速凝劑在公路隧道施工中的應(yīng)用

速凝劑是專門為噴射水泥混凝土施工特制的一種超快硬早強(qiáng)水泥混凝土外加劑，摻后水泥混凝土的初凝時(shí)間不超過3分鐘，初凝后就具備了抵抗水泥混凝土自重脫落的能力。速凝劑的這些優(yōu)異特性，使其廣泛應(yīng)用于公路隧道支護(hù)、邊坡防護(hù)、地下洞室、水池、薄殼、修復(fù)加固等噴射或噴錨水泥混凝土結(jié)構(gòu)中，也可用于需要速凝堵漏的水泥混凝土或砂漿中。

按物質(zhì)形態(tài)分，速凝劑有粉狀和液狀兩種。粉狀速凝劑以鋁酸鹽、碳酸鹽、硫鋁酸鹽等無(wú)機(jī)鹽為主要成分；液體速凝劑以偏硅酸鈉、硫酸鋁膠、水玻璃等為主要成分，或與重鉻酸鉀、亞硝酸鈉、三乙醇胺等其他無(wú)機(jī)鹽復(fù)合而成。

一、速凝劑的性能指標(biāo)

用于公路工程的速凝劑必須滿足國(guó)標(biāo)一等品的各項(xiàng)性能指標(biāo)(見表1)及勻質(zhì)性要求，否則不得使用。

二、噴射水泥混凝土原材料與配合比

1.噴射水泥混凝土原材料要求

噴射水泥混凝土應(yīng)采用符合質(zhì)量要求的外加劑，選用與水泥適應(yīng)性好、凝結(jié)硬化快、28d強(qiáng)度損失少、較低摻量的速凝劑。使用前，應(yīng)對(duì)速凝劑與水泥的適應(yīng)性、水泥凈漿凝結(jié)效果進(jìn)行檢驗(yàn)。當(dāng)與其他類型的外加劑復(fù)配使用時(shí)，也應(yīng)做相應(yīng)的性能檢測(cè)試驗(yàn)。常用粉狀速凝劑極易吸濕變質(zhì)，在運(yùn)輸和儲(chǔ)存中應(yīng)保持干燥，不得損壞包裝，防止受潮、結(jié)塊和變質(zhì)。

為保證噴射水泥混凝土快速凝結(jié)，提高1d強(qiáng)度，應(yīng)優(yōu)先采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。有防腐或其他特殊要求時(shí)，也可采用相應(yīng)的特種水泥。水泥強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于42.5級(jí)。

噴射水泥混凝土用水應(yīng)符合《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63-89)的規(guī)定。水中不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)。不得使用污水、pH值小于5的酸性水、硫酸鹽含量大于1％的水。

2.噴射水泥混凝土配合比要求

強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。濕法噴射水泥混凝土坍落度宜控制在80mm～120mm之間，能夠滿足工程抗凍、抗?jié)B和耐久性要求，并盡量節(jié)約水泥。配合比應(yīng)通過試噴試驗(yàn)或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。

干法噴射中，水泥與砂石材料的質(zhì)量比宜為l：4.0～1：4.5；水灰比宜為0.40～0.45；砂率宜控制在45％～55％的范圍內(nèi)。水灰比一般由噴射工人憑經(jīng)驗(yàn)控制，雖很難做到均勻一致，但要求在噴射時(shí)粉塵和脫落較少，噴射水泥混凝土表面基本平整，呈水亮光澤狀，無(wú)干斑和滑移流淌現(xiàn)象。

濕法噴射中，水泥與砂石材科的質(zhì)量比宜為1：3.5～l：4.0，水灰比宜為0.42～0.50，砂率宜控制在50％～60％的范圍內(nèi)。

噴射水泥混凝土在剛噴射到附著體上時(shí)，主要是依靠水泥漿和砂漿本身提供的黏聚性。因此，水泥用量不可偏少，砂率要求很大。一般水泥用量為400kg／m3左右，砂率宜控制在45％～60％之間。但過高的砂率在大風(fēng)、干熱、曝曬環(huán)境下，噴射水泥混凝土極易開裂。因此，在噴射水泥混凝土施工時(shí)，要考慮環(huán)境條件，同時(shí)兼顧回彈率和防裂的要求，在不增大回彈率的前提下，選用偏低的砂率。

