（高分）噴射混凝土用的粉狀速凝劑密度是多少？
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含**密度和堆積密度。主要指堆積密度。
噴射混凝土所用的各種外加劑都是用以提高噴射混凝土的強(qiáng)度、粘接性、粘聚性、抗凍融性和耐磨損性，減少回彈率。由于噴射混凝土的發(fā)展速凝劑的應(yīng)用不斷增加。噴射混凝土有兩種不同類型：干拌混合物和濕拌混合物。在干拌混合物中，除了水以外，將所有其他組份混合，干拌混合物通過(guò)輸料管在噴嘴口再與水混合由壓縮空氣一起噴出。在濕噴工藝中除了速凝劑外，其他所有組分包括水在攪拌機(jī)中混合，制備的混凝土被輸送到噴口，在噴口處加入液體速凝劑由壓縮空氣噴射到接受面上。由于這兩種方法在用水量上的差異，濕噴工藝的水灰比(W/C)一般高于干噴的噴射混凝土，這就會(huì)產(chǎn)生較高的孔隙率和滲透性以及較低的強(qiáng)度。濕噴混凝土的耐久性相當(dāng)于相應(yīng)的干噴混凝土。最近，由于復(fù)合使用超塑化劑和硅灰，開(kāi)發(fā)了具有優(yōu)質(zhì)粘結(jié)性能的濕拌噴射混凝土。采用濕拌工藝，使噴射混凝土能很好地適用混凝土建筑物的修復(fù)。
一.前言
噴射混凝土用于地下施工時(shí)，其性能應(yīng)滿足工程的一些基本要求，如具有早期強(qiáng)度，厚層施工時(shí)不產(chǎn)生位移等。為滿足這些要求，干混或濕混噴射混凝土都應(yīng)加入速凝劑。目前，市場(chǎng)有不同種類的速凝劑，這些速凝劑具有各自不同的化學(xué)組成，對(duì)混凝土的凝結(jié)時(shí)間和早期強(qiáng)度具有不同的作用。不考慮其他的應(yīng)用，對(duì)于如何評(píng)價(jià)速凝劑的作用目前還沒(méi)有一致的意見(jiàn)。水泥漿試驗(yàn)方法(維卡儀和Gillmone針儀)被用來(lái)研究水泥與速凝劑之間的相容性。但是，這些方法的效果目前還存在爭(zhēng)議。
使用速凝劑摻入干混或濕混噴射混凝土中進(jìn)行厚的襯板,特別是頂板施工，其目的是提高混凝土的早期強(qiáng)度以滿足設(shè)計(jì)要求。但是，也會(huì)間接影響混凝土的其他性能，如：
(1)直接參與水泥凝結(jié)的反應(yīng)，防止產(chǎn)生稠度的突然變化。
(2)直接與拌合水反應(yīng),促使拌合物變稠 。
(3)增加拌合物的觸變性。
(4)在新拌漿體中沒(méi)有流變反應(yīng)，但使硬化相會(huì)有所改變。
(5)影響回彈和起灰量(干混)，及最終強(qiáng)度。
(6)在干混施工中選擇特殊的速凝劑間接影響回彈和起灰量,速凝劑增加了拌合物觸變性。例如提高了混凝土的塑性，減少了回彈,增加噴射顆粒的附著力。
速凝劑對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度的影響主要取決于其本身的化學(xué)組分、使用劑量、膠凝材料的化學(xué)成分、所含的礦物添加劑和使用溫度。由于它們是在水泥化學(xué)組分的一定范圍內(nèi)發(fā)生作用，為了檢驗(yàn)速凝劑的適應(yīng)性和確定合理?yè)搅?，在每種情況下確定水泥與速凝劑的相容性是必要的。
傳統(tǒng)速凝劑的副作用是降低水泥的最終強(qiáng)度,與空白混凝土(不加速凝劑)相比較，28天強(qiáng)度明顯下降(下降幅度是20%～50%)。摻量越大，副作用越大。但是，新一代的速凝劑(無(wú)堿型)能夠克服這一缺點(diǎn)，也減輕了堿的危害。因此，了解噴射混凝土速凝劑的性能和評(píng)價(jià)其性能最合理的試驗(yàn)方法是非常重要的。
二. 速凝劑的主要種類
國(guó)內(nèi)外地下工程中最常用的傳統(tǒng)速凝劑是硅酸鈉(水玻璃，改性硅酸鈉)、鋁酸鹽速凝劑(兩種都是液體形式)，堿土金屬的碳酸鹽{或其氫氧化物, 粉狀)，但是，目前市也有一些新的速凝劑。所有這些外加劑的特征和性能將在后面介紹。
1.堿土金屬碳酸鹽和堿土金屬的氫氧化物
粉狀的堿土金屬碳酸鹽或氫氧化物以前在噴射混凝土施工中很少應(yīng)用?，F(xiàn)在，它們成為這類混凝土最常用的速凝劑，其常規(guī)摻量為水泥重量的2,5％至6％，它們主要是促進(jìn)C3S的水化。一般加入少量的碳酸鋁,可以影響水泥的凝結(jié)時(shí)間。但是，只有當(dāng)大劑量摻入時(shí)，其影響才能被觀察到。圖1表示采用二種摻量的速凝劑的噴射砼的早期強(qiáng)度，以及與加鋁酸鉀類速凝劑的噴射混凝土性能的比較。圖中J1, J2, J3曲線是摘自?shī)W地利混凝土協(xié)會(huì)規(guī)范，用以參考。
圖1碳酸鹽、氫氧化物和鋁酸鹽的性能比較
圖1中可知，增加碳酸鹽促凝劑的摻量，可以在噴射后20min內(nèi)提高混凝土的強(qiáng)度。
