速凝剂对喷射砼性能影响的研究

０ 前言 速凝剂是砼外加剂的一种，在喷射砼使用中主要起到使喷射砼速凝快硬，减少回弹损失，防止喷射砼因重力引起脱落，提高在潮湿或含水岩层中使用的适应性能，适当加大一次喷射厚度和缩短喷射层间的间隔时间等。 由于加入速凝剂后，水泥水化首先形成的是疏松的铝酸盐水化物结构，以后虽有Ｃ３Ｓ和Ｃ２Ｓ水化物填充加固，但因Ｃ4ＡＦ的水化速度也得到了提高，其析出的ＣＦＨ胶体会包围在硅酸盐矿物的表面，从而阻碍Ｃ３Ｓ，Ｃ２Ｓ后期水化。因此，速凝剂的加入必然会影响水泥的后期强度。因此，喷射砼施工中，要选择一种适宜的速凝剂必须具备：初凝＜３ ｍｉｎ；终凝＜１２ ｍｉｎ；８ ｈ强度≥０．３ ＭＰａ；２８ ｄ强度≥不加速凝剂试件强度的７０ ％等条件。因环境条件、测试方法、配比、原材料等多种因素对速凝剂的影响是较为敏感的，在实验室中的结果与实际应用相差较大。因此，在实际施工中，应重新根据实际情况，采用对比观察法对喷射砼速凝剂掺加量进行确定。 １ 试验材料和方法 （１） 试验材料。水泥：＃４２５普通硅酸盐水泥；砂：洛阳伊河细砂，相对体积质量２．６１，细度模数２．１４，含泥量２．０ ％；石子：洛阳伊河卵石，相对体积质量２．７８，骨料粒径５～２２ ｍｍ占 ５０％；速凝剂：河南生产的ＳＪ－ＳＮ１型和ＳＪ－ＳＮ２型。砼配比：水泥∶砂∶石子（质量比）＝ １∶１．６８∶１．５４ （２） 试验方法。采用ＺＰ－Ｖ型干喷机，操作时采用相同的原材料、配比和固定的风压、水压、喷射强度，将砼喷射到１ ０００ ㎜×１ ０００ ㎜×１５ ㎜的施工面上，通过养护后，钻取标准试块进行测试。 ２ 速凝剂对喷射砼性能影响的试验 ２．１ 对不同生产企业生产的同品种水泥的影响 对不同生产企业生产的＃４２５普通硅酸盐水泥进行了凝结时间的研究试验。试验以干掺方式加入２．５％ ＳＪ－ＳＮ１型速凝剂（水灰比＝０．４，室温２３ ～２６ ℃）观察其对水泥凝结时间的影响，结果见表１。 从表１可知，ＳＪ－ＳＮ１型速凝剂对各厂生产的同品种水泥凝结时间的影响较为接近，且速凝效果好，初凝在１～３ ｍｉｎ内完成；终凝在３～９ ｍｉｎ内完成。基本上可以确定，对不同厂家生产的＃４２５普通水泥中使用ＳＪ－ＳＮ１型速凝剂均能达到一定的速凝效果。 ２．２ 速凝剂掺量对水泥砼性能的影响 试验采用洛阳水泥厂生产的＃４２５普通硅酸盐水泥拌制喷射砼（水灰比＝０．４，室温＝２４ ～２６ ℃），采用干掺方式加入不同掺量的ＳＪ－ＳＮ１型速凝剂，观察其对喷射砼性能的影响，结果见表２。由表２可知，用＃４２５普通硅酸盐水泥拌制喷射砼时，ＳＪ－ＳＮ１型速凝剂的最佳掺量为２．０ ％～４ ％；若超过４％，凝结时间反而增长，且砼后期强度降低更为明显。试验时发现：掺入速凝剂不均匀时，不同区域会有明显的凝结速度和强度差异。故施工时要保证其均匀性。应当指出：不同型号的速凝剂有不同的最佳掺量，应用时均应进行试验确定。 ２．３ 水灰比对喷射砼凝结时间的影响 采用洛阳水泥厂生产的＃４２５普通硅酸盐水泥，并加入相同掺量２．５％的ＳＪ－ＳＮ１型速凝剂，按不同水灰比拌制砼（实验温度２０ ℃）观察其凝结时间的影响，见表３。 