北方寒區(qū)水利工程噴射混凝土速凝劑性能試驗(yàn)分析

李 瑩

(盤(pán)山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 盤(pán)錦 124010)

速凝劑通過(guò)攪拌機(jī)與水工混凝土原料經(jīng)過(guò)輸送管道采用噴射方式對(duì)水工混凝土表層進(jìn)行快速凝結(jié)支護(hù)[1]。按施工機(jī)械的不同，可分為干法噴射混凝土和濕法噴射混凝土。在進(jìn)行水工混凝土攪拌骨料運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)采用干法噴射混凝土進(jìn)行速凝劑的添加，這種傳統(tǒng)方式對(duì)于水工混凝土噴射施工時(shí)由于回彈影響產(chǎn)生較多的粉塵，使得施工環(huán)境被破壞[2-4]。而采用濕法進(jìn)行混凝土噴射時(shí)速凝劑主要通過(guò)噴槍管路進(jìn)行壓送，這種方式混凝土噴射回彈率較低，噴射粉塵得到明顯降低，有效改善施工環(huán)境[5]。對(duì)于兩種混凝土噴射方式而言，速凝劑都需要在混凝土噴射過(guò)程中進(jìn)行添加，尤其對(duì)于北方較為寒冷的地區(qū)而言，添加速凝劑可以提高混凝土的噴射質(zhì)量，提升其耐久性。當(dāng)前對(duì)于水工混凝土噴射速凝材料的分析試驗(yàn)國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)展不少研究，但對(duì)于其低溫性能的影響試驗(yàn)研究還相對(duì)較少，為提高北方寒冷地區(qū)水工混凝土噴射質(zhì)量，文章針對(duì)三種常用速凝劑進(jìn)行性能比測(cè)試驗(yàn)，研究成果對(duì)于北方寒冷地區(qū)水工混凝土施工具有借鑒和推廣應(yīng)用價(jià)值[6-8]。

1 速凝劑主要性能試驗(yàn)

在水利工程噴射混凝土過(guò)程中速凝劑作為外加劑可使得混凝土硬化凝結(jié)較為快速。按產(chǎn)品的形態(tài)，速凝劑可分為粉狀速凝劑和液體速凝劑。其中，粉狀速凝劑可分為鋁氧熟料-碳酸鹽類(lèi)和鋁氧熟料-明礬石系；液體速凝劑可分為以水玻璃(硅酸鈉)為主的堿性液體速凝劑、以硫酸鋁為主的無(wú)堿液體速凝劑和其它類(lèi)型液體速凝劑。鋁氧熟料的粉狀速凝劑、堿性及無(wú)堿性液體速凝劑是當(dāng)前國(guó)內(nèi)水利工程混凝土噴射主要選用的3種速凝劑材料，在3種速凝劑材料中，堿性速凝劑可相對(duì)降低混凝土的強(qiáng)度和滲透性能，而無(wú)堿性速凝劑可一定程度提高其性能指標(biāo)，且對(duì)施工人員健康影響相對(duì)較低，因此國(guó)內(nèi)施工中應(yīng)用相對(duì)較多，三類(lèi)速凝劑主要性能對(duì)比如表1所示。

表1 3種速凝劑性能試驗(yàn)結(jié)果

從3種速凝劑抗壓強(qiáng)度以及回彈率基本性能試驗(yàn)結(jié)果可看出，當(dāng)各速凝劑具有相同的的凝結(jié)時(shí)間時(shí)，無(wú)堿液體速凝劑的摻量最高，為7%，其次為粉體堿性速凝劑，有堿液體速凝劑的速凝劑的摻量最低為4%。1d抗壓強(qiáng)度對(duì)于三種速凝劑而言基本相同，粉狀速凝劑約偏高于其他兩種速凝劑。無(wú)堿液體速凝劑的28d抗壓強(qiáng)度比最大，其次為有堿液體速凝劑，粉體堿性速凝劑最低為76%，粉狀速凝劑的回彈率明顯高于液體速凝劑的回彈率。無(wú)堿液體速凝劑的總堿量最低，為0.35%，其次為有堿液體速凝劑，總堿量最高的為粉體堿性速凝劑。當(dāng)混凝土骨料中存在堿性時(shí)應(yīng)采用無(wú)堿液體速凝劑當(dāng)混凝土噴射施工時(shí)進(jìn)行添加，因此對(duì)于北方寒區(qū)噴射水工混凝土?xí)r要首選無(wú)堿液體速凝劑進(jìn)行添加，可以有效提升混凝土噴射施工質(zhì)量并降低噴射回彈率，提供水利工程的生命周期[9-11]。

2 噴射混凝土回彈率變化影響

速凝劑的初凝時(shí)間按照《噴射混凝土用速凝劑》(JC477)進(jìn)行兩種噴射方式的設(shè)定，并對(duì)不同方式下的混凝土噴射回彈率進(jìn)行測(cè)定，檢測(cè)結(jié)果分別如表2和表3所示。