這種速凝劑與水泥的反應(yīng)主要受水泥化學(xué)成分、細(xì)度和礦物添加劑以及環(huán)境溫度的影響。例如，在Cotapata—SantaBasbara(玻利維亞1996)高速公路工程中，一些坡道需用干混噴射混凝土覆蓋。根據(jù)工程的要求和預(yù)算，使用的是火山灰水泥，速凝劑是碳酸鹽基粉末。環(huán)境溫度是5～13℃。第一次試驗(yàn)，沒(méi)有測(cè)到促凝作用，即使加量高達(dá)6％。當(dāng)加熱拌合水的水溫時(shí)，這個(gè)問(wèn)題才解決，試驗(yàn)得到的適宜的水溫是35℃。采用這一措施，混凝土的早期強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求(24h為I0MPa), 甚至當(dāng)水溫超過(guò)70'C時(shí)產(chǎn)生了閃凝(這個(gè)溫度導(dǎo)致最終強(qiáng)度嚴(yán)重下降超過(guò)50％)。
這種速凝劑的特點(diǎn)是水泥的最終強(qiáng)度大幅下降，與空白混凝土相比，28天強(qiáng)度明顯下降(一般是3 0%～4 0％)，有一些工程甚至下降50％。
2.硅酸堿(水玻璃)
硅酸鈉、硅酸鉀類速凝劑主要用于濕拌噴射混凝土，它們通常都是液體，而且摻量很大(>10％膠凝材料重量)?？扇苄缘墓杷猁}由于反應(yīng)生成硅酸鈣沉淀而加速凝結(jié)。當(dāng)大劑量使用時(shí)，這些促凝劑降低了與基底的粘結(jié)力，最終，導(dǎo)致砼強(qiáng)度的下降和嚴(yán)重的干縮。一些報(bào)道說(shuō)這些問(wèn)題已被列入奧地利混凝土學(xué)會(huì)出版的“噴射混凝土指南”中，規(guī)定這種速凝劑最大摻量不超過(guò)15％，最終的強(qiáng)度損失限制在30%以內(nèi)。
Melbye認(rèn)為改性的硅酸鈉，摻量在4—6％時(shí)，它們?cè)诤芏虝r(shí)間內(nèi)(<10S)使噴射混凝土產(chǎn)生膠結(jié)作用(也許是由于坍落度損失)，與鋁酸鹽基速凝劑一樣，不參加水泥的早期水化作用。它們可以施工80mm～150mm噴射厚度，這種速凝劑的其他優(yōu)點(diǎn)：與各種水泥都可相配，在常規(guī)摻量范圍內(nèi)(4%～6％)，最終的強(qiáng)度損失比鋁酸鹽速凝劑少，對(duì)皮膚沒(méi)有強(qiáng)的侵蝕性(PH<12)，堿的含量比鋁酸鹽基速凝劑低得多。但是，這種速凝劑不能產(chǎn)生較理想的初始強(qiáng)度，不適用于早期強(qiáng)度要求較高的工程。
3.鋁酸鈉、鋁酸鉀
鋁酸鹽類速凝劑既可以用干混,又可以用于濕混噴射混凝土工程，常用劑量一般為2.5%～5.5％。鋁酸鉀比鋁酸鈉速凝劑有更好的效果，但價(jià)格也更高。它們主要是直接參與硅酸鹽水泥水化而加速水泥的凝結(jié)，與石膏結(jié)合，阻止水泥顆粒表面形成鈣礬石，而使C3A立即反應(yīng)，產(chǎn)生大多數(shù)噴射混凝土所需要的初始強(qiáng)度。
它們的作用通常受水泥的化學(xué)成分、細(xì)度以及所含的礦物添加劑的影響，但這種影響比所看到的碳酸鹽類外加劑的影響要小。最終強(qiáng)度將損失為20%～25％。圖2無(wú)堿性速凝劑和鋁酸鈉速凝劑的性能比較。
圖2 無(wú)堿速凝土和鋁酸鈉速凝劑的性能比較
毫無(wú)疑問(wèn)，鋁酸鹽速凝劑在濕混噴射混凝土工程中應(yīng)用效果最好，對(duì)厚的襯板甚至頂板都具有好的施工效果。但是其高堿含量，在地下施工對(duì)健康的危害是限制其應(yīng)用的主要因素。另外，它們?cè)诤蛩岣墓こ毯秃钚约系墓こ虘?yīng)用中都存在問(wèn)題，后者可能發(fā)生堿集料反應(yīng)。
4.非堿性粉末狀促凝劑
九十年代初開(kāi)始使用非堿性速凝劑粉末。一般，它們主要是鋁酸鈣外加劑，摻量在6～12％，其化學(xué)作用不同于堿基外加劑。促凝作用是直接參與水的反應(yīng)，而不是直接參與水泥的水化反應(yīng)。
低于7％的摻量不會(huì)影響混凝土早期強(qiáng)度。對(duì)于頂部凹道厚襯板的施工，一般需大劑量。這會(huì)導(dǎo)致后期強(qiáng)度的下降，但這種下降小于堿性促凝劑。潮濕條件會(huì)影響這種速凝劑的靈敏度，這就要求在干燥設(shè)備中貯存。
無(wú)堿速凝劑的應(yīng)用才剛剛開(kāi)始，新產(chǎn)品主要是氫氧化鋁或與硫酸鋁復(fù)合的產(chǎn)品，在少量使用時(shí)(4％)就能產(chǎn)生足夠的早期強(qiáng)度。當(dāng)摻量高達(dá)8％時(shí)，后期強(qiáng)度沒(méi)有損失。但用量大于10％時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的后期強(qiáng)度損失。
雖然這類速凝劑有上述優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題。使用劑量和均勻性要求與之相適應(yīng)的特殊設(shè)備。此外，Melbye指出，摻這種粉狀速凝劑比摻非堿性液體速凝劑，回彈率要大10%～15％。
5.無(wú)堿液體速凝劑
最近在國(guó)際市場(chǎng)上出現(xiàn)了液體無(wú)堿速凝劑，目前有關(guān)其應(yīng)用報(bào)導(dǎo)還十分罕見(jiàn)。這類促凝劑可以解決一些堿性速凝劑常見(jiàn)的問(wèn)題，如,對(duì)地下施工環(huán)境的危害，堿集料反應(yīng)的危害，使用過(guò)程中高PH值的危害以及對(duì)噴射混凝土后期強(qiáng)度的損失等。
