一種雙組分速凝劑在噴射混凝土中的施工技術(shù)研究

賀松定 張克龍

摘要 A料是速凝劑催化劑，噴射混凝土能夠快速固化，是水泥和速凝劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。B組分速凝劑為普通型速凝劑，可以是低堿速凝劑或無堿速凝劑。文章通過對雙組分速凝劑對噴射混凝土工作性能影響研究、施工工藝研究，得出結(jié)果：（1）AB組分速凝劑摻量小;（2）混凝土實(shí)體強(qiáng)度高;（3）使用AB組分速凝劑回彈率小。

關(guān)鍵詞 雙組分;速凝劑;噴射混凝土

中圖分類號 TU528.53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）01-0157-03

0 引言

A組分速凝劑的作用機(jī)理[1]：混凝土的初、終凝速度，早期強(qiáng)度的發(fā)展，速凝劑只有輔助作業(yè)，起主導(dǎo)作用的是水泥，是由水泥中的3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3、CaSO4等元素含量所決定的。建筑市場大多數(shù)水泥初凝>45 min，終凝<6.5 h，不適用于噴射混凝土，只有具備快凝快硬的“雙快”水泥才適用于噴射混凝土。

B組分速凝劑為普通型速凝劑，可以是低堿速凝劑或無堿速凝劑。根據(jù)貴州省質(zhì)監(jiān)局、中交集團(tuán)的要求速凝劑必須采用無堿速凝劑，所以在研究中，采用的速凝劑為無堿速凝劑。

1 雙組分速凝劑對噴射混凝土工作性能影響研究

1.1 雙組分速凝劑與普通速凝劑的區(qū)別

（1）普通速凝劑獨(dú)立使用。A組分必須和B組分速凝劑配合使用。（2）使用方法不同，速凝劑在噴漿作業(yè)時摻入，A組分在拌和混凝土?xí)r摻入，具有提高泵送效果的作用。（3）速凝劑摻入混凝土后立即與水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)→快速凝結(jié)。A組分摻入混凝土后不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，不改變混凝土的工作狀態(tài)，也就不用擔(dān)心混凝土?xí)诠捃嚴(yán)锬?。?）當(dāng)A組分與速凝劑同時使用時才會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且效果倍增，不僅可降低速凝劑摻量，提高混凝土后期強(qiáng)度，還可加速混凝土凝結(jié)。

1.2 雙組分速凝劑與普通速凝劑的經(jīng)濟(jì)性對比

見表1，以C25混凝土為例，常規(guī)的水泥用量為480 kg，速凝劑摻量為水泥用量的8%，即38.4 kg;根據(jù)相關(guān)資料使用雙組分速凝劑，保證混凝土各項(xiàng)指標(biāo)的情況下，水泥用量可以降低為450 kg，雙組分速凝劑摻量可以降低為7%，即31.5 kg。其余的材料數(shù)量變化基本上可以忽略不計(jì)。水泥的單價(jià)為380元/t，速凝劑的單價(jià)為2 500元/t。每方混凝土成本可以節(jié)約：速凝劑節(jié)約成本17.25元、水泥節(jié)約成本約11.4元，合計(jì)成本節(jié)約28.65元。

1.3 雙組分速凝劑與普通速凝劑的力學(xué)性能對比

因?yàn)樗倌齽搅吭酱?，混凝土?qiáng)度越低;速凝劑摻量越小，強(qiáng)度越高。強(qiáng)度損失方面，無堿速凝劑優(yōu)于低堿速凝劑。用A組分速凝劑預(yù)拌的混凝土可選用小砂率，作業(yè)時不易堵管，能夠確切的保證實(shí)體混凝土強(qiáng)度。經(jīng)過試驗(yàn)，AB組分速凝劑抗壓強(qiáng)度比大于90%，鉆芯強(qiáng)度滿足要求。普通速凝劑噴射混凝現(xiàn)場綜合摻量達(dá)到8%左右，現(xiàn)場取芯強(qiáng)度基本上都無法滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)試驗(yàn)表明，采用相同膠凝材料用量的情況下，采用AB組分速凝劑噴射混凝土強(qiáng)度明顯比普通速凝劑噴射混凝土高。最終強(qiáng)度結(jié)果見圖1、圖2。

1.4 雙組分速凝劑對噴射混凝土工作性能的影響及最佳摻量的確認(rèn)

1.4.1 A組分對噴射混凝土工作性能的影響

根據(jù)C25噴射混凝土配合比：水泥∶砂∶碎石∶水∶

減水劑∶A料∶B料=460∶968∶730∶175∶5.52∶

6.90∶27.60進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，驗(yàn)證減水劑和A組分對噴射混凝土坍落擴(kuò)展度等工作性能的影響。普通減水劑采用中交二公局東萌工程有限公司減水劑復(fù)配中心生產(chǎn)的噴射混凝土專用減水劑，A組分為重慶錨噴建筑材料有限公司生產(chǎn)的濕噴混凝土專用催化劑（具有減水劑作用），B組分為重慶錨噴建筑材料有限公司生產(chǎn)的濕噴混凝土無堿速凝劑。在對比試驗(yàn)中，無堿速凝劑摻量均為6%。

