新型速凝剂与防腐剂复合在机制砂湿喷混凝土中的应用研究

胡润生，何文敏

1.中铁十一局集团第四工程有限公司中心试验室，湖北武汉，430074；2.城市轨道交通新材料陕西省高校工程研究中心，陕西渭南，714000

0 引言

为保护劳动者健康及提高喷射混凝土质量，湿喷混凝土替代干喷混凝土占据主体地位，液体低碱与无碱速凝剂替代粉体速凝剂成为主流，同时随着天然砂供应紧缺，机制砂逐渐大范围使用，复杂地质环境下通常需要多种外加剂复合，湿喷混凝土质量波动大、成本高的问题成为施工企业关注的焦点[1]。因此，本文以新建玉溪至磨憨铁路YMZQ-9标段复杂地质条件下湿喷混凝土为例，开展了新型速凝剂与防腐剂复合在机制砂湿喷混凝土中质量研究及成本分析，以期为同类项目提供借鉴[2]。

1 工程概况

新建玉溪至磨憨铁路YMZQ-9标段位于云南省普洱市墨江哈尼族自治县境内，正线长度20.482km，有新华隧道（13384m）、石头寨隧道2 座，占正线长度99.48%。隧道进口端仅有小路到达，隧道出口端无乡村道路相通，交通极为不便。具“三高”（高地热、高地应力、高地震烈度）、“四活跃”（活跃的新构造运动、活跃的地热水环境、活跃的外动力地质条件、活跃的岸坡浅表改造过程）的特征[3]。

2 工程材料与试验方案

2.1 工程材料

水泥就近选用P.O 42.5；沿线水系发育，地表水资源丰富，采用河中取水和打井取水；沿线分布有碳酸盐岩代表性岩石的石灰岩、白云质灰岩和白云岩，可加工混凝土用粗骨料及机制砂，粗骨料粒径为5～10mm，连续级配，砂为机制砂，其粒径为0～4.75mm；选定了一种中性、无毒、环保的材料为其助凝组分（简称A组分），在此基础上，将几种有机酸注入其中（简称B组分），制备无碱速凝剂；混凝土抗侵蚀防腐剂 SA-100A；聚羧酸高性能减水剂，固含量为23.3%，减水率为28.5%。

2.2 测试性能与方法

依据《混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂》（JC/T1011-2006）测试防腐剂的理化性能；依据《喷射混凝土用速凝剂》（GB/T 35159-2017）测试速凝剂性能；依据《水泥与减水剂相容性试验方法》（JC/T1083— 2008）测定多种外加剂相容性；依据《喷射混凝土应用技术规程》（JGJT372-2016）测试喷射混凝土的回弹率及抗压强度。速凝剂、防腐剂主要性能检测指标如表1、表2、表3、表4所示。

表1 AB 速凝剂匀质性指标

表2 防腐剂匀质性指标

表3 AB 速凝剂物理性能检测结果

表4 防腐剂物理性能检测结果

3 结果与分析

3.1 相容性分析

就近选择西麟、天恒、永发3种品牌水泥，测试防腐剂、AB速凝剂与水泥的相容性，试验结果如表5所示。结果表明，当防腐剂与普通速凝剂复合，普通速凝剂掺量为6%时，水泥浆初凝时间均小于5mins、终凝时间均小于12mins，基本满足要求；当防腐剂与AB速凝剂复合时，AB速凝剂掺量为2%时，初凝时间与终凝时间均明显缩短，这说明防腐剂及AB速凝剂复配与水泥的相容性更好[4]。

表5 防腐剂、AB 速凝剂与水泥相溶性试验

3.2 湿喷混凝土配合比

以C25强度要求设计湿喷混凝土配合比，坍落度控制在160±20mm，反复调整各材料用量确定的基准配合比，砂率取50%，防腐剂掺量6%、AB速凝剂掺量2%、减水剂掺量0.9%，水胶比为0.45，配合比如表6所示。

表6 C25 喷射混凝土配合比设计

3.3 现场性能检测

在新华隧道2号横洞共计15m长的隧道开展试验，1个试验段长度3m，分5个试验段开展，采用CHP30F湿喷机，一次喷射厚度为50～60mm，统计各掺量下整个断面的回弹率平均值，并制作喷射大板检测28d抗压强度。试验结果如表7、表8所示，可见速凝剂实际掺量为2.6%左右时，湿喷混凝土的回弹率平均值为13.8%，抗压强度满足C25设计要求[5]。

表7 C25 湿喷射混凝土回弹率检测结果

表8 28d 抗压强度检测结果

3.4 成本分析

（1）使用防腐剂、常规速凝剂每立方米喷射混凝土外加剂费用

①防腐剂：0.40t（水泥）/m3×6%（掺量）×1650元/t（单价）=39.6元/m3

②速凝剂：0.40t（水泥）/m3×6%（掺量）×1980元/t（单价）=47.52元/m3

③减水剂：0.40t（水泥）/m3×0.9%（掺量）×3300元/t（单价）=11.88元/m3

（2）使用防腐剂、AB速凝剂每立方米喷射混凝土外加剂费用

①防腐剂：0.40t（水泥）/m3×6%（掺量）×1650元/t（单价）=39.6元/m3

②AB速凝剂：0.40t（水泥）/m3×2.6%（掺量）×2350元/t（单价）=24.59元/m3

③减水剂：0.40t（水泥）/m3×0.9%（掺量）×3300元/t（单价）=11.88元/m3

与使用普通速凝剂相比较发现，使用AB速凝剂，每立方米喷射混凝土节约外加剂费用99.0元/m3-76.07元/m3=22.93元/m3。

4 结语

将助凝组分A组分与几种有机酸B组分复合，制备无碱速凝剂，喷射混凝土使用防腐剂和AB速凝剂后可以发现：①防腐剂与AB速凝剂复合时，初凝和终凝时间缩短，防腐剂及AB速凝剂复配与水泥的相容性更好；②当速凝剂的掺量减少4%的时候，湿喷混凝土的回弹率平均值及抗压强度更能满足设计的要求；③使用AB速凝剂，每立方米喷射混凝土节约外加剂费用节约22.93元/m3。因此在机制砂湿喷混凝土制作过程中，合适的掺量在工程建设中具有更大的优势。