這類速凝劑的化學(xué)成分既沒(méi)有有關(guān)的文章報(bào)道，生產(chǎn)商又沒(méi)有任何透露。1996年1月，英國(guó)的一個(gè)試驗(yàn)室對(duì)摻入這類速凝劑的混凝土微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)水泥的水化產(chǎn)物有任何改變。
這種外加劑的PH值在3～5.5之間，堿含量少于0.3％，它們的常規(guī)摻量為膠結(jié)料的3～10％,當(dāng)摻量恰當(dāng)時(shí)，它能夠產(chǎn)生較高的早期強(qiáng)度，其強(qiáng)度曲線可與“奧地利噴射混凝土指南”中的曲線J2和J3相比?？梢圆捎眠@種速凝劑進(jìn)行頂棚施工，施工襯里可厚達(dá)300mm。這種外加劑的最重要的特性是其后期強(qiáng)度不損失(與空白樣相比)。
Florianopalis高速公路的南部，在進(jìn)行遂道施工時(shí)，使用了無(wú)堿液體促凝劑和一般的鋁酸鈉促凝劑進(jìn)行比較，鋁酸鹽速凝劑的摻量是4%，無(wú)堿液體速凝劑是4%和6％，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和圖2。
表l中的數(shù)據(jù)顯示鋁酸鹽速凝劑的早期強(qiáng)度高于無(wú)堿液體速凝劑，但是，30min后的強(qiáng)度則為6％的無(wú)堿速凝劑稍高于鋁酸鹽速凝劑。
鑒于4%的無(wú)堿速凝劑的早期強(qiáng)度不甚理想，但6％的摻量則符合工程設(shè)計(jì)要求(8h：4.7MPa, 24h：11.8MPa, 7day：17.6MPa；28d：21-2MPa)。
摻6%無(wú)堿速凝劑28天后的強(qiáng)度明顯高于鋁酸鈉速凝劑，甚至高于空白混凝土。
其他使用者也通過(guò)對(duì)這種速凝劑的試驗(yàn)得出了相同的結(jié)論，但是昂貴的價(jià)格影響了這種材料的廣泛使用。
6.近來(lái)的發(fā)展和新趨勢(shì)
最近，在噴射砼速凝劑領(lǐng)域有一些新的發(fā)展趨勢(shì)，主要針對(duì)改善干濕拌混凝土的性能。用外加劑控制水泥的水化，延長(zhǎng)初凝時(shí)間，這有利于商品砼遠(yuǎn)距離的輸送。采用速凝劑破壞塑化劑的反應(yīng)，在濕拌工藝中突然增加水泥漿的硬度這是一個(gè)新的市場(chǎng)發(fā)展方向。
噴射混凝土用特殊膠結(jié)料的發(fā)展是這一領(lǐng)域一個(gè)新的趨向，諸如低硫酸鹽含量膠結(jié)料，快硬膠結(jié)料。并且用硫酸鹽含量加添加劑控制凝結(jié),這樣,可降低速凝劑用量或干脆免去速凝劑。
在噴射混凝土中其他特殊的膠結(jié)料近來(lái)也被開(kāi)發(fā)。Schimidt介紹一種特殊的膠結(jié)料，活 性礦渣摻小劑量的波特蘭熟料再加半水石膏；另一種是不含C3A的火山灰水泥，具有較強(qiáng)的抵抗純水和含硫酸鹽水的性能。
最后，硅灰是一種噴射混凝土中廣泛使用的材料，雖然它不能被認(rèn)為是外加劑。它是一種具 有很強(qiáng)火山灰活性的物質(zhì)，既可以提高厚層襯里的粘結(jié)性，又可獲得較高的早期強(qiáng)度。在許多施工中，使用硅灰可以減小促凝劑的用量。在一些工程應(yīng)用中，沒(méi)有明確規(guī)定早期強(qiáng)度的 值，使用硅灰就可以替代速凝劑，甚至在頂棚施工中。
噴射混凝土，原是一種用量較少的特殊混凝土，現(xiàn)在廣泛用于地下基礎(chǔ)設(shè)施的支護(hù)和修復(fù)。因此，得到了研究和使用上的高度重視。為提高混凝土的早期強(qiáng)度和環(huán)境適應(yīng)性，促凝劑的研究者開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品和研究新的檢測(cè)方法對(duì)其進(jìn)行精確評(píng)定。目前，市場(chǎng)上有大量的各類產(chǎn)品，但是還需要進(jìn)一步的研究，開(kāi)發(fā)出既能滿足噴射混凝土施工要求又與傳統(tǒng)產(chǎn)品成本相差不太的產(chǎn)品，研究成果將毫無(wú)疑問(wèn)加強(qiáng)干或濕混噴射混凝土施工應(yīng)用，特別是有助于增強(qiáng)地下工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
三. 高性能噴射混凝土
研究超塑化劑、硅灰、速凝劑和摻入火山灰或礦渣硅酸鹽水泥的復(fù)合作用，用濕噴法生產(chǎn)高性能噴射混凝土(HPS)具有下列優(yōu)點(diǎn)：
(1)低的堿性腐蝕性：
(2)高工作性和低坍落度損失；
(3)低回彈；
(4)高的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度；
(5)高耐久性。
1.材料和配合比.
