北方寒區(qū)輸水隧洞噴射混凝土速凝劑性能指標(biāo)試驗(yàn)研究

黃云海

(遼寧西北供水有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 1172000)

干法和濕法噴射混凝土是當(dāng)前輸水隧洞內(nèi)襯混凝土主要的噴射方式，干法噴混凝土的速凝劑主要在攪拌均勻的水泥和骨料運(yùn)輸?shù)絿娚錂C(jī)處后再進(jìn)行添加，這種方式工作環(huán)境由于混凝土噴射時(shí)產(chǎn)生較大的回彈率具有很大的粉塵，影響工作環(huán)境[1]。濕法噴混凝土在攪拌均勻的骨料和水泥通過(guò)機(jī)械噴槍通過(guò)管路壓送到噴頭后添加速凝劑后通過(guò)空氣壓縮噴射混凝土，這種噴射方式由于混凝土具有較小的回彈率，使得噴射時(shí)粉塵明顯少于干法噴混凝土，施工環(huán)境得到明顯改善[2]。兩種混凝土噴射方式在冬季施工時(shí)都需要添加速凝劑，但速凝劑的種類(lèi)和其初凝時(shí)間對(duì)于噴射混凝土的施工質(zhì)量影響較為明顯[3]。當(dāng)前對(duì)于噴射混凝土速凝劑性能試驗(yàn)取得一定研究成果[4-8]，但立足于北方寒區(qū)水工噴射混凝土研究還較少，為此文章選用三種常用的速凝劑，對(duì)遼寧某輸水工程能進(jìn)行試驗(yàn)研究，研究成果對(duì)于北方寒區(qū)輸水隧洞噴射混凝土質(zhì)量控制措施具有重要參考價(jià)值。

1 主要速凝劑性能指標(biāo)

粉狀速凝劑和液體速凝劑是噴射混凝土施工時(shí)主要添加的兩種速凝劑類(lèi)型，鋁氧熟料-碳酸鹽類(lèi)和鋁氧熟料-明礬石系粉狀速凝劑，無(wú)堿液體速凝劑和其它類(lèi)型液體速凝劑主要采用硫酸鋁作為主要材料。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)主要使用的速凝劑有主要成分為鋁氧熟料的粉狀速凝劑、主要成分為水玻璃的堿性液體速凝劑以及主要成分為硫酸鋁的無(wú)堿液體速凝劑；其中堿性速凝劑使混凝土的后期強(qiáng)度和抗?jié)B性一定程度降低，而無(wú)堿液體速凝劑可以很大程度提高混凝土的后期強(qiáng)度和抗?jié)B性能，并且對(duì)人體皮膚不造成損傷，因此在水利工程中開(kāi)始被廣泛應(yīng)用，為此文章選擇以上3種混凝劑進(jìn)行基本性能試驗(yàn)。常用速凝劑性能試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 常用速凝劑性能試驗(yàn)結(jié)果

三種速凝劑凝結(jié)時(shí)間較為接近，摻量最高的為無(wú)堿液體速凝劑，達(dá)到6.9%，粉體堿性速凝劑和堿液體速凝劑的速凝劑的摻量相對(duì)較低，分別為3.5%和3.2%。粉狀速凝劑的1d抗壓強(qiáng)度略高于無(wú)堿液體速凝劑和堿液體速凝劑。無(wú)堿液體速凝劑28d抗壓強(qiáng)度比最大，粉體堿性速凝劑28d抗壓強(qiáng)度比最低。液體速凝劑的回彈率要明顯低于粉狀速凝劑的回彈率。無(wú)堿液體速凝劑的總堿量最低，為0.39%，粉體堿性速凝劑總堿量最高，可達(dá)6.2%。當(dāng)堿活性或堿活性骨料疑似在混凝土中骨料中存在時(shí)，不應(yīng)采用堿性速凝劑而應(yīng)該將無(wú)堿液體速凝劑作為其噴射混凝土的速凝劑。因此，無(wú)堿液體速凝劑適宜在水利工程射混凝土中優(yōu)先選用，不僅能提升后期混凝土的穩(wěn)定程度，也可縮減混凝土的回彈率，延長(zhǎng)水工混凝土的使用周期。

2 速凝劑不同初凝時(shí)間下回彈率指標(biāo)試驗(yàn)分析

干、濕兩種混凝土噴射方式下按照《噴射混凝土用速凝劑》(JC477)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其速凝劑的初凝時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，并對(duì)不同初凝時(shí)間下兩種噴射混凝土方式下的回彈率指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，速凝劑初凝時(shí)間對(duì)回彈率的影響，見(jiàn)表2。

