葛洲坝集团试验检测有限公司 湖北宜昌 443002
摘要：本文解析了速凝剂的作用机理，并分别对三种型号的液体速凝剂与普通42.5级水泥进行了水泥相容性试验，以及掺入湿喷混凝土中进行性能影响比对试验，通过室内试验结果比对，本文认为不同类型的液体速凝剂和各自的掺量对水泥敏感性有所不同，对水泥起的作用效果也有所不同。若在湿喷混凝土中加入适量液体速凝剂的同时在加入适量减水剂并复合使用后，不但能相互发挥各自优势，补偿因单掺速凝剂造成的强度损失，而且还减少了用水量，降低水灰比，有效的改善喷射混凝土各项性能以及混凝土内部结构，使混凝土更加密实，并取得更好的技术施工效益。
关键词：液体速凝剂；相容性试验；湿喷混凝土性能试验；比对
1 前言
速凝剂能使混凝土迅速凝结硬化，是喷射混凝土必须掺入的一种外加剂。其作用是：使喷至岩石上的混凝土在2～5min内初凝，10min内终凝，以防混凝土脱落，目前国内常用的速凝剂有粉状和液体两大类。干喷施工中一般采用粉状速凝剂，湿喷混凝土一般采用液体速凝剂。作为性能好的速凝剂应当在一定掺量范围的情况下具有显著凝结效果，不产生异常凝结，与水泥相容好。因此，本文主要选择液体速凝剂作为研究方向，并对不同类型的液体速凝剂进行性能试验研究论述。
2 液体速凝剂与水泥净浆凝结效果试验及水泥相容性试验
2.1 试验用水泥
速凝剂与水泥相容性，同水泥品种有关，水泥是几种熟料矿物和适量掺合料的混合物，矿物成分和掺合料间的比例不同，水泥性质即发生相应的变化，并可制得各种性质不同的水泥品种。水泥中C3A和C3S的含量高，则速凝效果就好，因此，与速凝剂相容性好的水泥品种有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥和火山灰水泥，而对矿渣水泥效果较差。本次选择施工现场所用的普通硅酸盐42.5级水泥。
2.2 试验用液体速凝剂
由于喷射混凝土用于喷锚支护工程及地下厂房的施工，其性能应满足工程的一些基本要求，所以需选用适当速凝剂掺入混凝土中来满足设计技术施工要求。目前我国生产液体速凝剂的厂家多，各家生产的速凝剂质量差别较大，因此，在进行试验研究时，选用三个厂家生产的三种型号的液体速凝剂进行比较，其中参与试验的有S1型液体速凝剂、A4型液体速凝剂和F1型液体速凝剂。
2.3 试验温度
温度对水泥与速凝剂的相容性也有一定的影响，一般来说，温度在10℃～25℃时，其对水泥凝结时间影响不大，如低于10℃时，则凝结时间就明显增长。在进行性能试验时，试验室的温度保持在20℃±2℃。
按以上第3.1条～第3.3条选用的水泥品种、液体速凝剂及试验条件，对三种不同类型的液体速凝剂与水泥进行水泥净浆凝结效果试验及水泥相容性试验。其试验结果见表1。
从表1中的试验结果可以看出，当三种不同型号液体速凝剂与同品种水泥进行相容性试验时，各厂家的不同掺量对水泥凝结效果存在不同，对1d抗压强度的增长率也有所不同，由此分析，S1型为5%的掺量与8%掺量相比，水泥速凝效果好，1d抗压强度增长23.2%，符合一等品的要求；A4型为8%掺量与8%、10%掺量相比，水泥速凝效果较好，1d抗压强度较另两种掺量的强度有所增长，符合合格品的要求；F1型两种掺量与水泥速凝效果较差，但早期强度发展较快，比前两种类型强度高；另外，从pH值上分析，S1型和A4型属于无碱液体速凝剂，减少碱阳离子与含有活性SiO2的骨料发生反应的风险和皮肤灼伤等问题；而F1型的pH值为11.1，属于碱性液体速凝剂，增加了对皮肤和呼吸器官等因素产生侵蚀作用的风险。由此而得，三种不同类型的液体速凝剂的各自的掺量对水泥的敏感性有所不同，起的作用效果也就不同。
3 不同型号液体速凝剂对湿喷混凝土性能影响
本次试验选择湿喷射混凝土配比，水泥与砂石的质量比是1：4，湿喷法的坍落度按《水电水利工程锚喷支护施工规范》DL/T5181-2003第7.3.5条规定80mm～120mm控制。在进行混凝土室内性能试验时，混凝土拌和物中分别掺加了三种不同型号的液体速凝剂和液体速凝剂+减水剂，并分别与基准混凝土进行了混凝土拌和物坍落度、泌水性能的比对试验，以及7d、14d、28d混凝土抗压强度和28d混凝土抗拉强度性能比对试验。原材料采用施工现场所用的普通42.5级水泥；人工砂细度模数为2.68；人工碎石粒径小于15mm。其混凝土性能试验见表2。