見表2試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在減水劑摻量一定的情況下，摻入A組分可以有效提高混凝土的和易性，提高混凝土流動性，且初期強(qiáng)度相較于未摻入A組分時有所提高，但是提高效果不明顯。

同時通過試驗(yàn)可以得出，A組分最佳摻入量為膠凝材料總量的1.0%～1.5%。

1.4.2 B組分最佳摻量的確認(rèn)

根據(jù)C25噴射混凝土配合比：水泥∶砂∶碎石∶水∶

減水劑=460∶968∶730∶175∶5.52為基準(zhǔn)，A組分摻入比例為1.5%，B組分摻量選擇從5%遞增至10%進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)證。

見表3，采取現(xiàn)場噴射混凝土回彈率及有無掉塊情況確定B組分最佳摻入量：噴射混凝土用的B料摻量為6%時，該配合比強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，回彈率偏低，現(xiàn)場無掉塊;噴射混凝土用的B料摻量為5%時，該配合比強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，拱部回彈率增大，滿足規(guī)范要求，邊墻回彈變化不明顯，現(xiàn)場無掉塊;噴射混凝土用的B料摻量為4%時，該配合比強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，拱部回彈率進(jìn)一步增大，邊墻回彈率增加，拱部出現(xiàn)掉塊;噴射混凝土用的B料摻量為3%時，該配合比強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土凝結(jié)時間不滿足規(guī)范要求，終凝時間達(dá)到15 min，邊墻拱部出現(xiàn)掉塊、拱部噴射混凝土無法掛網(wǎng)形成噴射混凝土層。

噴射混凝土用的B料摻量為7%時，該配合比強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，較摻量為6%時偏低，回彈率滿足要求，拱部邊墻無掉塊，凝結(jié)比較快;噴射混凝土用的速凝劑摻量為8%，強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求，回彈率滿足要求，拱部邊墻無掉塊，凝結(jié)比較快。噴射混凝土用的速凝劑摻量為9%，噴射混凝土強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求，回彈率滿足要求，拱部邊墻無掉塊，凝結(jié)比較快。

經(jīng)綜合分析：噴射混凝土用的B料在邊墻部分的摻量為4%～5%，在拱頂部分的摻入量為6%～7%。

2 雙組分速凝劑在噴射混凝土中施工工藝研究

2.1 雙組分速凝劑噴射混凝土拌合及運(yùn)輸[2]

混凝土生產(chǎn)運(yùn)輸是施工的前提與基礎(chǔ)。首先混凝土生產(chǎn)中，根據(jù)粗集料、細(xì)集料、水泥的順序摻和攪拌，最后加入水和A組分、減水劑，攪拌時間延長到120 s。因?yàn)槎嗉尤階組分，同時為了進(jìn)一步提高噴射混凝土拌合物的工作性能，所以比普通速凝劑混凝土攪拌時間適當(dāng)進(jìn)行延長。

噴射混凝土運(yùn)輸過程中，攪拌運(yùn)輸車的滾筒應(yīng)保持勻速轉(zhuǎn)動，速度控制在3～5 r/min，并嚴(yán)禁向車內(nèi)加水。運(yùn)輸車從開始接料到卸料的時間不宜大于90 min。時間過長將影響混凝土的噴射效果，可能會出現(xiàn)回彈率大，甚至掉塊的現(xiàn)象。卸料前，攪拌運(yùn)輸車罐體宜高速旋轉(zhuǎn)20 s以上。

2.2 雙組分速凝劑噴射混凝土現(xiàn)場噴射[3]

（1）噴射作業(yè)應(yīng)分段分片進(jìn)行，噴射順序應(yīng)由上而下。（2）對受噴巖面應(yīng)用壓力水預(yù)先濕潤，對遇水易潮解的巖層可用壓風(fēng)清除巖面的松石、浮渣和塵埃。（3）在大面積噴射作業(yè)前應(yīng)先對巖面上出露的空洞、凹穴和較寬的張開裂隙進(jìn)行噴射混凝土充填。（4）噴嘴指向與受噴面應(yīng)保持90°夾角。（5）噴嘴與受噴面的距離宜不大于1.0 m。（6）噴射混凝土邊墻一次噴射厚度為80～

150 mm，拱部一次噴射厚度為60～100 mm。（7）分層噴射時，后層噴射應(yīng)在前層混凝土終凝后進(jìn)行，若終凝1 h后進(jìn)行噴射，則應(yīng)先用風(fēng)水清洗噴層表面。（8）噴射作業(yè)緊跟開挖工作面時，下一循環(huán)放炮作業(yè)應(yīng)在混凝土終凝3 h后進(jìn)行。