1)水泥
高強(qiáng)硅酸鹽水泥由于水化速度較快，用于噴射混凝土一般優(yōu)于混合水泥。使用了火山灰和礦渣硅酸鹽水泥，是因?yàn)樗鼈兙哂懈吣途眯?，較低的水化熱，對(duì)熱裂縫、自收縮和干縮性有較好性能?；鹕交宜?，用35％粉煤灰替代硅酸鹽水泥；礦渣水泥，用50％礦渣取代硅酸鹽水泥。
2)硅灰
使用加密硅灰，以改善對(duì)基材的粘結(jié)力和減少集料回彈。
3)超塑化劑
使用市售的濃度為30％的液體羧基丙烯酸酯(CAE)為超塑化劑，生產(chǎn)水灰比為0.42～0.44，坍落度為210-～220mm流動(dòng)性混凝土。也可采用聚磺酸鹽系高效減水劑。
4)速凝劑
用兩種不同市售的速凝劑，一種常用速凝劑是硅酸鈉(30％)，另一種無(wú)堿速凝劑是以Al2(S04)3為主要成分的水溶液(60％), 當(dāng)使用后者時(shí)，由于無(wú)堿，降低了在施工過(guò)程中堿性腐蝕的危險(xiǎn)。
5)集料:使用細(xì)砂(0～4mm)，粗砂(4～6mm)，石子(6～8mm)三者的比例為65％、30％、5%。
表2 加入速凝劑的基準(zhǔn)拌合物的組成和坍落度
6)混凝土配比
配制兩種未摻速凝劑的基準(zhǔn)對(duì)比拌合物，它們的主要區(qū)別在于水泥品種(42.5火山灰水泥和42.5礦渣水泥)。
表2列出了加入速凝劑的兩種流動(dòng)性基準(zhǔn)混凝土的組成和坍落度。
每種混凝土拌合30分鐘，在噴嘴處加入不同的速凝劑水玻璃或無(wú)堿速凝劑的摻量分別為水泥量的8%～12％或6%～7％。
3．試驗(yàn)結(jié)果
由于使用CEA超塑化劑，30分鐘之內(nèi)的坍落度損失可以忽略不計(jì)(表2)，這意味著，在噴嘴處加入速凝劑之前坍落度損失可忽略不計(jì)，以可靠方式供給噴射設(shè)備的泵送混凝土的工作性能好，噴射混凝土產(chǎn)量可達(dá)20m3／h。
在規(guī)定超塑化劑摻量為1%～2％時(shí)，盡管礦渣水泥混凝土的W/C稍低于火山灰水泥混凝土，其初始坍落度(220mm)還是稍高于火山灰水泥混凝土的坍落度(210mm)。
在無(wú)筋隧道內(nèi)施工，由于復(fù)合有超塑化劑，硅灰和速凝劑，拌合物粘結(jié)性好，研究的所有噴射混凝土的回彈率僅僅為2%～3％。
圖3 硅酸鈉速凝劑(NS)和無(wú)減速凝劑(AF)對(duì)噴射混凝土強(qiáng)度的影響(礦渣Ⅲ/A42.5水泥)
圖4 無(wú)減速凝劑(AF)對(duì)噴射混凝土強(qiáng)度的影響(礦渣Ⅲ/A42.5水泥)
圖3是以雙對(duì)數(shù)座標(biāo)表示的噴射后5分鐘至28天的噴射混凝土抗壓強(qiáng)度?；炷涟ㄎ磽剿倌齽?、摻硅酸鈉(8%和12％)、摻無(wú)堿速凝劑(6％)礦渣水泥混凝土。硅酸鈉速凝劑混凝土的早期抗壓強(qiáng)度稍高于無(wú)堿速凝劑，例如摻硅酸鈉速凝劑1小時(shí)抗壓強(qiáng)度為0.5MPa，摻無(wú)堿速凝劑的為0.2MPa，但4小時(shí)后摻兩種速凝劑的混凝土抗壓強(qiáng)度相同，23小時(shí)后及以后齡期摻無(wú)堿速凝劑混凝土強(qiáng)度要比摻硅酸鈉速凝劑的強(qiáng)度好得多，無(wú)堿速凝劑噴射混凝土28天的抗壓強(qiáng)度高達(dá)60MPa(僅比基準(zhǔn)混凝土低10％)，而摻硅酸鈉速凝劑的噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度低于基準(zhǔn)混凝土的60％。
就礦渣水泥混凝土(圖4)和火山灰水泥混凝土來(lái)說(shuō)，使用摻量稍高的無(wú)堿速凝劑(7％)證明了無(wú)堿速凝劑在后期強(qiáng)度非常好。與使用常用硅酸鈉、鋁酸鹽或碳酸鹽的速凝劑混凝土強(qiáng)度相比，無(wú)堿速凝劑混凝土強(qiáng)度損失可以忽略不計(jì)(僅10％)。
為了說(shuō)明硅酸鈉和無(wú)堿速凝劑兩者的不同作用，通過(guò)密度比g/g0的測(cè)定，基準(zhǔn)混凝土28天的抗壓強(qiáng)度損失是由于相應(yīng)較低密實(shí)度值所致。眾所周知，密度每降1％，由于較低密實(shí)度形成的孔隙抗壓強(qiáng)度降低約5%～6％。因此摻12％硅酸鹽噴射混凝土(表3)密實(shí)度g/g0為0.94，抗壓強(qiáng)度降低30%～36％。這個(gè)數(shù)值比摻硅酸鈉噴射混凝土與未摻速凝劑在模子中成型充分搗實(shí)的基準(zhǔn)混凝土28天的實(shí)測(cè)值(55％)低了許多，這就意味著，除了未完全搗實(shí)影響因素外，為了解釋測(cè)定的強(qiáng)度損失，還要考慮其他的一些因素。這可能是加入硅酸鈉速凝劑后熟料相中的C3S和C2S水化速度降低所致。
表3 硅酸鈉速凝劑(NS)和無(wú)堿速凝劑(AF)對(duì)噴射混凝土容重(g)影響
與不摻外加劑的基準(zhǔn)混凝土容重(g0)對(duì)比
