當前位置：
1、噴射混凝土技術已廣泛應用于地下、地表的各種軟弱、破碎地層，成為及時支護不可分割的重要手段。長期以來，噴射混凝土施工中所使用的速凝劑主要是以高堿、粉體的速凝劑為主，這些速凝劑主要是以鋁酸鹽、碳酸鹽為主與其他無機鹽復合或以硅酸鈉為主再與其他無機鹽復合，由于這一系列的速凝劑堿性較大，噴射混凝土的后期強度降低明顯，一般混凝土28d強度損失30%~50%。而液體無堿速凝劑則可以提高噴射混凝土的后期強度、提高抗?jié)B能力，正在成為噴射混凝土用速凝劑發(fā)展的一個重要方向。
2、無堿速凝劑的制備
在常溫下，將無堿速凝劑添加劑、硫酸鋁、有機增強劑按一定比例依次加入水中溶解完全并攪拌均勻，得到的灰白色半透明液體即為無堿速凝劑。本文所使用的無堿速凝劑添加劑主要成分是氟硅酸鎂鋁，采用特殊工藝將磷肥生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生的含氟廢氣進行洗滌、回收終制得。在無堿速凝劑添加劑的作用下，硫酸鋁在水中的溶解度比較高，按照55%的比例加入水中也能完全溶解，且比較穩(wěn)定。醇胺類物質(zhì)有很明顯的促凝增強效果，二乙醇胺的適應性要好于三乙醇胺，能夠大幅度提高摻速凝劑水泥漿體的早期強度。該無堿速凝劑pH值1~3，密度1.4g/cm3，固含量為40~50%。
3、無堿速凝劑的性能研究
3.1無堿速凝劑的摻量對凝結(jié)時間的影響
表1 不同品種及摻量的速凝劑對基準水泥凝結(jié)時間的影響
3.2 無堿速凝劑對基準水泥強度的影響
表2 不同品種及摻量的速凝劑對基準水泥膠砂強度的影響
4、無堿速凝劑的促凝機理
無堿速凝劑的促凝機理與有堿速凝劑的不同，無堿速凝劑的加入，促進了C3S和C3A的水化而達到促凝效果。
摻加無堿速凝劑的水泥漿在水化早期生成大量的AlO2-和SO42-，速凝劑中的R-（負離子，主要為SO42-）和SO42-能消耗一部分Ca2+，Al3+能消耗一部分OH-離子，并且能降低Ca(OH)2的結(jié)晶能壘，使C3S表面的雙電層難以形成；由于Ca2+被消耗，生成的C-S-H的C/S值較小，滲透性增加，水分能透過C-S-H向C3S內(nèi)部擴散，且產(chǎn)物易向C-S-H外部遷移。在上述兩種原因的共同作用下，使C3S的誘導期消失；速凝劑中的有機物能降低AFt的成核勢壘，反應生成的次生石膏能與C3A反應，迅速在整個水泥漿體中析出大量的AFt，從而加速了C3A的水化。同時，速凝劑中的有機物能加速C3S的水化反應。C3S的迅速水化放熱、C3A的迅速水化放熱、水化產(chǎn)物的迅速結(jié)晶放熱，這些放熱反應集合在一起，使水泥漿體的溫度急劇升高，進一步促使水泥水化反應的進行；水化產(chǎn)物的形成，結(jié)合了大量的游離水，使水泥迅速失去流動性，生成的鈣礬石晶體外形呈短柱狀，隨機取向，無序分布于整個硬化體空間，大量的水化硅酸鈣凝膠填充在鈣礬石空間網(wǎng)格周圍，同時，水化產(chǎn)物的結(jié)晶不斷長大并互相交錯形成一個緊密的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，使水泥漿體迅速凝結(jié)并硬化，并與硅酸鹽礦物水化后生成的C-S-H凝膠共同作用，使水泥硬化漿體的密實程度大為提高。
5、硬化混凝土抗軟水侵蝕性
5.1軟水侵蝕及評價方法
溶出性侵蝕又稱軟水侵蝕，發(fā)生的原因是由于水泥石中決定結(jié)晶結(jié)合強度的化合物被溶解析出。溶蝕可使液相石灰濃度下降，導致水泥水化產(chǎn)物分解，混凝土孔隙率增加，強度下降。
軟水對混凝土的侵蝕破壞主要有兩種形式，一種是在壓力水作用下的滲透溶蝕，另一種是流動水對混凝土表面的接觸溶蝕。。