噴射水泥混凝土應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久的卵石或碎石，粗集料最大粒徑不宜大于15mm。使用纖維噴射水泥混凝土?xí)r，粗集料最大粒徑不宜大于10mm。由于速凝劑往往具有高堿性，當(dāng)使用堿性速凝劑時(shí)，嚴(yán)禁使用堿活性集料。噴射水泥混凝土細(xì)集料應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久的中粗砂，細(xì)度模數(shù)宜控制在2.5～3.5之間。干法噴射時(shí)，砂的含水率宜控制在5％～7％的范圍內(nèi)；當(dāng)采用防黏料噴射機(jī)時(shí)，砂含水率可為7％～10％。粗、細(xì)集料組合級(jí)配應(yīng)符合表2的規(guī)定。

速凝劑摻量宜為水泥質(zhì)量的2％～8％，最優(yōu)摻量視其種類不同，通過試驗(yàn)確定。

當(dāng)噴射水泥混凝土摻入纖維時(shí)，除鋼纖維具有提高抗拉強(qiáng)度的作用外，一般有機(jī)纖維僅具有防裂作用，因此其摻量配合比應(yīng)通過試配、試噴來確定。

三、噴射水泥混凝土的施工

1.噴射方法的選擇

噴射水泥混凝土有干噴和濕噴兩種工藝和施工設(shè)備。濕噴粉塵少，回彈量小，水泥混凝土強(qiáng)度高，質(zhì)量更穩(wěn)定，在公路隧道和封閉洞室噴錨支護(hù)中應(yīng)優(yōu)先采用；干噴法發(fā)展較早，技術(shù)較為成熟，設(shè)備投資較省，可在露天邊坡工程中使用。

2.機(jī)械設(shè)備的選擇

選擇噴射機(jī)要注意減少噴射中的回彈率，降低作業(yè)面空氣中的粉塵濃度，提高噴射作業(yè)效率，保證工程質(zhì)量，降低造價(jià)。一般要求噴射機(jī)密封性良好、輸料連續(xù)均勻。干法生產(chǎn)能力為3m3/h～5m3/h；輸料的水平距離不小于100m，垂直距離不小于30m。濕法噴射機(jī)生產(chǎn)率應(yīng)大于5m3／h，水平距離不應(yīng)小于30m，垂直距離不小于20m，機(jī)旁粉塵小于10mg／m3。當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)的噴射距離不足時(shí)，應(yīng)搭建工作臺(tái)架，以滿足噴射輸送距離的要求。

拌制噴射混合料宜優(yōu)先采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，可采用自落式或滾筒式攪拌機(jī)，嚴(yán)禁使用人工拌和，這是保證干拌和料的勻質(zhì)性，減少粉塵飛揚(yáng)、水泥散失和減少脫落的重要環(huán)節(jié)。采用容量小于400L的強(qiáng)制式攪拌機(jī)時(shí)，攪拌時(shí)間不得少于60s；采用自落式或滾筒式攪拌機(jī)時(shí)，攪拌時(shí)間不得少于120s；當(dāng)摻有外加劑摻合料或纖維時(shí)，攪拌時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)。

噴射中需配備專用的空壓機(jī)，其排風(fēng)量不應(yīng)小于9m3／min，風(fēng)壓應(yīng)穩(wěn)定，波動(dòng)值不宜大于0.01MPa。風(fēng)壓和風(fēng)量不足，易產(chǎn)生堵管，削弱噴射時(shí)的沖擊搗實(shí)力，影響密實(shí)度；風(fēng)壓波動(dòng)過大，既影響料流速度，也易造成噴口水灰比難以控制，使噴射水泥混凝土干濕不勻、質(zhì)量低劣?？諌簷C(jī)至噴射機(jī)進(jìn)風(fēng)管的耐壓強(qiáng)度不應(yīng)小于0.8MPa，送風(fēng)管接頭應(yīng)牢固、耐磨、可靠。

采用干法噴射時(shí)，噴頭處的水壓力宜為0.15MPa～0.20MPa，這是保證干混合料與水均勻混合的重要條件。噴頭料流的壓力一般在0.1MPa左右，混合水的最低壓力應(yīng)比噴口處料流壓力大0.05MPa左右，這樣才能保證壓力水穿透料流與混合料均勻摻和。

3.水泥混凝土的拌制與運(yùn)輸

水泥和速凝劑的稱量誤差為±2％，砂石料的稱量誤差為±3％。