从表2的试验结果中可以看出，试验编号为1～4，是用同一用水量、砂率、水泥用量拌制的混凝土，测得基准混凝土机口坍落度为92mm，有少量的泌水，当在混凝土拌和物中掺加S1、A4和F1型液体速凝剂后，测得S1型机口坍落度为10mm，与基准混凝土相比，坍落度降低了89%，无泌水，发挥了速凝效果；测得A4型的机口坍落度为12mm，与基准混凝土相比，坍落度降低了87%，无泌水，速凝效果较好；而F1型的机口坍落度与基准混凝土相比降低了14%，混凝土中有微量泌水，速凝效果稍差。若在基准混凝土中掺加液体速凝剂的同时加减水剂，，两者复合使用，不但不影响速凝效果，而且还减少单位用水量，降低水灰比。从表4编号5～6的试验结果中就可以看出来，S1型+减水剂（试验编号：5#）的7d抗压强度比不掺者抗压强度增长12.4%，A4型+减水剂（试验编号：6）的7d抗压强度比不掺者抗压强度增长17.3%，其两者的14d、28d抗压强度与不掺者相当，后期强度不损失（与基准混凝土相比），在从坍落度角度看，也都明显减小，而且无泌水，不影响促凝效果；而F1型（试验编号：2）没复掺其它减水剂就明显低于不掺者，同时抗拉强度也明显低于其它三者。
从以上试验结果分析可以表明，当混凝土中单掺液体速凝剂，不掺减水剂所拌制的混凝土其所检项目明显低于掺减水剂，原因是掺入适量液体速凝剂的混凝土，其混凝土结构与不掺者有显著不同，速凝剂不仅加速了硅酸盐组分的水化，也促进了C4AF组分的水化，由于析出的水化铁酸钙胶体包裹在C3S表面上，起到了仰制C3S进一步水化的作用。消除水泥中CaSO4的缓凝作用。当水化产物内部晶型进行转化后，将产生一定的缺陷或空隙增加，减弱水化物晶体之间的结合力，使混凝土强度降低。若在湿喷混凝土中掺加液体速凝剂同时复掺减水剂后，可使混凝土中的用水量有所减少，水灰比有较幅度的下降，从而改善混凝土内部结构，使混凝土更为密实，强度得到提高。
当不同速凝剂分别掺入混凝土中后，坍落度减小值却各自有所不同，对混凝土凝结时间和强度发展也有所不同；在湿喷混凝土中掺加液体速凝剂+减水剂后，混凝土拌和物性能、力学性能都优于基准混凝土和单掺速凝混凝土；单掺S1、A4速凝剂的抗拉强度低于基准混凝土值7%～10%，掺F1速凝剂的抗拉强度低于25%，双掺两种外加剂的抗拉强度值与基准混凝土值基本相近；A4型+减水剂拌制的混凝土各项性能优于S1型+减水剂。
4 结语
1）由于不同类型液体速凝剂对水泥的敏感性各自不同，因此对水泥作用效果也就不同，所以使用前，应针对施工现场所用的水泥，对液体速凝剂与水泥进行适应性试验。
2）速凝剂的掺量，是影响与水泥凝结效果及早期强度的其中因素之一，须通过试验来确定最佳掺量，来获得最好的技术效果和施工效果。
3）选择不同类型的速凝剂时，必须采用实际工程用的原材料进行混凝土室内试配性能试验，其中原材料的质量必须符合国家标准和企业标准要求，通过性能试验结果从中确定即能满足工程技术要求，又能满足现场施工可喷性要好的可行性的速凝剂。
4）水灰比、用水量是混凝土工艺中的其中两个基本要素，是影响湿喷混凝土凝结效果和强度降低的原因之一，水灰比越大，其速凝效果越差，泌水就大，强度就低，因此为了加速喷射混凝土的凝结、硬化，减小水灰比和减少用水量，提高其早期强度，须在湿喷混凝土中掺加速凝剂同时复掺减水剂，将两者复合使用，不但能相互发挥各自优势，补偿因单掺速凝剂造成的强度损失，而且还能有效的改善喷射混凝土各项性能和混凝土内部结构，减少孔隙率，使混凝土更为密实，并取得更好的技术施工效益。
论文作者:梅丹
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/18
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