解析噴射混凝土技術(shù)及其速凝劑的發(fā)展

林晟遠(yuǎn)

（福建省榕源建設(shè)工程有限公司）

解析噴射混凝土技術(shù)及其速凝劑的發(fā)展

林晟遠(yuǎn)

（福建省榕源建設(shè)工程有限公司）

當(dāng)前，中國(guó)的新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，而在建筑工程中，混凝土有著廣泛的應(yīng)用。因此，研究噴射混凝土技術(shù)及其速凝劑的發(fā)展，也就有了重要的意義。眾所周知，噴射混凝土技術(shù)是混凝土工程質(zhì)量的重要保障，而速凝劑的選擇，與噴射技術(shù)的高低相關(guān)。在本文中，筆者結(jié)合自身的工作實(shí)際與理論知識(shí)，分析了噴射混凝土技術(shù)及其速凝劑的發(fā)展。

噴射混凝土；速凝劑；發(fā)展史

我國(guó)自然災(zāi)害頻發(fā)，而自然災(zāi)害，比如滑坡、泥石流和地震等，對(duì)建筑造成嚴(yán)重的破壞，因此，建筑修補(bǔ)技術(shù)的研究也就越來越多。其中，噴射混凝土技術(shù)，尤其是速凝劑在修補(bǔ)中發(fā)揮著重要的作用。當(dāng)前，噴射混凝土技術(shù)及其速凝劑發(fā)展比較快。在本文中，筆者結(jié)合相關(guān)的理論文獻(xiàn)與自身掌握的知識(shí)，分析了該命題。

1 噴射混凝土及其噴射技術(shù)

1.1 噴射混凝土內(nèi)涵

噴射混凝土是路用壓縮空氣而得到的利用，通過噴射裝置把混凝土拌合料噴射到建筑物的表面，或者是巖石表面，然后使二者緊密結(jié)合到儀器，從而凝結(jié)成一種新型的混凝土。噴射混凝土的前身是噴射水泥砂漿。

對(duì)于噴射混凝土來說，通常無須用模板之多，但是為了實(shí)現(xiàn)節(jié)約費(fèi)用的目的，通常采用優(yōu)化的工藝，具有強(qiáng)度增強(qiáng)快，密實(shí)性良好和施工簡(jiǎn)單等因素，因此，在支撐、充填、轉(zhuǎn)化和隔絕等方面發(fā)揮著重要的作用。

由于噴射混凝土的上述諸多優(yōu)點(diǎn)，使得該混凝土在水工涵洞、隧道和礦山等地下建筑物和混凝土支護(hù)中有著廣泛的應(yīng)用。

此外，地下水池、管道和油罐等施工，以及混凝土構(gòu)筑物，同樣需要用到噴射混凝土。

1.2 噴射混凝土技術(shù)

回望該技術(shù)的發(fā)展史，自20世紀(jì)初該技術(shù)出現(xiàn)以來，至今已經(jīng)有了一百多年的歷史。噴射混凝土技術(shù)發(fā)源于美國(guó)，在1914年在土木建筑工程中首先得以使用，當(dāng)時(shí)為噴射水泥砂漿技術(shù)。而到了20世紀(jì)50年代，也就是第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束之后，奧利地在建設(shè)水利發(fā)電站時(shí)，最先使用了噴射混凝土支護(hù)技術(shù)。

此后，該技術(shù)便在世界范圍內(nèi)，尤其是在土木建筑工程中，被廣泛應(yīng)用。我國(guó)應(yīng)用該技術(shù)比西方完了將近十年。由于噴射混凝土技術(shù)的設(shè)計(jì)、選擇等，對(duì)噴射質(zhì)量有著直接的影響，所以在使用中必須慎重選擇。

（1）干噴技術(shù)。最初的噴射混凝土技術(shù)皆是干噴混凝土技術(shù)，而這種技術(shù)的工藝流程具體見圖1所示。干噴技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)比較多，比如操作容易、密實(shí)性與高空輸送等，在地下滲水工程中具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。但是該技術(shù)缺點(diǎn)也是顯而易見的，比如施工中的粉塵比較多，而這主要是因?yàn)榛炷猎趪娮焱鈺?huì)與水混合，所以它的回彈率也比較高。

