實際摻量為2.6%左右時，濕噴混凝土的回彈率平均值為13.8%，抗壓強度滿足C25設計要求[5]。

表7 C25 濕噴射混凝土回彈率檢測結果

表8 28d 抗壓強度檢測結果

3.4 成本分析

（1）使用防腐劑、常規速凝劑每立方米噴射混凝土外加劑費用

①防腐劑：0.40t（水泥）/m3×6%（摻量）×1650元/t（單價）=39.6元/m3

②速凝劑：0.40t（水泥）/m3×6%（摻量）×1980元/t（單價）=47.52元/m3

③減水劑：0.40t（水泥）/m3×0.9%（摻量）×3300元/t（單價）=11.88元/m3

（2）使用防腐劑、AB速凝劑每立方米噴射混凝土外加劑費用

①防腐劑：0.40t（水泥）/m3×6%（摻量）×1650元/t（單價）=39.6元/m3

②AB速凝劑：0.40t（水泥）/m3×2.6%（摻量）×2350元/t（單價）=24.59元/m3

③減水劑：0.40t（水泥）/m3×0.9%（摻量）×3300元/t（單價）=11.88元/m3

與使用普通速凝劑相比較發現，使用AB速凝劑，每立方米噴射混凝土節約外加劑費用99.0元/m3-76.07元/m3=22.93元/m3。

4 結語

將助凝組分A組分與幾種有機酸B組分復合，制備無堿速凝劑，噴射混凝土使用防腐劑和AB速凝劑后可以發現：①防腐劑與AB速凝劑復合時，初凝和終凝時間縮短，防腐劑及AB速凝劑復配與水泥的相容性更好；②當速凝劑的摻量減少4%的時候，濕噴混凝土的回彈率平均值及抗壓強度更能滿足設計的要求；③使用AB速凝劑，每立方米噴射混凝土節約外加劑費用節約22.93元/m3。因此在機制砂濕噴混凝土制作過程中，合適的摻量在工程建設中具有更大的優勢。