从表３可知，水灰比愈大，速凝剂效果愈差，且过大的水灰比加大了砼的收缩率，使砼易产生裂缝；而过小的水灰比，将增加砼的回弹率，使工程损耗加大，并增加机械磨损等不良状况的出现。因此在施工中根据具体情况（如干法施工还是湿法施工及施工机械的型号等），采取适宜的水灰比并进行严格控制非常重要。 ２．４ 温度对喷射砼凝结时间和抗压强度的影响 同样，采用洛阳水泥厂生产的＃４２５普通硅酸盐水泥，在实验温度２０ ℃的环境下拌制喷射砼（其ＳＪ－ＳＮ１型掺量为３％），观察其在不同养护条件下的凝结时间和抗压强度情况；同时进行了不加速凝剂的普通砼的强度对比试验，结果见表４。 分析表４可知,总体上喷射砼的凝结时间随养护温度的升高而加快、早期强度则随养护温度的升高而提高；但当养护温度达到３０ ℃时，在掺加速凝剂的喷射砼，其凝结时间反而延长（尤其是终凝时间），且后期强度大大下降。 另外，由表４可计算出各龄期喷射砼与普通砼抗压强度的比值（即相对强度值）见表５。 由表５可知：同一温度下的Ｒ喷/Ｒ普值随龄期的延长而下降；同一龄期下Ｒ喷/Ｒ普值则随温度的升高而降低。因此，在施工中要采取一定措施控制温度，这对喷射砼耐久性非常关键。 ２．５ 水泥存放时间和速凝剂受潮程度 采用不同存放时间的洛阳水泥厂生产的＃４２５普通硅酸盐水泥，分别加入相同掺量（３％），不同受潮程度的ＳＪ－ＳＮ１型速凝剂，并取同一水灰比为０．４和同一试验温度为２５ ℃，进行拌制喷射砼并测试凝结时间，结果见表６。 从表６可知，水泥的存放时间愈长或存放条件愈差，速凝剂对水泥的速凝效果就愈差；同样，速凝剂的受潮程度越严重，对水泥的速凝效果也愈差。 ２．６ 速凝剂对喷射砼收缩率的影响 试验采用ＳＪ－ＳＮ２型速凝剂和洛阳水泥厂生产的＃４２５普通硅酸盐水泥作对喷射砼收缩率影响的试验，结果见表７。从表７可知，速凝剂对喷射砼的收缩率有着明显的增大作用，故在施工中要控制每次的喷射厚度，或在砼配比中添加适量膨胀剂，以进行补偿收缩，从而确保喷射砼的耐久性。 ３ 结论 （１） ＳＪ－ＳＮ型速凝剂对不同厂家生产的＃４２５普通硅酸盐水泥有着较好的适应性。 （２） 随着ＳＪ－ＳＮ型速凝剂掺量的增大、养护温度的升高、水灰比的减小，喷射砼的初凝和终凝时间缩短，但早晚期强度将随之下降，收缩率随之增大。在温度较高时如≥３０ ℃，使用ＳＪ－ＳＮ型速凝剂喷射砼会出现异常现象凝结缓慢，强度降低。因此，施工中应注意季节和温度对施工的影响因素。 （３） 水泥和速凝剂在存放时会产生水化，特别是速凝剂的水化速度较快，所以在存放和使用时，应对其存放时间、生产日期和掺量上加以注意和调整。 （４） 在施工中原材料的掺量、水灰比、温度、存放时间以及施工方法、机械型号等方面对喷射砼的影响因素较为复杂，故必须在经验的基础上，采用试配试验，并配合其他外加剂，以满足在凝结时间、强度、抗渗等方面的要求，保证施工质量。 参考文献 １ 李赤波．喷射混凝土回答．北京 煤炭工业出版社，１９８１ ２ 程良奎． 喷射混凝土的材料组成与主要性能．工业建筑， １９８６（０２） ３ 刘龙．水泥工厂实用新技术（立窑篇）．武汉武汉工业大学出版社２０００－０１