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喷射混凝土用速凝剂技术发展方向分析

发表时间：2021/6/3 来源：《基层建设》2021年第2期作者：马章强

[导读] 摘要：速凝剂在喷射混凝土工程应用中具有重要意义，速凝作用可快速加强混凝土早期强度，起到快速结构支撑效果。

        江苏省建筑工程质量检测中心有限公司江苏南京 210068
        摘要：速凝剂在喷射混凝土工程应用中具有重要意义，速凝作用可快速加强混凝土早期强度，起到快速结构支撑效果。因此，速凝剂如何选择将直接影响喷射工程质量。通过分析粉状和液体传统速凝剂分类以及应用缺点，讨论新型速凝剂发展方向得出新型低碱、无碱的液态速凝剂能够更好满足市场建设工程需求。
        关键词：喷射混凝土、速凝剂、发展方向、早期强度
        0 前言
        速凝剂对于喷射混凝土工程而言，是其材料中必不可少的一种重要外加剂。在山体滑坡等抢修工程中，它能够实现显著性缩短混凝土固化所需时间，使得混凝土在几分钟内便实现失去流动性并硬化的要求，且最多十几分钟时间就可到达终凝状态，从而令混凝土的早期强度得到快速提高，实现应急混凝土结构形成。速凝剂使喷料快速凝结后，可以防止喷层料在引力效应作用下大量脱落，让混凝土迅速达到需求的强度，并尽快让结构形成具有一定支撑力量的支护层，来实现喷射混凝土建设工程中的特殊要求。
        1 喷射混凝土施工技术
        喷射混凝土施工技术是指，建设人员利用配套的空气压缩-输送装置，借助空气动能的力量再借助喷射设施，从而实现混凝土拌和组分喷射至目标建筑物表层上，并使得它们紧密地黏结在一起最终凝结成混凝土。喷射混凝土施工办法是由喷射水泥-砂浆材质的技术经过改进得到的新施工技术。由于喷射混凝土施工技术一般无需预设模板，从而使工程过程具有节约投资成本、提高施工进度、强度增长速度快、密实性优良、施工准备工作简单、适应性环境较强等优势。喷射混凝土一经采用，便因为这些优点立刻被广泛应用在矿山、竖井、隧道、涵洞等地下建筑工程中，以及混凝土支护工程或者喷锚支护工程，乃至各种混凝土构筑物体的快速浇筑与修补等[1-2]。
        2 速凝剂分析
        喷射混凝土施工技术的采用就意味着这种施工过程是一种速凝类型混凝土，因此在实施喷射施工方案时，速凝剂的掺入就起到了关键的作用，而且采用掺加的速凝剂种类和掺加方式都直接影响着混凝土建设工程的建设质量。
        2.1 速凝剂种类
        目前速凝剂种类十分繁多，如果按照产品形态来区分，可分成固态速凝剂和液态速凝剂；如果按照按其成分碱含量来区分，则可分为有碱、无碱和低碱型速凝剂。而衡量速凝剂优劣的性能指标不仅仅包括速凝剂本身物化性质和存在状态，还有其速凝效果、混凝土早期强度、混凝土后期强度、混凝土体积稳定性和耐久性等使用性能，还有拌合料的分散均匀性、施工扬尘情况和混凝土回弹率等作业性能[3]。
        （1）铝氧熟料加碳酸盐型：这类速凝剂主要成分为铝氧熟料、碳酸钠还有生石灰。铝氧熟料一般由铝矾土矿经过锻烧得到。生产这种速凝剂是把铝矶土矿、碱物质和石灰石以设计比例配成生料，再把混合生料置于1300℃环境下高温下锻烧。锻烧熟料有效组分大部分是偏铝酸钠。将煅烧好的熟料再掺入一定量的石膏以及生石灰等其它辅助混料经过磨机研磨后即可制成速凝剂。只是因为需要保证其具有足够快的速凝时间，一般要求速凝剂还要达到足够的细度要求。该型速凝剂含碱量偏高，同时喷射混凝土后期强度降低也大。
        （2）硫铝酸盐型：这种速凝剂主要组分为铝矾土、芒硝。同样在特定温度下锻烧变成硫铝酸盐熟料，然后和一定比例生石灰-氧化锌一起研磨制备。该型速凝剂组分为偏铝酸钠、硫酸铝、氧化锌和氧化钙等。它不仅含碱量低且由于加入了氧化锌成分，因此而提高了混凝土后期强度。不过由此也延缓了喷射混凝土早期强度的提高。
        （3）水玻璃型：以水玻璃作为主要构成组分，将其波美度调整到约到30，然后加入一定量的重铬酸钾来降低粘度，加入少量亚硝酸钠来降低冰点，再加入三乙醇胺提高其早强效力。该型速凝剂凝结硬化很快，且早期强度高，抗渗性能好，可以实现在低温环境下施工。不过缺点是混凝土收缩较大，掺量高。