武漢大學對水工混凝土的抗軟水侵蝕性作了模擬試驗研究[4]，采用模擬加速試驗裝置來評價混凝土抗軟水侵蝕性，試驗用攪拌機攪水來模擬水流。用砂漿試件替代混凝土試件，尺寸為100mm×35mm×8mm，用支架固定在水中，試驗用水為去離子水，每隔3d換一次水，換水時對溶蝕水取樣，進行化學分析。根據(jù)實際工程中混凝土表面溶蝕破壞情況，選用試件質(zhì)量損失、總鹽溶出量、CaO溶出量來評價混凝土表面溶蝕特性。
5.2摻有堿速凝劑硬化混凝土抗軟水侵蝕性
使用有堿速凝劑進行隧道初期支護，原開挖面滲水量較大，噴射支護完成后，仍有水不斷滲水，在滲水路線處產(chǎn)生大量的白色析晶，經(jīng)分析其主要成分為Ca2CO3，含量占95%，堿含量（以Na+計）占3%。原因為已硬化混凝土中大量的Na+的溶出造成混凝土內(nèi)部離子環(huán)境失衡，使Ca（OH）2大量溶出，遇空氣反應沉淀。大量的析晶，造成原混凝土結(jié)構(gòu)強度降低，同時，積聚于泄水孔處極易造成透水管路堵塞，使隧道防水層承受過高水壓而遭受破壞，造成滲漏水。
5.3摻無堿速凝劑硬化混凝土抗軟水侵蝕性
使用無堿速凝劑未發(fā)現(xiàn)5.2條中所述現(xiàn)象。
5.4試驗對比
采用有堿、無堿速凝劑分別制作膠砂試件，標準養(yǎng)護3d后飽水，進行30d的軟水浸泡，每3d更換去離子水一次，進行質(zhì)量損失對比試驗，同時，成型試件標養(yǎng)28d鉆芯加工成φ100mm×50mm圓柱體試件并進行真空飽水后測試初始電阻，質(zhì)量損失分別為5.3%和0.4%，28d初始電阻值分別為45.4Ω和634.5Ω。
所以，噴射混凝土應根據(jù)環(huán)境條件合理地采用不同品種的速凝劑，以達相應的耐久性效果。如干燥環(huán)境可選擇各種速凝劑，滲水環(huán)境宜選摻無堿速凝劑。
6、無堿速凝劑的工程應用
6.1 工程概況
隧道設計使用C25濕噴混凝土，每方混凝土總堿含量不超過3.0kg，1d強度不小于10MPa。
6.2 施工用噴射混凝土配合比
使用無堿速凝劑時，因無堿速凝劑堿含量非常小，配合比的選擇較容易，總堿含量易保證，但1d強度相對有堿速凝劑較低，因此，這成分有堿速凝劑進行配合比設計的瓶頸。
選定的混凝土配合比如下：
1、水泥：砂：碎石：減水劑：速凝劑（有堿）：水=452：967：791：13.6：190，總堿含量為2.95kg/m3，1d強度為14.1MPa，28d強度為33.8MPa；
2、水泥：砂：碎石：減水劑：速凝劑（無堿）：水=452：967：791：36.2：190，總堿含量為2.55kg/m3，1d強度為11.4MPa，28d強度為45.8MPa；
6.3 施工效果
相對配合比1，使用配合比2時的優(yōu)點，速凝劑摻量大，且在摻量波動地情況下不影響凝結(jié)效果。
滲水部位噴射：為避免軟水侵蝕的影響，宜選擇無堿速凝劑噴射混凝土，使用有堿速凝劑進行滲水部位噴射作業(yè)，混凝土溶蝕無法避免。
6.4 成本分析
根據(jù)配合比1和2，因兩種速凝劑成本差別較大，使用無堿速凝劑成本高至少約70元每方，不易被接受。
7、結(jié)論
通過分析對比試驗，無堿速凝劑和有堿速凝劑的使用各有優(yōu)缺點。按其特點，合理選擇如下：
1、如果設計對混凝土的總堿含量要求嚴格，可考慮選擇使用無堿速凝劑；
2、干燥環(huán)境，在濕噴機對速凝劑的計量較準確的前提下，可選擇有堿速凝劑；
3、對早期強度要求較高的混凝土，可考慮選擇有堿速凝劑；
4、對后期強度要求較高的混凝土，可考慮選擇無堿速凝劑；
5、對混凝土耐久性要求較高的混凝土，應選擇無堿速凝劑。
無堿速凝劑并非好的速凝劑產(chǎn)品，因其摻量大、價格高還不容易被接受，且1d強度相對較低，無法有效降低混凝土的水泥用量，混凝土施工成本很高。在一定的環(huán)境條件及設計要求下，可合理地選擇有堿速凝劑，不能盲目追求高科技、新技術而造成施工質(zhì)量隱患和無謂的成本浪費。
但無堿速凝劑的使用是噴射混凝土施工的發(fā)展方向，降低無堿速凝劑的摻量和成本，提高早期強度對噴射混凝土的生產(chǎn)、無堿速凝劑的應用有重要意義。