圖1

此外，由于干噴混凝土的水灰比是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與肉眼控制的，所以混凝土配置的質(zhì)量與工作人員的素質(zhì)以及操作是否恰當(dāng)有很大的關(guān)系。干噴作業(yè)產(chǎn)生的粉塵，會(huì)損害人的健康，尤其是巷道中的粉塵污染，對(duì)人體的危害尤為嚴(yán)重，所以，通常在使用中不使用該技術(shù)。

（2）濕噴技術(shù)。濕噴技術(shù)的發(fā)展史很短，僅有半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間。與干噴技術(shù)相對(duì)比而諾言，濕噴技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是顯而易見的，比如回彈度低、生產(chǎn)率高等，這就使得噴射機(jī)與噴嘴外的粉塵濃度大大降低，所以能夠顯著提升噴射混凝土的質(zhì)量，嚴(yán)格控制混凝土水灰比，從而減低粉塵對(duì)人體的危害。

隨著濕噴技術(shù)的快速發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)日臻成熟，在世界各國(guó)有著廣泛的應(yīng)用，日本、意大利和加拿大等國(guó)家，濕噴技術(shù)已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。而在我國(guó)的各個(gè)領(lǐng)域?qū)嵺`中，濕噴技術(shù)也得到了足夠的重視。但是濕噴技術(shù)的缺點(diǎn)是，該技術(shù)需要一系列的配套設(shè)備，工序比較復(fù)雜，原材料成本高，因此，不容易被大范圍推廣應(yīng)用。

1.3 噴射混凝土的作用機(jī)理

（1）充填作用。由于噴射混凝土的噴射速度比較高，所以可以充分充填圍巖裂隙、凹穴巖面與節(jié)理等，最終提高圍巖的強(qiáng)度。

（2）隔絕作用。噴射混凝土可以完全封閉圍巖的表面，所以也就阻隔了混凝土與周圍水、空氣與圍巖的接觸，有效避免風(fēng)化作用、潮解等因素所引起的破壞與剝落等。

（3）轉(zhuǎn)化作用?；炷粮咚賴娚涞浇ㄖ锉砻婊蛘邘r石的表面之后，由于混凝土具有很強(qiáng)的粘結(jié)力，所以能夠與圍巖或者建筑物緊密結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)混凝土層，在結(jié)合面上傳遞各種應(yīng)力，最終形成一個(gè)共同承載的力學(xué)體系，把巖石荷載轉(zhuǎn)化為巖石荷載結(jié)構(gòu)的作用。

（4）支撐作用。由于噴射混凝土的物理學(xué)性能良好，這種類型的混凝土具有良好的承載能力與抗壓強(qiáng)度，因此可以起到良好的支撐作用。此外，由于噴射混凝土中摻有一定數(shù)量的速凝劑，混凝土的凝結(jié)速度加快，可以跟得上作業(yè)面，從而有效防止圍巖的變形與破壞。

2 噴射混凝土技術(shù)速凝劑

噴射混凝土事實(shí)上屬于速凝混凝土，所以速凝劑對(duì)于噴射混凝土的影響比較大。對(duì)于噴射混凝土來說，速凝劑是不可或缺的添加劑；速凝劑的質(zhì)量好壞直接影響噴射混凝土的質(zhì)量與使用性能，它的主要作用是，使混凝土的硬化速度加快，從而使混凝土在較短的時(shí)間內(nèi)具有高強(qiáng)度?？梢哉f，混凝土技術(shù)水平很大程度上取決于速凝劑的研究進(jìn)展。當(dāng)前，不管是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，均重視噴射混凝土速凝劑的研究。

速凝劑分類：

速凝劑的類別非常多，根據(jù)產(chǎn)品形態(tài)分類，可分為固態(tài)速凝劑與液態(tài)速凝劑兩類，而根據(jù)堿含量劃分，可非為有堿速凝劑、無堿速凝劑等。速凝劑的性能衡量指標(biāo)主要有其本身的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)與狀態(tài)等，也包括速凝效果、強(qiáng)度、穩(wěn)定性與耐久性等。