3 研究成效

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在噴射混凝土中使用雙組分速凝劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：

3.1 AB組分速凝劑摻量小

經(jīng)多次試驗(yàn)，AB組分綜合摻量約為6.5%，其中A組分速凝劑1.5%，B組分速凝劑（無堿）5%。單摻入無堿速凝劑的綜合摻量8.2%。雙摻量小于單摻量，因此可以節(jié)約20%～30%外加劑費(fèi)用。

3.2 混凝土實(shí)體強(qiáng)度高

因?yàn)樗倌齽搅吭酱螅炷翉?qiáng)度越低。速凝劑摻量越小，強(qiáng)度越高。強(qiáng)度損失方面，無堿速凝劑優(yōu)于低堿速凝劑。當(dāng)無堿速凝劑摻量控制在6%以內(nèi)，混凝土后期強(qiáng)度損失很小，7 d后強(qiáng)度可以繼續(xù)增加。經(jīng)濟(jì)性方面低堿速凝劑優(yōu)于無堿速凝劑。用A組分速凝劑預(yù)拌的混凝土可選用小砂率，作業(yè)時不易堵管，能夠確切的保證實(shí)體混凝土強(qiáng)度。經(jīng)過試驗(yàn)，AB組分速凝劑抗壓強(qiáng)度比大于90%，鉆芯強(qiáng)度滿足要求[4]。

3.3 使用AB組分速凝劑回彈率小

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在使用單摻無堿速凝劑時，噴射混凝土回彈率約為18%～25%。技術(shù)合格的噴射手使用組合的AB速凝劑作業(yè)基本無掉塊現(xiàn)象。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)綜合回彈率能控制在8%左右，經(jīng)濟(jì)效益特別顯著，是該產(chǎn)品的最大亮點(diǎn)。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)上述表1的數(shù)據(jù)顯示，按照噴射混凝土設(shè)計(jì)量60 000 m3計(jì)算，整個工程噴射混凝土可節(jié)約171.9萬元。

采用濕噴機(jī)械同樣可以降低人工的使用。采用濕噴機(jī)械工作只需三人便可完成噴射作業(yè)。一個操作手，兩個輔助人員。人員工資分別為：操作上18 000元/月，輔助人員7 000元/月。三人合計(jì)費(fèi)用為32 000元。采用干噴施工，至少要使用3名噴漿手、5名輔助人員。人員工資分別為：操作上10 000元/月，輔助人員7 000元/月。八人合計(jì)費(fèi)用為65 000元。采用濕噴機(jī)械減少了人工成本33 000元/月。但是增加了濕噴機(jī)械的租賃費(fèi)用約10萬元/月。

施工進(jìn)度角度來講：采用濕噴機(jī)械，每個循環(huán)噴漿時間縮短至5 h;采用干噴，每個循環(huán)噴漿時間為9 h。全部采用濕噴比干噴施工每個循環(huán)的時間可以縮短4～5 h。每個月可以多施工5～6個循環(huán)，形象進(jìn)度增加10～15 m的進(jìn)尺，有效地縮短工期。

5 結(jié)語

控制噴射混凝土的回彈量就是控制噴漿作業(yè)時不掉塊，要實(shí)現(xiàn)不掉塊唯一辦法是加速混凝土凝結(jié)時間。影響混凝士凝結(jié)時間的四個材料分別是水泥、砂、減水劑、速凝劑。決定因素并非是這四種產(chǎn)品質(zhì)量各自有多好，而是由它們之間的相容性、互補(bǔ)性、排他性所決定。只要解決了各種材料的相容性、互補(bǔ)性、排他性，就能做好噴射混凝土。雙組分速凝劑在噴射混凝土中的使用，正是基于這樣的理論，在保證混凝土強(qiáng)度、噴射效果的情況下，有效地降低了回彈率、降低了混凝土的成本。

在降低噴射混凝土成本方面，其實(shí)還有很多的路要走，比如可以選擇摻入一定量的外摻料（粉煤灰、礦渣粉）?？墒峭鈸搅系氖褂?，也需要像雙組分速凝劑這樣優(yōu)秀的產(chǎn)品，給噴射混凝土質(zhì)量提供高效的保證，扭轉(zhuǎn)噴射混凝土強(qiáng)度通常都不能滿足設(shè)計(jì)要求。在強(qiáng)度、回彈率、泵送效果優(yōu)良的前提下，使用高效速凝劑催化劑，降低速凝劑的真實(shí)摻量，才是噴射混凝土研究的一種新方向。

參考文獻(xiàn)

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[3]巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范：GB 50086

—2015[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2015.

[4]錢大行，陳文娟，于建林，等.速凝劑對噴射砼性能影響的研究[J].水泥工程，2003（4）：12-14.