北方寒區水利工程噴射混凝土速凝劑性能試驗分析

李 瑩

(盤山縣農業水利事務服務中心，遼寧 盤錦 124010)

速凝劑通過攪拌機與水工混凝土原料經過輸送管道采用噴射方式對水工混凝土表層進行快速凝結支護[1]。按施工機械的不同，可分為干法噴射混凝土和濕法噴射混凝土。在進行水工混凝土攪拌骨料運輸過程中對采用干法噴射混凝土進行速凝劑的添加，這種傳統方式對于水工混凝土噴射施工時由于回彈影響產生較多的粉塵，使得施工環境被破壞[2-4]。而采用濕法進行混凝土噴射時速凝劑主要通過噴槍管路進行壓送，這種方式混凝土噴射回彈率較低，噴射粉塵得到明顯降低，有效改善施工環境[5]。對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程中進行添加，尤其對于北方較為寒冷的地區而言，添加速凝劑可以提高混凝土的噴射質量，提升其耐久性。當前對于水工混凝土噴射速凝材料的分析試驗國內已經開展不少研究，但對于其低溫性能的影響試驗研究還相對較少，為提高北方寒冷地區水工混凝土噴射質量，文章針對三種常用速凝劑進行性能比測試驗，研究成果對于北方寒冷地區水工混凝土施工具有借鑒和推廣應用價值[6-8]。

1 速凝劑主要性能試驗

在水利工程噴射混凝土過程中速凝劑作為外加劑可使得混凝土硬化凝結較為快速。按產品的形態，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、以硫酸鋁為主的無堿液體速凝劑和其它類型液體速凝劑。鋁氧熟料的粉狀速凝劑、堿性及無堿性液體速凝劑是當前國內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，堿性速凝劑可相對降低混凝土的強度和滲透性能，而無堿性速凝劑可一定程度提高其性能指標，且對施工人員健康影響相對較低，因此國內施工中應用相對較多，三類速凝劑主要性能對比如表1所示。

表1 3種速凝劑性能試驗結果

從3種速凝劑抗壓強度以及回彈率基本性能試驗結果可看出，當各速凝劑具有相同的的凝結時間時，無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抗壓強度對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。無堿液體速凝劑的28d抗壓強度比最大，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。當混凝土骨料中存在堿性時應采用無堿液體速凝劑當混凝土噴射施工時進行添加，因此對于北方寒區噴射水工混凝土時要首選無堿液體速凝劑進行添加，可以有效提升混凝土噴射施工質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

速凝劑的初凝時間按照《噴射混凝土用速凝劑》(JC477)進行兩種噴射方式的設定，并對不同方式下的混凝土噴射回彈率進行測定，檢測結果分別如表2和表3所示。

表2 速凝劑初凝時間對回彈率的影響

從表2和表3 干、濕噴射混凝土回彈率受速凝劑初凝時間影響試驗結果可看出，噴射混凝土在兩種噴射方式下其混凝土初凝時間分別控制在4min以內，且均可具有較低的回彈率，因此在進行噴射混凝土施工時，要嚴格按照干噴方式下2min-3min和濕噴3min-4min嚴格控制混凝土初凝時間。

3 粉煤灰摻量對噴射混凝土的影響

3.1 粉煤灰摻量對凝結時間的影響

速凝劑初凝時間受粉煤灰摻量影響程度較高，為此對粉煤灰不同摻量下粉體及無堿液體兩種速凝劑的初凝時間進行試驗，如表3所示。

表3 粉煤灰摻量對水泥凈漿的凝結時間的影響

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

3.2 粉煤灰摻量對噴射混凝土強度的影響

對混凝土噴射強度受不同粉煤灰摻量影響進行試驗，試驗結果如表4所示。

表4 干噴混凝土強度隨粉煤灰摻量變化分析

從試驗結果可看出，噴射混凝土的抗壓強度隨著粉煤灰摻量增加而先增后減變化。當粉煤灰在干噴混凝土的摻量為10%時，抗壓強度達到最優值。粉煤灰摻量在干噴混凝土的含量為20%時，其粉煤灰摻加前后的抗壓強度基本接近。當粉煤灰摻量在干噴混凝土的含量高于20%時，摻加粉煤灰混凝土的抗壓強度高于粉煤灰摻入前的抗壓強度。濕噴混凝土抗壓強度峰值出現在15%的粉煤灰摻量。當粉煤灰在濕噴混凝土的摻量達到25%時，粉煤灰摻加后和摻入前抗壓強度基本接近，當粉煤灰在濕噴混凝土的摻量高于25%時，不摻加粉煤灰混凝土的抗壓強度高于摻加粉煤灰的混凝土抗壓強度。

表5 濕噴混凝土強度隨粉煤灰摻量變化分析

4 硅灰對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定程度，具體試驗指標性能如表6所示。

表6 硅灰對干噴和濕噴混凝土性能的影響

噴射混凝土性能指標通過摻加硅灰后得到顯著提高，主要體現在以下3個方面：①1d和28d抗壓強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濟效益；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。綜合混凝土的抗滲性在摻用硅灰后顯著提高，噴射混凝土耐久也顯著增強。

試驗結論：

1)當混凝土骨料中存在堿性時應采用無堿液體速凝劑當混凝土噴射施工時進行添加，因此對于北方寒區噴射水工混凝土時要首選無堿液體速凝劑進行添加，可以有效提升混凝土噴射施工質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)噴射混凝土凝結時間隨著粉煤灰摻量的增加而連續遞增，粉煤灰在粉體堿性速凝劑和無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濟效益，此外摻加硅灰后噴射混凝土滲透高度明顯降低。