另一方面，由于加入無(wú)堿速凝劑，在噴射時(shí)混凝土工作性較好，無(wú)堿速凝劑噴射混凝土密實(shí)度較高(0.97～0.98)， 28天時(shí)測(cè)定的強(qiáng)度損失是等于或稍低于預(yù)計(jì)值(10%～18％)，這就意味著無(wú)堿速凝劑不會(huì)使水泥后期強(qiáng)度下降。反之，預(yù)計(jì)密實(shí)度降低(表2)，但28天的強(qiáng)度損失較低可能是由較高的水泥程度來(lái)部分補(bǔ)償。
綜上所述，復(fù)合使用丙烯酸超塑化劑、硅灰和無(wú)堿速凝劑，使用30％粉煤灰或50％礦渣取 代硅酸鹽水泥的混合硅酸鹽水泥，可以生產(chǎn)出低W/C的高坍落度、高強(qiáng)度、密實(shí)度高和耐久性好的高性能噴射混凝土。在施工中，坍落度損失小，回彈少和堿性危險(xiǎn)低是這種高性能噴射混凝土另外一些重要性能。
詳見(jiàn)
http://www.chenjiankui.com/view.asp?id=992&f_type=%BC%BC%CA%F5%BD%BB%C1%F7
一.前言
噴射混凝土用于地下施工時(shí)，其性能應(yīng)滿足工程的一些基本要求，如具有早期強(qiáng)度，厚層施工時(shí)不產(chǎn)生位移等。為滿足這些要求，干混或濕混噴射混凝土都應(yīng)加入速凝劑。目前，市場(chǎng)有不同種類的速凝劑，這些速凝劑具有各自不同的化學(xué)組成，對(duì)混凝土的凝結(jié)時(shí)間和早期強(qiáng)度具有不同的作用。不考慮其他的應(yīng)用，對(duì)于如何評(píng)價(jià)速凝劑的作用目前還沒(méi)有一致的意見(jiàn)。水泥漿試驗(yàn)方法(維卡儀和Gillmone針儀)被用來(lái)研究水泥與速凝劑之間的相容性。但是，這些方法的效果目前還存在爭(zhēng)議。
使用速凝劑摻入干混或濕混噴射混凝土中進(jìn)行厚的襯板,特別是頂板施工，其目的是提高混凝土的早期強(qiáng)度以滿足設(shè)計(jì)要求。但是，也會(huì)間接影響混凝土的其他性能，如：
(1)直接參與水泥凝結(jié)的反應(yīng)，防止產(chǎn)生稠度的突然變化。
(2)直接與拌合水反應(yīng),促使拌合物變稠 。
(3)增加拌合物的觸變性。
(4)在新拌漿體中沒(méi)有流變反應(yīng)，但使硬化相會(huì)有所改變。
(5)影響回彈和起灰量(干混)，及最終強(qiáng)度。
(6)在干混施工中選擇特殊的速凝劑間接影響回彈和起灰量,速凝劑增加了拌合物觸變性。例如提高了混凝土的塑性，減少了回彈,增加噴射顆粒的附著力。
速凝劑對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度的影響主要取決于其本身的化學(xué)組分、使用劑量、膠凝材料的化學(xué)成分、所含的礦物添加劑和使用溫度。由于它們是在水泥化學(xué)組分的一定范圍內(nèi)發(fā)生作用，為了檢驗(yàn)速凝劑的適應(yīng)性和確定合理?yè)搅?，在每種情況下確定水泥與速凝劑的相容性是必要的。
傳統(tǒng)速凝劑的副作用是降低水泥的最終強(qiáng)度,與空白混凝土(不加速凝劑)相比較，28天強(qiáng)度明顯下降(下降幅度是20%～50%)。摻量越大，副作用越大。但是，新一代的速凝劑(無(wú)堿型)能夠克服這一缺點(diǎn)，也減輕了堿的危害。因此，了解噴射混凝土速凝劑的性能和評(píng)價(jià)其性能最合理的試驗(yàn)方法是非常重要的。
二. 速凝劑的主要種類
國(guó)內(nèi)外地下工程中最常用的傳統(tǒng)速凝劑是硅酸鈉(水玻璃，改性硅酸鈉)、鋁酸鹽速凝劑(兩種都是液體形式)，堿土金屬的碳酸鹽{或其氫氧化物, 粉狀)，但是，目前市也有一些新的速凝劑。所有這些外加劑的特征和性能將在后面介紹。
1.堿土金屬碳酸鹽和堿土金屬的氫氧化物
粉狀的堿土金屬碳酸鹽或氫氧化物以前在噴射混凝土施工中很少應(yīng)用?，F(xiàn)在，它們成為這類混凝土最常用的速凝劑，其常規(guī)摻量為水泥重量的2,5％至6％，它們主要是促進(jìn)C3S的水化。一般加入少量的碳酸鋁,可以影響水泥的凝結(jié)時(shí)間。但是，只有當(dāng)大劑量摻入時(shí)，其影響才能被觀察到。圖1表示采用二種摻量的速凝劑的噴射砼的早期強(qiáng)度，以及與加鋁酸鉀類速凝劑的噴射混凝土性能的比較。圖中J1, J2, J3曲線是摘自?shī)W地利混凝土協(xié)會(huì)規(guī)范，用以參考。
圖1碳酸鹽、氫氧化物和鋁酸鹽的性能比較
圖1中可知，增加碳酸鹽促凝劑的摻量，可以在噴射后20min內(nèi)提高混凝土的強(qiáng)度。