（1）粉狀速凝劑。速凝劑屬于化工產(chǎn)品的一種，其發(fā)展的源頭可以上溯到20世紀(jì)30年代。速凝劑的產(chǎn)生，對(duì)于噴射混凝土的發(fā)展是決定性的，最初是在干噴技術(shù)中得到的應(yīng)用。在之前，粉狀速凝劑一般情況下以鋁氧熟料和碳酸鹽作為主要的堿性物質(zhì)，但是缺點(diǎn)比較多，比如粉塵多、堿性大和回彈率高等。這些缺點(diǎn)有兩方面的壞處：①浪費(fèi)材料；②降低噴射質(zhì)量。但是由于粉塵速凝劑的價(jià)格比較低，在國(guó)內(nèi)外的噴射混凝土速凝劑當(dāng)中，它仍然占據(jù)著主導(dǎo)地位。

粉狀速凝劑的抗腐蝕性比較好，但是由于其這個(gè)特性，對(duì)施工與生產(chǎn)人員的眼睛與皮膚可能造成較大傷害。相關(guān)的文獻(xiàn)研究結(jié)論顯示，如果粉塵速凝劑的堿性比較高，則可能影響水化初期的鋁酸鹽水化結(jié)構(gòu)，因此增加混凝土發(fā)生反應(yīng)的可能性，不利于后期強(qiáng)度的形成。堿性速凝劑對(duì)后期混凝土強(qiáng)度的削弱作用比較大，一般為20～50%。

（2）液體速凝劑。粉狀速凝劑經(jīng)過改良之后得到了的便是液體速凝劑，與粉狀速凝劑相比較而言，液體速凝劑在混凝土拌合物中的分散更為容易，但是可能會(huì)造成混凝土的質(zhì)量出現(xiàn)上下波動(dòng)，不利于提高噴射混凝土的品質(zhì)。在20世紀(jì)70年代末期，美國(guó)已經(jīng)開始研究液體速凝劑，研制的大都是堿性速凝劑。而到了20世紀(jì)80年代，日本成功研發(fā)出液體速凝劑。

液體速凝劑根據(jù)堿含量不同劃分，非為堿性液體速凝劑、低堿液體速凝劑與無堿液體速凝劑三種。但是對(duì)于噴射混凝土的性能來說，堿性物質(zhì)會(huì)對(duì)其產(chǎn)生不利的影響，所以低堿液體速凝劑、無堿液體速凝劑在生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。當(dāng)前，在我國(guó)的海上鄰國(guó)日本，以及歐盟各國(guó)，均使用的是無堿液體速凝劑，同時(shí)無堿液體速凝劑也是液體速凝劑的未來發(fā)展方向。

（3）國(guó)內(nèi)速凝劑的研究現(xiàn)狀。當(dāng)前，對(duì)于水泥速凝劑的研究，存在著抗?jié)B性能差、噴射料漿粘聚性不足等缺點(diǎn)。由于中國(guó)仍處于研究的初級(jí)階段，所以，有這些問題存在和實(shí)屬正常。目前市場(chǎng)上的液體速凝劑的價(jià)格整體偏高，高出粉狀速凝劑2～3倍，因此成型的產(chǎn)品不是很多。盡管不少的工程師與企業(yè)均在開展此項(xiàng)研究，取得了一定的成績(jī)，但是在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的并不多，而這主要是因?yàn)橹袊?guó)這方面的技術(shù)不成熟。

由此，可以得出的三條結(jié)論是：①噴射混凝土技術(shù)將成為各國(guó)噴射技術(shù)的主流，成為未來的發(fā)展方向；②由于速凝劑是噴射混凝土技術(shù)的重要組成部分，所以，速凝劑的市場(chǎng)前景廣闊，發(fā)展方向?yàn)闊o堿液體速凝劑；③當(dāng)前，市場(chǎng)上的無堿液體速凝劑的狀態(tài)不穩(wěn)定，需要開發(fā)新產(chǎn)品。

3 結(jié)語

噴射混凝土技術(shù)在修復(fù)建筑裂隙、地下工程中有著廣泛應(yīng)用，而且應(yīng)用的效果良好。但由于目前，我國(guó)對(duì)噴射混凝土技術(shù)的研究文獻(xiàn)比較少，對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用指導(dǎo)性比較低，在一定程度上限制了技術(shù)應(yīng)用。在本文中，筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)噴射混凝土技術(shù)速凝劑做了有益的探討，從噴射混凝土及噴射混凝土技術(shù)、速凝劑及速凝劑分類數(shù)個(gè)角度進(jìn)行了分析，希望對(duì)研究者有所裨益。

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TU528.04

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1673-0038（2015）01-0030-02

2014-12-20