從速凝劑不同初凝時(shí)間下噴射混凝土回彈率指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果可分析，干噴和濕噴混凝土方式下當(dāng)初凝時(shí)間分別介于2-4min及3-5min時(shí)其回彈率可達(dá)到最佳效果。為此，按照以上兩個(gè)混凝土初凝時(shí)間對(duì)干噴混凝土及濕噴混凝土的初凝時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制。

表2 速凝劑初凝時(shí)間對(duì)回彈率的影響

3 粉煤灰摻量對(duì)噴射混凝土的影響

3.1 粉煤灰摻量對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響

粉煤灰摻量對(duì)速凝劑初凝時(shí)間影響較大，為此文章對(duì)粉體及無(wú)堿液體兩種類(lèi)型速凝劑在不同粉煤灰摻量下凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行分析。粉煤灰摻量對(duì)水泥凈漿的凝結(jié)時(shí)間的影響，見(jiàn)表3。

從粉煤灰摻量對(duì)水泥凈漿的凝結(jié)時(shí)間的影響可看出，粉煤灰摻量和速凝劑的凝結(jié)時(shí)間呈現(xiàn)正相關(guān)性，其摻量介于22-43%之間其和速凝劑的凝結(jié)時(shí)均不能滿足噴射混凝土用速凝劑》(JC477)標(biāo)準(zhǔn)要求。粉煤灰摻量到22%時(shí)無(wú)堿液體速凝劑凝結(jié)時(shí)間也不能滿足≤5min的標(biāo)準(zhǔn)要求。粉煤灰在粉體堿性速凝劑和無(wú)堿液體速凝劑的最大摻量分別為22%和19%。

表3 粉煤灰摻量對(duì)水泥凈漿的凝結(jié)時(shí)間的影響

3.2 粉煤灰摻量對(duì)噴射混凝土強(qiáng)度的影響

對(duì)不同類(lèi)型混凝土的抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰摻量變化影響進(jìn)行試驗(yàn)分析，干噴混凝土強(qiáng)度隨粉煤灰摻量變化分，見(jiàn)表4；濕噴混凝土強(qiáng)度隨粉煤灰摻量變化分析，見(jiàn)表5。

表4 干噴混凝土強(qiáng)度隨粉煤灰摻量變化分析

表5 濕噴混凝土強(qiáng)度隨粉煤灰摻量變化分析

從干噴和濕噴兩種混凝土噴射方式抗壓強(qiáng)度隨著煤灰摻量變化可看出，當(dāng)粉煤灰在干噴混凝土的摻量為9%時(shí)，其不同類(lèi)型噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高值，隨著粉煤灰摻量的增加后期抗壓強(qiáng)度逐步減小，在逐步趨于穩(wěn)定變化，因此粉煤灰摻量越高，干噴混凝土方式下的抗壓強(qiáng)度不一定逐步增加。而對(duì)于濕噴混凝土方式下其強(qiáng)度也隨著粉煤灰摻量的增加先遞增再減小后期逐步趨于穩(wěn)定變化，當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到14%時(shí)其抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高值，后隨著粉煤灰摻量的增加在逐步減小，后期趨于穩(wěn)定變化。加入粉煤灰后，其混凝土抗壓強(qiáng)度相比于未摻入粉煤灰前均有明顯增加，建議干噴混凝土粉煤灰摻量控制在約9%，濕噴混凝土粉煤灰摻量控制在約14%。

4 試驗(yàn)結(jié)論

1)當(dāng)堿活性或堿活性骨料疑似在混凝土中骨料中存在時(shí)，不應(yīng)采用堿性速凝劑而應(yīng)該將無(wú)堿液體速凝劑作為其噴射混凝土的速凝劑。因此，無(wú)堿液體速凝劑適宜在水利工程射混凝土中優(yōu)先選用，不僅能提升后期混凝土的穩(wěn)定程度，也可縮減混凝土的回彈率，延長(zhǎng)水工混凝土的使用周期。。

2)粉煤灰摻量到22%時(shí)無(wú)堿液體速凝劑凝結(jié)時(shí)間也不能滿足≤5min的標(biāo)準(zhǔn)要求。粉煤灰在粉體堿性速凝劑和無(wú)堿液體速凝劑的最大摻量分別為22%和19%。

3)加入粉煤灰后，其混凝土抗壓強(qiáng)度相比于未摻入粉煤灰前均有明顯增加，建議干噴混凝土粉煤灰摻量控制在約9%，濕噴混凝土粉煤灰摻量控制在約14%。