這種速凝劑與水泥的反應(yīng)主要受水泥化學(xué)成分、細(xì)度和礦物添加劑以及環(huán)境溫度的影響。例如，在Cotapata—SantaBasbara(玻利維亞1996)高速公路工程中，一些坡道需用干混噴射混凝土覆蓋。根據(jù)工程的要求和預(yù)算，使用的是火山灰水泥，速凝劑是碳酸鹽基粉末。環(huán)境溫度是5～13℃。第一次試驗(yàn)，沒(méi)有測(cè)到促凝作用，即使加量高達(dá)6％。當(dāng)加熱拌合水的水溫時(shí)，這個(gè)問(wèn)題才解決，試驗(yàn)得到的適宜的水溫是35℃。采用這一措施，混凝土的早期強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求(24h為I0MPa), 甚至當(dāng)水溫超過(guò)70'C時(shí)產(chǎn)生了閃凝(這個(gè)溫度導(dǎo)致最終強(qiáng)度嚴(yán)重下降超過(guò)50％)。
這種速凝劑的特點(diǎn)是水泥的最終強(qiáng)度大幅下降，與空白混凝土相比，28天強(qiáng)度明顯下降(一般是3 0%～4 0％)，有一些工程甚至下降50％。
2.硅酸堿(水玻璃)
硅酸鈉、硅酸鉀類速凝劑主要用于濕拌噴射混凝土，它們通常都是液體，而且摻量很大(>10％膠凝材料重量)?？扇苄缘墓杷猁}由于反應(yīng)生成硅酸鈣沉淀而加速凝結(jié)。當(dāng)大劑量使用時(shí)，這些促凝劑降低了與基底的粘結(jié)力，最終，導(dǎo)致砼強(qiáng)度的下降和嚴(yán)重的干縮。一些報(bào)道說(shuō)這些問(wèn)題已被列入奧地利混凝土學(xué)會(huì)出版的“噴射混凝土指南”中，規(guī)定這種速凝劑最大摻量不超過(guò)15％，最終的強(qiáng)度損失限制在30%以內(nèi)。
Melbye認(rèn)為改性的硅酸鈉，摻量在4—6％時(shí)，它們?cè)诤芏虝r(shí)間內(nèi)(<10S)使噴射混凝土產(chǎn)生膠結(jié)作用(也許是由于坍落度損失)，與鋁酸鹽基速凝劑一樣，不參加水泥的早期水化作用。它們可以施工80mm～150mm噴射厚度，這種速凝劑的其他優(yōu)點(diǎn)：與各種水泥都可相配，在常規(guī)摻量范圍內(nèi)(4%～6％)，最終的強(qiáng)度損失比鋁酸鹽速凝劑少，對(duì)皮膚沒(méi)有強(qiáng)的侵蝕性(PH<12)，堿的含量比鋁酸鹽基速凝劑低得多。但是，這種速凝劑不能產(chǎn)生較理想的初始強(qiáng)度，不適用于早期強(qiáng)度要求較高的工程。
3.鋁酸鈉、鋁酸鉀
鋁酸鹽類速凝劑既可以用干混,又可以用于濕混噴射混凝土工程，常用劑量一般為2.5%～5.5％。鋁酸鉀比鋁酸鈉速凝劑有更好的效果，但價(jià)格也更高。它們主要是直接參與硅酸鹽水泥水化而加速水泥的凝結(jié)，與石膏結(jié)合，阻止水泥顆粒表面形成鈣礬石，而使C3A立即反應(yīng)，產(chǎn)生大多數(shù)噴射混凝土所需要的初始強(qiáng)度。
它們的作用通常受水泥的化學(xué)成分、細(xì)度以及所含的礦物添加劑的影響，但這種影響比所看到的碳酸鹽類外加劑的影響要小。最終強(qiáng)度將損失為20%～25％。圖2無(wú)堿性速凝劑和鋁酸鈉速凝劑的性能比較。
圖2 無(wú)堿速凝土和鋁酸鈉速凝劑的性能比較
毫無(wú)疑問(wèn)，鋁酸鹽速凝劑在濕混噴射混凝土工程中應(yīng)用效果最好，對(duì)厚的襯板甚至頂板都具有好的施工效果。但是其高堿含量，在地下施工對(duì)健康的危害是限制其應(yīng)用的主要因素。另外，它們?cè)诤蛩岣墓こ毯秃钚约系墓こ虘?yīng)用中都存在問(wèn)題，后者可能發(fā)生堿集料反應(yīng)。
4.非堿性粉末狀促凝劑
九十年代初開(kāi)始使用非堿性速凝劑粉末。一般，它們主要是鋁酸鈣外加劑，摻量在6～12％，其化學(xué)作用不同于堿基外加劑。促凝作用是直接參與水的反應(yīng)，而不是直接參與水泥的水化反應(yīng)。
低于7％的摻量不會(huì)影響混凝土早期強(qiáng)度。對(duì)于頂部凹道厚襯板的施工，一般需大劑量。這會(huì)導(dǎo)致后期強(qiáng)度的下降，但這種下降小于堿性促凝劑。潮濕條件會(huì)影響這種速凝劑的靈敏度，這就要求在干燥設(shè)備中貯存。
無(wú)堿速凝劑的應(yīng)用才剛剛開(kāi)始，新產(chǎn)品主要是氫氧化鋁或與硫酸鋁復(fù)合的產(chǎn)品，在少量使用時(shí)(4％)就能產(chǎn)生足夠的早期強(qiáng)度。當(dāng)摻量高達(dá)8％時(shí)，后期強(qiáng)度沒(méi)有損失。但用量大于10％時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的后期強(qiáng)度損失。
雖然這類速凝劑有上述優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題。使用劑量和均勻性要求與之相適應(yīng)的特殊設(shè)備。此外，Melbye指出，摻這種粉狀速凝劑比摻非堿性液體速凝劑，回彈率要大10%～15％。
5.無(wú)堿液體速凝劑
最近在國(guó)際市場(chǎng)上出現(xiàn)了液體無(wú)堿速凝劑，目前有關(guān)其應(yīng)用報(bào)導(dǎo)還十分罕見(jiàn)。這類促凝劑可以解決一些堿性速凝劑常見(jiàn)的問(wèn)題，如,對(duì)地下施工環(huán)境的危害，堿集料反應(yīng)的危害，使用過(guò)程中高PH值的危害以及對(duì)噴射混凝土后期強(qiáng)度的損失等。
