淺談速凝劑摻量對(duì)噴射混凝土性能的影響

喻巧林

(湖州市公路水運(yùn)工程監(jiān)理咨詢有限公司， 浙江 湖州 313000)

淺談速凝劑摻量對(duì)噴射混凝土性能的影響

喻巧林

(湖州市公路水運(yùn)工程監(jiān)理咨詢有限公司， 浙江 湖州 313000)

噴射混凝土在工程建設(shè)實(shí)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(xiàng)性能指標(biāo)。今通過選取不同摻量的多組樣品進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn),從而更好地了解在實(shí)際施工過程中速凝劑摻量對(duì)噴射混凝土強(qiáng)度及回彈率的變化規(guī)律。

速凝劑摻量;噴射混凝土;強(qiáng)度

隨著社會(huì)的進(jìn)步,施工建設(shè)的技術(shù)在日漸完善、推陳出新,人們對(duì)混凝土有著更高的要求,噴射混凝土就是其中一項(xiàng)。它是借助噴射機(jī)械,利用壓縮空氣或其他動(dòng)力,將摻有速凝劑的拌合物通過管道輸送,并以機(jī)械設(shè)備高速噴射到結(jié)構(gòu)表面或直接作用于巖體使其凝結(jié)硬化的技術(shù),主要起結(jié)構(gòu)物加強(qiáng)及保護(hù)作用。它可以有效加快施工進(jìn)度,節(jié)約成本,在現(xiàn)階段工程建設(shè)中廣泛使用。但部分工程為追求短期效益而不顧社會(huì)效益,以混凝土強(qiáng)度及耐久性為代價(jià),盲目使用速凝劑,從而引發(fā)諸多質(zhì)量事故[1]。本文將以比對(duì)試驗(yàn)的形式,對(duì)速凝劑在不同摻量下的試配來觀察在濕噴情況下對(duì)噴射混凝土性能的影響。

1 速凝劑的分類及作用機(jī)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(jī)理

1)液體速凝劑在早期生產(chǎn)水化鋁酸鈣而使水泥速凝。即堿性物質(zhì)在加水拌合時(shí),立即與水泥中起緩凝作用的石膏發(fā)生反應(yīng)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(fā)生水化,并在溶液中析出水化鋁酸鈣導(dǎo)致水泥快速凝結(jié)硬化,它是噴射混凝土早期強(qiáng)度的主要來源。

2) 液體速凝劑同時(shí)在早期也會(huì)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(fā)生化學(xué)反應(yīng),速凝劑反應(yīng)產(chǎn)生的NaOH 與石膏作用生成NaSO4,使得石膏含量迅速減少,導(dǎo)致 C3A迅速發(fā)生水化生產(chǎn)鈣礬石,同時(shí)降低液相Ca(OH)2濃度,加速C3S水化,促使水泥漿體速凝,達(dá)到速凝的目的。

2 工程實(shí)例

本項(xiàng)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(shè)置特長(zhǎng)隧道1座,即長(zhǎng)安隧道,長(zhǎng)度如下：左洞ZK122+463～ZK125+580,全長(zhǎng)3 117 m；右洞YK122+495～YK125+595,全長(zhǎng)3 100 m。因本項(xiàng)目地處山區(qū),隧道占比極大,噴射混凝土大量用于隧道仰拱初期支護(hù),所以噴射混凝土質(zhì)量直接影響工程質(zhì)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(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥；其中力學(xué)性能、凝結(jié)時(shí)間見表1。

表1 水泥力學(xué)性能、凝結(jié)時(shí)間

2.1.2 細(xì)骨料

采用由玄武巖和閃長(zhǎng)巖巖屑組成的人工砂,細(xì)度模數(shù)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(jí)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(chǎn)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(chǎn)的HX-1型液體速凝劑,廠家推薦摻量4%,經(jīng)試驗(yàn)后得1 d抗壓強(qiáng)度比9.5%,28 d抗壓強(qiáng)度比78%。

以上材料其他數(shù)據(jù)均滿足標(biāo)準(zhǔn)《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(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(qiáng)度等級(jí)為C25,出機(jī)溫度約為28 ℃,坍落度為80～120 mm,拌合物粘聚性良好,無離析現(xiàn)象。分別摻入速凝劑0%、2%、4%、6%、8%五組樣品模擬現(xiàn)場(chǎng)施工情況，按規(guī)范要求進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)。配合比的詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 材料配合比

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 摻入不同摻量速凝劑對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

將不同摻量下的速凝劑作用于混凝土現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后得出數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同摻量速凝劑對(duì)混凝土強(qiáng)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(shí),噴射混凝土的1 d強(qiáng)度會(huì)有較大幅度提升,在推薦摻量(4%)下混凝土1 d強(qiáng)度甚至達(dá)到了混凝土標(biāo)號(hào)的70%；但隨著速凝劑摻量繼續(xù)增加,混凝土強(qiáng)度卻并沒有如想象中繼續(xù)大幅度增加,而是逐步變緩,尤其是當(dāng)摻量從6%提升至8%時(shí),強(qiáng)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(qiáng)度會(huì)降低,而且降低速度會(huì)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(qiáng)度約降低了14%，而當(dāng)速凝劑摻量增加到8%時(shí),混凝土強(qiáng)度相較于0%摻量的混凝土強(qiáng)度已經(jīng)降低了40%之多,甚至已經(jīng)達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。

總的來說,混凝土強(qiáng)度和摻量變化并不是線性關(guān)系, 6%摻量下早期強(qiáng)度相較4%略有提高,但后期強(qiáng)度不甚理想；而2%摻量下后期強(qiáng)度雖然可以保證,但早期強(qiáng)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(huì)極大影響混凝土早期或后期強(qiáng)度,只有在廠家推薦摻量下,混凝土總體強(qiáng)度才會(huì)獲得最優(yōu)值[2]。

3.2 摻入不同摻量速凝劑對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的影響

在現(xiàn)場(chǎng)施工前,按要求清理施工面粉塵并噴射一層水泥漿,濕噴機(jī)將混凝土送至噴口,在噴口處加入速凝劑后噴出,輸料管長(zhǎng)度為15 m,噴嘴與噴射巖面的距離約為0.8～1.2 m,噴射機(jī)風(fēng)壓控制在0.2～0.45 MPa。實(shí)際測(cè)得回彈率見表4。

表4 不同摻量下的回彈率

規(guī)范要求規(guī)定,噴射邊墻時(shí)回彈率不應(yīng)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(jié)時(shí)間過長(zhǎng),且速凝劑摻量太少無法將其均勻地作用于混凝土中,導(dǎo)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(huì)大幅度增加使用成本。

4 結(jié) 語

速凝劑在噴射混凝土施工中,是不可缺少的添加劑。在現(xiàn)場(chǎng)施工中,部分施工人員因?yàn)椴涣私馑倌齽┑淖饔脵C(jī)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(huì)極大影響施工進(jìn)度及混凝土性能,從而引發(fā)工程事故。所以在使用速凝劑時(shí),應(yīng)經(jīng)多次試驗(yàn)確定最佳摻量,反復(fù)確認(rèn)，以保證混凝土在各方面都有較好性能。擇其最優(yōu)值,并在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)嚴(yán)格控制摻速凝劑用于混凝土中的摻量,以保證現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量。

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

[2] 汪瀾.水泥混凝土:組成·性能·應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)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(xiāng)人，工程師，從事工程試驗(yàn)檢測(cè)工作。

TU528.042

B

1008- 3707(2017)04- 0043- 02