一种双组分速凝剂在喷射混凝土中的施工技术研究

贺松定 张克龙

摘要 A料是速凝剂催化剂，喷射混凝土能够快速固化，是水泥和速凝剂发生化学反应的结果。B组分速凝剂为普通型速凝剂，可以是低碱速凝剂或无碱速凝剂。文章通过对双组分速凝剂对喷射混凝土工作性能影响研究、施工工艺研究，得出结果：（1）AB组分速凝剂掺量小;（2）混凝土实体强度高;（3）使用AB组分速凝剂回弹率小。

关键词 双组分;速凝剂;喷射混凝土

中图分类号 TU528.53 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）01-0157-03

0 引言

A组分速凝剂的作用机理[1]：混凝土的初、终凝速度，早期强度的发展，速凝剂只有辅助作业，起主导作用的是水泥，是由水泥中的3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3、CaSO4等元素含量所决定的。建筑市场大多数水泥初凝>45 min，终凝<6.5 h，不适用于喷射混凝土，只有具备快凝快硬的“双快”水泥才适用于喷射混凝土。

B组分速凝剂为普通型速凝剂，可以是低碱速凝剂或无碱速凝剂。根据贵州省质监局、中交集团的要求速凝剂必须采用无碱速凝剂，所以在研究中，采用的速凝剂为无碱速凝剂。

1 双组分速凝剂对喷射混凝土工作性能影响研究

1.1 双组分速凝剂与普通速凝剂的区别

（1）普通速凝剂独立使用。A组分必须和B组分速凝剂配合使用。（2）使用方法不同，速凝剂在喷浆作业时掺入，A组分在拌和混凝土时掺入，具有提高泵送效果的作用。（3）速凝剂掺入混凝土后立即与水泥发生化学反应→快速凝结。A组分掺入混凝土后不发生任何化学反应，不改变混凝土的工作状态，也就不用担心混凝土会在罐车里凝固。（4）当A组分与速凝剂同时使用时才会发生化学反应，且效果倍增，不仅可降低速凝剂掺量，提高混凝土后期强度，还可加速混凝土凝结。

1.2 双组分速凝剂与普通速凝剂的经济性对比

见表1，以C25混凝土为例，常规的水泥用量为480 kg，速凝劑掺量为水泥用量的8%，即38.4 kg;根据相关资料使用双组分速凝剂，保证混凝土各项指标的情况下，水泥用量可以降低为450 kg，双组分速凝剂掺量可以降低为7%，即31.5 kg。其余的材料数量变化基本上可以忽略不计。水泥的单价为380元/t，速凝剂的单价为2 500元/t。每方混凝土成本可以节约：速凝剂节约成本17.25元、水泥节约成本约11.4元，合计成本节约28.65元。

1.3 双组分速凝剂与普通速凝剂的力学性能对比

因为速凝剂掺量越大，混凝土强度越低;速凝剂掺量越小，强度越高。强度损失方面，无碱速凝剂优于低碱速凝剂。用A组分速凝剂预拌的混凝土可选用小砂率，作业时不易堵管，能够确切的保证实体混凝土强度。经过试验，AB组分速凝剂抗压强度比大于90%，钻芯强度满足要求。普通速凝剂喷射混凝现场综合掺量达到8%左右，现场取芯强度基本上都无法满足设计要求。经试验表明，采用相同胶凝材料用量的情况下，采用AB组分速凝剂喷射混凝土强度明显比普通速凝剂喷射混凝土高。最终强度结果见图1、图2。

1.4 双组分速凝剂对喷射混凝土工作性能的影响及最佳掺量的确认

1.4.1 A组分对喷射混凝土工作性能的影响

根据C25喷射混凝土配合比：水泥∶砂∶碎石∶水∶

减水剂∶A料∶B料=460∶968∶730∶175∶5.52∶

6.90∶27.60进行相关试验，验证减水剂和A组分对喷射混凝土坍落扩展度等工作性能的影响。普通减水剂采用中交二公局东萌工程有限公司减水剂复配中心生产的喷射混凝土专用减水剂，A组分为重庆锚喷建筑材料有限公司生产的湿喷混凝土专用催化剂（具有减水剂作用），B组分为重庆锚喷建筑材料有限公司生产的湿喷混凝土无碱速凝剂。在对比试验中，无碱速凝剂掺量均为6%。

见表2试验结果可以看出，在减水剂掺量一定的情况下，掺入A组分可以有效提高混凝土的和易性，提高混凝土流动性，且初期强度相较于未掺入A组分时有所提高，但是提高效果不明显。

同时通过试验可以得出，A组分最佳掺入量为胶凝材料总量的1.0%～1.5%。

1.4.2 B组分最佳掺量的确认

根据C25喷射混凝土配合比：水泥∶砂∶碎石∶水∶

减水剂=460∶968∶730∶175∶5.52为基准，A组分掺入比例为1.5%，B组分掺量选择从5%递增至10%进行强度验证。

见表3，采取现场喷射混凝土回弹率及有无掉块情况确定B组分最佳掺入量：喷射混凝土用的B料掺量为6%时，该配合比强度满足设计要求，回弹率偏低，现场无掉块;喷射混凝土用的B料掺量为5%时，该配合比强度满足设计要求，拱部回弹率增大，满足规范要求，边墙回弹变化不明显，现场无掉块;喷射混凝土用的B料掺量为4%时，该配合比强度满足设计要求，拱部回弹率进一步增大，边墙回弹率增加，拱部出现掉块;喷射混凝土用的B料掺量为3%时，该配合比强度满足设计要求，混凝土凝结时间不满足规范要求，终凝时间达到15 min，边墙拱部出现掉块、拱部喷射混凝土无法挂网形成喷射混凝土层。