這類速凝劑的化學(xué)成分既沒(méi)有有關(guān)的文章報(bào)道，生產(chǎn)商又沒(méi)有任何透露。1996年1月，英國(guó)的一個(gè)試驗(yàn)室對(duì)摻入這類速凝劑的混凝土微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)水泥的水化產(chǎn)物有任何改變。
這種外加劑的PH值在3～5.5之間，堿含量少于0.3％，它們的常規(guī)摻量為膠結(jié)料的3～10％,當(dāng)摻量恰當(dāng)時(shí)，它能夠產(chǎn)生較高的早期強(qiáng)度，其強(qiáng)度曲線可與“奧地利噴射混凝土指南”中的曲線J2和J3相比?？梢圆捎眠@種速凝劑進(jìn)行頂棚施工，施工襯里可厚達(dá)300mm。這種外加劑的最重要的特性是其后期強(qiáng)度不損失(與空白樣相比)。
Florianopalis高速公路的南部，在進(jìn)行遂道施工時(shí)，使用了無(wú)堿液體促凝劑和一般的鋁酸鈉促凝劑進(jìn)行比較，鋁酸鹽速凝劑的摻量是4%，無(wú)堿液體速凝劑是4%和6％，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和圖2。
表l中的數(shù)據(jù)顯示鋁酸鹽速凝劑的早期強(qiáng)度高于無(wú)堿液體速凝劑，但是，30min后的強(qiáng)度則為6％的無(wú)堿速凝劑稍高于鋁酸鹽速凝劑。
鑒于4%的無(wú)堿速凝劑的早期強(qiáng)度不甚理想，但6％的摻量則符合工程設(shè)計(jì)要求(8h：4.7MPa, 24h：11.8MPa, 7day：17.6MPa；28d：21-2MPa)。
摻6%無(wú)堿速凝劑28天后的強(qiáng)度明顯高于鋁酸鈉速凝劑，甚至高于空白混凝土。
其他使用者也通過(guò)對(duì)這種速凝劑的試驗(yàn)得出了相同的結(jié)論，但是昂貴的價(jià)格影響了這種材料的廣泛使用。
6.近來(lái)的發(fā)展和新趨勢(shì)
最近，在噴射砼速凝劑領(lǐng)域有一些新的發(fā)展趨勢(shì)，主要針對(duì)改善干濕拌混凝土的性能。用外加劑控制水泥的水化，延長(zhǎng)初凝時(shí)間，這有利于商品砼遠(yuǎn)距離的輸送。采用速凝劑破壞塑化劑的反應(yīng)，在濕拌工藝中突然增加水泥漿的硬度這是一個(gè)新的市場(chǎng)發(fā)展方向。
噴射混凝土用特殊膠結(jié)料的發(fā)展是這一領(lǐng)域一個(gè)新的趨向，諸如低硫酸鹽含量膠結(jié)料，快硬膠結(jié)料。并且用硫酸鹽含量加添加劑控制凝結(jié),這樣,可降低速凝劑用量或干脆免去速凝劑。
在噴射混凝土中其他特殊的膠結(jié)料近來(lái)也被開(kāi)發(fā)。Schimidt介紹一種特殊的膠結(jié)料，活 性礦渣摻小劑量的波特蘭熟料再加半水石膏；另一種是不含C3A的火山灰水泥，具有較強(qiáng)的抵抗純水和含硫酸鹽水的性能。
最后，硅灰是一種噴射混凝土中廣泛使用的材料，雖然它不能被認(rèn)為是外加劑。它是一種具 有很強(qiáng)火山灰活性的物質(zhì)，既可以提高厚層襯里的粘結(jié)性，又可獲得較高的早期強(qiáng)度。在許多施工中，使用硅灰可以減小促凝劑的用量。在一些工程應(yīng)用中，沒(méi)有明確規(guī)定早期強(qiáng)度的 值，使用硅灰就可以替代速凝劑，甚至在頂棚施工中。
噴射混凝土，原是一種用量較少的特殊混凝土，現(xiàn)在廣泛用于地下基礎(chǔ)設(shè)施的支護(hù)和修復(fù)。因此，得到了研究和使用上的高度重視。為提高混凝土的早期強(qiáng)度和環(huán)境適應(yīng)性，促凝劑的研究者開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品和研究新的檢測(cè)方法對(duì)其進(jìn)行精確評(píng)定。目前，市場(chǎng)上有大量的各類產(chǎn)品，但是還需要進(jìn)一步的研究，開(kāi)發(fā)出既能滿足噴射混凝土施工要求又與傳統(tǒng)產(chǎn)品成本相差不太的產(chǎn)品，研究成果將毫無(wú)疑問(wèn)加強(qiáng)干或濕混噴射混凝土施工應(yīng)用，特別是有助于增強(qiáng)地下工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
三. 高性能噴射混凝土
研究超塑化劑、硅灰、速凝劑和摻入火山灰或礦渣硅酸鹽水泥的復(fù)合作用，用濕噴法生產(chǎn)高性能噴射混凝土(HPS)具有下列優(yōu)點(diǎn)：
(1)低的堿性腐蝕性：
(2)高工作性和低坍落度損失；
(3)低回彈；
(4)高的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度；
(5)高耐久性。
1.材料和配合比.
