浅谈速凝剂掺量对喷射混凝土性能的影响

喻巧林

(湖州市公路水运工程监理咨询有限公司， 浙江 湖州 313000)

浅谈速凝剂掺量对喷射混凝土性能的影响

喻巧林

(湖州市公路水运工程监理咨询有限公司， 浙江 湖州 313000)

喷射混凝土在工程建设实施过程中起着重要的作用,其核心灵魂速凝剂掺量的多少直接影响着混凝土各项性能指标。今通过选取不同掺量的多组样品进行比对试验,从而更好地了解在实际施工过程中速凝剂掺量对喷射混凝土强度及回弹率的变化规律。

速凝剂掺量;喷射混凝土;强度

随着社会的进步,施工建设的技术在日渐完善、推陈出新,人们对混凝土有着更高的要求,喷射混凝土就是其中一项。它是借助喷射机械,利用压缩空气或其他动力,将掺有速凝剂的拌合物通过管道输送,并以机械设备高速喷射到结构表面或直接作用于岩体使其凝结硬化的技术,主要起结构物加强及保护作用。它可以有效加快施工进度,节约成本,在现阶段工程建设中广泛使用。但部分工程为追求短期效益而不顾社会效益,以混凝土强度及耐久性为代价,盲目使用速凝剂,从而引发诸多质量事故[1]。本文将以比对试验的形式,对速凝剂在不同掺量下的试配来观察在湿喷情况下对喷射混凝土性能的影响。

1 速凝剂的分类及作用机理

1.1 分类

速凝剂主要分为2种,液体速凝剂和粉状速凝剂,其中粉状速凝剂因危害太大被液体速凝剂逐步取代。

1.2 作用机理

1)液体速凝剂在早期生产水化铝酸钙而使水泥速凝。即碱性物质在加水拌合时,立即与水泥中起缓凝作用的石膏发生反应形成硫酸钠而消除石膏的缓凝作用,使得水泥中,C3A(铝酸三钙)迅速发生水化,并在溶液中析出水化铝酸钙导致水泥快速凝结硬化,它是喷射混凝土早期强度的主要来源。

2) 液体速凝剂同时在早期也会形成钙矾石并加速 C3S(硅酸三钙)水化而使得水泥速凝。即铝氧熟料类速凝剂各组分与水泥中的石膏发生化学反应,速凝剂反应产生的NaOH 与石膏作用生成NaSO4,使得石膏含量迅速减少,导致 C3A迅速发生水化生产钙矾石,同时降低液相Ca(OH)2浓度,加速C3S水化,促使水泥浆体速凝,达到速凝的目的。

2 工程实例

本项目为申嘉湖高速公路湖州鹿山至安吉孝源段工程第3合同段,设置特长隧道1座,即长安隧道,长度如下：左洞ZK122+463～ZK125+580,全长3 117 m；右洞YK122+495～YK125+595,全长3 100 m。因本项目地处山区,隧道占比极大,喷射混凝土大量用于隧道仰拱初期支护,所以喷射混凝土质量直接影响工程质量。

2.1 材料使用情况

2.1.1 水泥

由湖州南方水泥制造有限公司生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥；其中力学性能、凝结时间见表1。

表1 水泥力学性能、凝结时间

2.1.2 细骨料

采用由玄武岩和闪长岩岩屑组成的人工砂,细度模数2.9,表观密度2 710 kg/m3,石粉含量5.4%。

2.1.3 粗集料

采用5～10 mm单粒级配碎石,表观密度:2 690 kg/m3。

2.1.4 减水剂

使用浙江五龙有限公司生产的聚羧酸系高性能减水剂(缓凝型),减水率27%；掺量1%。

2.1.5 速凝剂

使用浙江五龙有限公司生产的HX-1型液体速凝剂,厂家推荐掺量4%,经试验后得1 d抗压强度比9.5%,28 d抗压强度比78%。

以上材料其他数据均满足标准《铁路混凝土工程施工质量验收标准(TB 10424—2010)》要求,在此不赘述。

2.2 配合比

工程所使用的配合比强度等级为C25,出机温度约为28 ℃,坍落度为80～120 mm,拌合物粘聚性良好,无离析现象。分别掺入速凝剂0%、2%、4%、6%、8%五组样品模拟现场施工情况，按规范要求进行比对试验。配合比的详细数据见表2。

表2 材料配合比

3 试验结果分析

3.1 掺入不同掺量速凝剂对混凝土强度的影响

将不同掺量下的速凝剂作用于混凝土现场试验后得出数据见表3。

表3 不同掺量速凝剂对混凝土强度的影响

1) 由表3分析可得,在混凝土中掺入速凝剂后,随着掺量逐步增加至推荐掺量时,喷射混凝土的1 d强度会有较大幅度提升,在推荐掺量(4%)下混凝土1 d强度甚至达到了混凝土标号的70%；但随着速凝剂掺量继续增加,混凝土强度却并没有如想象中继续大幅度增加,而是逐步变缓,尤其是当掺量从6%提升至8%时,强度增加几乎微乎其微[2]。

2)可以看出,随着速凝剂掺量的增加,混凝土28 d强度会降低,而且降低速度会随着掺量的增加变得越来越快[3]。在推荐掺量下(4%)混凝土强度约降低了14%，而当速凝剂掺量增加到8%时,混凝土强度相较于0%掺量的混凝土强度已经降低了40%之多,甚至已经达不到设计的要求。

总的来说,混凝土强度和掺量变化并不是线性关系, 6%掺量下早期强度相较4%略有提高,但后期强度不甚理想；而2%掺量下后期强度虽然可以保证,但早期强度却无法满足施工要求。所以，过小或过大的速凝剂掺量都会极大影响混凝土早期或后期强度,只有在厂家推荐掺量下,混凝土总体强度才会获得最优值[2]。

3.2 掺入不同掺量速凝剂对现场施工的影响

在现场施工前,按要求清理施工面粉尘并喷射一层水泥浆,湿喷机将混凝土送至喷口,在喷口处加入速凝剂后喷出,输料管长度为15 m,喷嘴与喷射岩面的距离约为0.8～1.2 m,喷射机风压控制在0.2～0.45 MPa。实际测得回弹率见表4。

表4 不同掺量下的回弹率

规范要求规定,喷射边墙时回弹率不应超过混合料重量15%,拱顶不超过20%。在2%掺量下混凝土的凝结时间过长,且速凝剂掺量太少无法将其均匀地作用于混凝土中,导致回弹率偏高；而在6%和8%情况下的混凝土的回弹率相较4%掺量下虽略有降低,但并不明显,反而会大幅度增加使用成本。

4 结 语

速凝剂在喷射混凝土施工中,是不可缺少的添加剂。在现场施工中,部分施工人员因为不了解速凝剂的作用机理和各方面影响因素,光是图方便、图效益,擅自去增加或减少速凝剂掺量,都会极大影响施工进度及混凝土性能,从而引发工程事故。所以在使用速凝剂时,应经多次试验确定最佳掺量,反复确认，以保证混凝土在各方面都有较好性能。择其最优值,并在现场施工时严格控制掺速凝剂用于混凝土中的掺量,以保证现场施工质量。

[1] 潘志华,程建坤.水泥速凝剂研究现状及发展方向[J].建井技术,2005,26(5)：22- 27.

[2] 汪澜.水泥混凝土:组成·性能·应用[M].北京：中国建材工业出版社, 2005.

[3] 孙凯,陶丽,李莉,等.用于喷射混凝土的低碱性速凝剂研究[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，湖南宁乡人，工程师，从事工程试验检测工作。

TU528.042

B

1008- 3707(2017)04- 0043- 02