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        （4）以上所述速凝剂类型其组分含碱量普遍较高，目前国内仍在广泛研究开发低碱速凝剂。基于Al2（SO4）3 等原材生产的低碱乃至无碱速凝剂，主要构成组分为可溶性树脂。诸如，聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和轻基胺制得的低碱速凝剂。这些速凝剂尽管凝结快、强度高，但是由于价格仍旧偏高，因此应用还不算很高。
        2.2 粉状和液态速凝剂比较
        （1）粉状速凝剂，是伴随着速凝剂这种产物的出现而一起出现的，一般被用在在干喷技术中。传统粉状速凝剂大都采用铝氧熟料-碳酸盐为主的碱性物质制得，其具有很多缺点，比如碱含量高、施工地粉尘大、回弹率大等不利影响。这样既浪费建设材料又影响喷射混凝土工程质量。但是由于粉状速凝剂价格低廉，其在目前境内喷射混凝土用速凝剂市场中，其仍占据重要地位。而且，粉状速凝剂具有的强腐蚀性，对工程现场生产和作业人员的皮肤眼睛等人体部位造成很大伤害，不符合如今绿色生产的发展理念。
        （2）液态速凝剂，是技术工作者对传统粉状速凝剂的改良产生的新型速凝剂种类。与粉状速凝剂比较，液态速凝剂更易均匀分散在混合料中，因此更容易避免硬化混凝土质量水平波动，进而提高了喷射混凝土工程品质。液态速凝剂里同样可以依据含有的碱含量来区分，大致有碱性液态速凝剂、低碱液态速凝剂和无碱液态速凝剂。因为碱性物质的不良影响，近些年低碱乃至无碱液态速凝剂得到更多应用[4]，特别是在日本韩国以及欧洲等发达国家，现今几乎不存在碱性速凝剂的使用了。目前国内无碱液态速凝剂的研究也愈发增多，这为了速凝剂指明了方向。
        3 结论
        喷射混凝土用速凝剂当前应用过程仍然具有以下几方面主要问题：（1）喷射混凝土后期强度下降较大；（2）生产的速凝剂大部分中碱含量依据较大，这对工程作业人员的身体健康有恶劣影响；同时，大量的碱性物质也将破坏喷射混凝土后期强度。（3）速凝剂在减小喷射混凝土回弹率以及减小施工现场粉尘作用还要继续改善。
        从当前世界喷射混凝土施工技术发展方向分析，湿喷技术正逐步取代干喷技术，所以，速凝剂的研发和使用从粉状向液体发展也将是大势所趋。虽然，目前液态速凝剂发展时间相对较短，仍然存在许多问题。不过我们认为，新型低碱-无碱液态复合型有机改性类速凝剂会成为喷射混凝土用速凝剂发展方向的一个趋势。
        参考文献：
        [1]MASAYASU H.Effects of steel fiber reinforced high-strength shotcrete in a squeezing tunnel[J].Tunnelling and Underground Space Technology，2003（18）：197-204.
        [2]LIU H Y，SMALL J C，CARTER J P，et al.Effects of tunnelling on existing support systems of perpendicularly crossing tunnels[J].Computers and Geotechnics，2009（36）：880-894.
        [3]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.
        [4]PAGLIAA C，WOMBACHERB F，BÖHNI H.The influence of alkali-free and alkaline shotcrete accelerators within cement systems：influence of the temperature on the sulfate attack mechanisms and damage[J].Cement and Concrete Research，2003（33）：387-395.
        作者简介：马章强，男，1990.09-，山东聊城，硕士，研究方向：胶凝材料及混凝土分析，工作单位：江苏省建筑工程质量检测中心有限公司。