1)水泥
高強(qiáng)硅酸鹽水泥由于水化速度較快，用于噴射混凝土一般優(yōu)于混合水泥。使用了火山灰和礦渣硅酸鹽水泥，是因?yàn)樗鼈兙哂懈吣途眯?，較低的水化熱，對(duì)熱裂縫、自收縮和干縮性有較好性能?；鹕交宜?，用35％粉煤灰替代硅酸鹽水泥；礦渣水泥，用50％礦渣取代硅酸鹽水泥。
2)硅灰
使用加密硅灰，以改善對(duì)基材的粘結(jié)力和減少集料回彈。
3)超塑化劑
使用市售的濃度為30％的液體羧基丙烯酸酯(CAE)為超塑化劑，生產(chǎn)水灰比為0.42～0.44，坍落度為210-～220mm流動(dòng)性混凝土。也可采用聚磺酸鹽系高效減水劑。
4)速凝劑
用兩種不同市售的速凝劑，一種常用速凝劑是硅酸鈉(30％)，另一種無(wú)堿速凝劑是以Al2(S04)3為主要成分的水溶液(60％), 當(dāng)使用后者時(shí)，由于無(wú)堿，降低了在施工過(guò)程中堿性腐蝕的危險(xiǎn)。
5)集料:使用細(xì)砂(0～4mm)，粗砂(4～6mm)，石子(6～8mm)三者的比例為65％、30％、5%。
表2 加入速凝劑的基準(zhǔn)拌合物的組成和坍落度
6)混凝土配比
配制兩種未摻速凝劑的基準(zhǔn)對(duì)比拌合物，它們的主要區(qū)別在于水泥品種(42.5火山灰水泥和42.5礦渣水泥)。
表2列出了加入速凝劑的兩種流動(dòng)性基準(zhǔn)混凝土的組成和坍落度。
每種混凝土拌合30分鐘，在噴嘴處加入不同的速凝劑水玻璃或無(wú)堿速凝劑的摻量分別為水泥量的8%～12％或6%～7％。
3．試驗(yàn)結(jié)果
由于使用CEA超塑化劑，30分鐘之內(nèi)的坍落度損失可以忽略不計(jì)(表2)，這意味著，在噴嘴處加入速凝劑之前坍落度損失可忽略不計(jì)，以可靠方式供給噴射設(shè)備的泵送混凝土的工作性能好，噴射混凝土產(chǎn)量可達(dá)20m3／h。
在規(guī)定超塑化劑摻量為1%～2％時(shí)，盡管礦渣水泥混凝土的W/C稍低于火山灰水泥混凝土，其初始坍落度(220mm)還是稍高于火山灰水泥混凝土的坍落度(210mm)。
在無(wú)筋隧道內(nèi)施工，由于復(fù)合有超塑化劑，硅灰和速凝劑，拌合物粘結(jié)性好，研究的所有噴射混凝土的回彈率僅僅為2%～3％。
圖3 硅酸鈉速凝劑(NS)和無(wú)減速凝劑(AF)對(duì)噴射混凝土強(qiáng)度的影響(礦渣Ⅲ/A42.5水泥)
圖4 無(wú)減速凝劑(AF)對(duì)噴射混凝土強(qiáng)度的影響(礦渣Ⅲ/A42.5水泥)
圖3是以雙對(duì)數(shù)座標(biāo)表示的噴射后5分鐘至28天的噴射混凝土抗壓強(qiáng)度?；炷涟ㄎ磽剿倌齽?、摻硅酸鈉(8%和12％)、摻無(wú)堿速凝劑(6％)礦渣水泥混凝土。硅酸鈉速凝劑混凝土的早期抗壓強(qiáng)度稍高于無(wú)堿速凝劑，例如摻硅酸鈉速凝劑1小時(shí)抗壓強(qiáng)度為0.5MPa，摻無(wú)堿速凝劑的為0.2MPa，但4小時(shí)后摻兩種速凝劑的混凝土抗壓強(qiáng)度相同，23小時(shí)后及以后齡期摻無(wú)堿速凝劑混凝土強(qiáng)度要比摻硅酸鈉速凝劑的強(qiáng)度好得多，無(wú)堿速凝劑噴射混凝土28天的抗壓強(qiáng)度高達(dá)60MPa(僅比基準(zhǔn)混凝土低10％)，而摻硅酸鈉速凝劑的噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度低于基準(zhǔn)混凝土的60％。
就礦渣水泥混凝土(圖4)和火山灰水泥混凝土來(lái)說(shuō)，使用摻量稍高的無(wú)堿速凝劑(7％)證明了無(wú)堿速凝劑在后期強(qiáng)度非常好。與使用常用硅酸鈉、鋁酸鹽或碳酸鹽的速凝劑混凝土強(qiáng)度相比，無(wú)堿速凝劑混凝土強(qiáng)度損失可以忽略不計(jì)(僅10％)。
為了說(shuō)明硅酸鈉和無(wú)堿速凝劑兩者的不同作用，通過(guò)密度比g/g0的測(cè)定，基準(zhǔn)混凝土28天的抗壓強(qiáng)度損失是由于相應(yīng)較低密實(shí)度值所致。眾所周知，密度每降1％，由于較低密實(shí)度形成的孔隙抗壓強(qiáng)度降低約5%～6％。因此摻12％硅酸鹽噴射混凝土(表3)密實(shí)度g/g0為0.94，抗壓強(qiáng)度降低30%～36％。這個(gè)數(shù)值比摻硅酸鈉噴射混凝土與未摻速凝劑在模子中成型充分搗實(shí)的基準(zhǔn)混凝土28天的實(shí)測(cè)值(55％)低了許多，這就意味著，除了未完全搗實(shí)影響因素外，為了解釋測(cè)定的強(qiáng)度損失，還要考慮其他的一些因素。這可能是加入硅酸鈉速凝劑后熟料相中的C3S和C2S水化速度降低所致。
表3 硅酸鈉速凝劑(NS)和無(wú)堿速凝劑(AF)對(duì)噴射混凝土容重(g)影響
與不摻外加劑的基準(zhǔn)混凝土容重(g0)對(duì)比
另一方面，由于加入無(wú)堿速凝劑，在噴射時(shí)混凝土工作性較好，無(wú)堿速凝劑噴射混凝土密實(shí)度較高(0.97～0.98)， 28天時(shí)測(cè)定的強(qiáng)度損失是等于或稍低于預(yù)計(jì)值(10%～18％)，這就意味著無(wú)堿速凝劑不會(huì)使水泥后期強(qiáng)度下降。反之，預(yù)計(jì)密實(shí)度降低(表2)，但28天的強(qiáng)度損失較低可能是由較高的水泥程度來(lái)部分補(bǔ)償。
綜上所述，復(fù)合使用丙烯酸超塑化劑、硅灰和無(wú)堿速凝劑，使用30％粉煤灰或50％礦渣取 代硅酸鹽水泥的混合硅酸鹽水泥，可以生產(chǎn)出低W/C的高坍落度、高強(qiáng)度、密實(shí)度高和耐久性好的高性能噴射混凝土。在施工中，坍落度損失小，回彈少和堿性危險(xiǎn)低是這種高性能噴射混凝土另外一些重要性能。
詳見(jiàn)
http://www.chenjiankui.com/view.asp?id=992&f_type=%BC%BC%CA%F5%BD%BB%C1%F7
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