表2 速凝劑初凝時(shí)間對(duì)回彈率的影響

從表2和表3 干、濕噴射混凝土回彈率受速凝劑初凝時(shí)間影響試驗(yàn)結(jié)果可看出，噴射混凝土在兩種噴射方式下其混凝土初凝時(shí)間分別控制在4min以?xún)?nèi)，且均可具有較低的回彈率，因此在進(jìn)行噴射混凝土施工時(shí)，要嚴(yán)格按照干噴方式下2min-3min和濕噴3min-4min嚴(yán)格控制混凝土初凝時(shí)間。

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

速凝劑初凝時(shí)間受粉煤灰摻量影響程度較高，為此對(duì)粉煤灰不同摻量下粉體及無(wú)堿液體兩種速凝劑的初凝時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，如表3所示。

表3 粉煤灰摻量對(duì)水泥凈漿的凝結(jié)時(shí)間的影響

從試驗(yàn)結(jié)果可看出，隨著粉煤灰摻量的增多其速凝劑的凝結(jié)時(shí)間也逐步增加，初凝時(shí)間當(dāng)粉煤灰摻量在25%-35%之間時(shí)其不能滿足混凝土噴射施工的質(zhì)量規(guī)范要求。而對(duì)于無(wú)堿液體而言當(dāng)加入25%的粉煤灰摻量其初凝時(shí)間也低于5min，不能滿足混凝土噴射施工的質(zhì)量規(guī)范的凝結(jié)時(shí)間高于5min的規(guī)范要求。因此對(duì)于粉體堿性和無(wú)堿液體速凝劑而言其粉煤灰摻量最高值25%和20%[12-15]。

3.2 粉煤灰摻量對(duì)噴射混凝土強(qiáng)度的影響

對(duì)混凝土噴射強(qiáng)度受不同粉煤灰摻量影響進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 干噴混凝土強(qiáng)度隨粉煤灰摻量變化分析

從試驗(yàn)結(jié)果可看出，噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量增加而先增后減變化。當(dāng)粉煤灰在干噴混凝土的摻量為10%時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)值。粉煤灰摻量在干噴混凝土的含量為20%時(shí)，其粉煤灰摻加前后的抗壓強(qiáng)度基本接近。當(dāng)粉煤灰摻量在干噴混凝土的含量高于20%時(shí)，摻加粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度高于粉煤灰摻入前的抗壓強(qiáng)度。濕噴混凝土抗壓強(qiáng)度峰值出現(xiàn)在15%的粉煤灰摻量。當(dāng)粉煤灰在濕噴混凝土的摻量達(dá)到25%時(shí)，粉煤灰摻加后和摻入前抗壓強(qiáng)度基本接近，當(dāng)粉煤灰在濕噴混凝土的摻量高于25%時(shí)，不摻加粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度高于摻加粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度。

表5 濕噴混凝土強(qiáng)度隨粉煤灰摻量變化分析

4 硅灰對(duì)噴射混凝土性能的影響

硅灰是一種二氧化硅為主要成分的高性能礦物外加劑，其主要用于提高水利工程噴射混凝土的穩(wěn)定程度，具體試驗(yàn)指標(biāo)性能如表6所示。

表6 硅灰對(duì)干噴和濕噴混凝土性能的影響

噴射混凝土性能指標(biāo)通過(guò)摻加硅灰后得到顯著提高，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①1d和28d抗壓強(qiáng)度在摻加硅灰后明顯提升；②噴射混凝土的回彈率在摻加硅灰后尤其是干噴混凝土均有顯著降低，其中干噴混凝土的回彈率降低了45%左右，從而提高了材料的經(jīng)濟(jì)效益；③噴射混凝土滲透高度摻加硅灰后顯著減小，其中干噴、濕噴混凝土的滲透高度分別降低50%和45%以上。綜合混凝土的抗?jié)B性在摻用硅灰后顯著提高，噴射混凝土耐久也顯著增強(qiáng)。

試驗(yàn)結(jié)論：

1)當(dāng)混凝土骨料中存在堿性時(shí)應(yīng)采用無(wú)堿液體速凝劑當(dāng)混凝土噴射施工時(shí)進(jìn)行添加，因此對(duì)于北方寒區(qū)噴射水工混凝土?xí)r要首選無(wú)堿液體速凝劑進(jìn)行添加，可以有效提升混凝土噴射施工質(zhì)量并降低噴射回彈率，提供水利工程的生命周期。就速凝劑總堿量而言，其排序分別為粉體堿性>有堿液體>粉體堿性

2)噴射混凝土凝結(jié)時(shí)間隨著粉煤灰摻量的增加而連續(xù)遞增，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建議分別為25%和20%。

3)摻加硅灰后噴射混凝土的回彈率減少，特別是干噴混凝土的回彈率降低了45%左右，從而提高了材料的經(jīng)濟(jì)效益，此外摻加硅灰后噴射混凝土滲透高度明顯降低。