喷射混凝土用的B料掺量为7%时，该配合比强度满足设计要求，较掺量为6%时偏低，回弹率满足要求，拱部边墙无掉块，凝结比较快;喷射混凝土用的速凝剂掺量为8%，强度不满足设计要求，回弹率满足要求，拱部边墙无掉块，凝结比较快。喷射混凝土用的速凝剂掺量为9%，喷射混凝土强度不满足设计要求，回弹率满足要求，拱部边墙无掉块，凝结比较快。

经综合分析：喷射混凝土用的B料在边墙部分的掺量为4%～5%，在拱顶部分的掺入量为6%～7%。

2 双组分速凝剂在喷射混凝土中施工工艺研究

2.1 双组分速凝剂喷射混凝土拌合及运输[2]

混凝土生产运输是施工的前提与基础。首先混凝土生产中，根据粗集料、细集料、水泥的顺序掺和搅拌，最后加入水和A组分、减水剂，搅拌时间延长到120 s。因为多加入A组分，同时为了进一步提高喷射混凝土拌合物的工作性能，所以比普通速凝剂混凝土搅拌时间适当进行延长。

喷射混凝土运输过程中，搅拌运输车的滚筒应保持匀速转动，速度控制在3～5 r/min，并严禁向车内加水。运输车从开始接料到卸料的时间不宜大于90 min。时间过长将影响混凝土的喷射效果，可能会出现回弹率大，甚至掉块的现象。卸料前，搅拌运输车罐体宜高速旋转20 s以上。

2.2 双组分速凝剂喷射混凝土现场喷射[3]

（1）喷射作业应分段分片进行，喷射顺序应由上而下。（2）对受喷岩面应用压力水预先湿润，对遇水易潮解的岩层可用压风清除岩面的松石、浮渣和尘埃。（3）在大面积喷射作业前应先对岩面上出露的空洞、凹穴和较宽的张开裂隙进行喷射混凝土充填。（4）喷嘴指向与受喷面应保持90°夹角。（5）喷嘴与受喷面的距离宜不大于1.0 m。（6）喷射混凝土边墙一次喷射厚度为80～

150 mm，拱部一次喷射厚度为60～100 mm。（7）分层喷射时，后层喷射应在前层混凝土终凝后进行，若终凝1 h后进行喷射，则应先用风水清洗喷层表面。（8）喷射作业紧跟开挖工作面时，下一循环放炮作业应在混凝土终凝3 h后进行。

3 研究成效

经研究发现，在喷射混凝土中使用双组分速凝剂具有以下优点：

3.1 AB组分速凝剂掺量小

经多次试验，AB组分综合掺量约为6.5%，其中A组分速凝剂1.5%，B组分速凝剂（无碱）5%。单掺入无碱速凝剂的综合掺量8.2%。双掺量小于单掺量，因此可以节约20%～30%外加剂费用。

3.2 混凝土实体强度高

因为速凝剂掺量越大，混凝土强度越低。速凝剂掺量越小，强度越高。强度损失方面，无碱速凝剂优于低碱速凝剂。当无碱速凝剂掺量控制在6%以内，混凝土后期强度损失很小，7 d后强度可以继续增加。经济性方面低碱速凝剂优于无碱速凝剂。用A组分速凝剂预拌的混凝土可选用小砂率，作业时不易堵管，能够确切的保证实体混凝土强度。经过试验，AB组分速凝剂抗压强度比大于90%，钻芯强度满足要求[4]。

3.3 使用AB组分速凝剂回弹率小

经统计，在使用单掺无碱速凝剂时，喷射混凝土回弹率约为18%～25%。技术合格的喷射手使用组合的AB速凝剂作业基本无掉块现象。经过统计综合回弹率能控制在8%左右，经济效益特别显著，是该产品的最大亮点。

4 经济性分析

根据上述表1的数据显示，按照喷射混凝土设计量60 000 m³计算，整个工程喷射混凝土可节约171.9万元。

采用湿喷机械同样可以降低人工的使用。采用湿喷机械工作只需三人便可完成喷射作业。一个操作手，两个辅助人员。人员工资分别为：操作上18 000元/月，辅助人员7 000元/月。三人合计费用为32 000元。采用干喷施工，至少要使用3名喷浆手、5名辅助人员。人员工资分别为：操作上10 000元/月，辅助人员7 000元/月。八人合计费用为65 000元。采用湿喷机械减少了人工成本33 000元/月。但是增加了湿喷机械的租赁费用约10万元/月。

施工进度角度来讲：采用湿喷机械，每个循环喷浆时间缩短至5 h;采用干喷，每个循环喷浆时间为9 h。全部采用湿喷比干喷施工每个循环的时间可以缩短4～5 h。每个月可以多施工5～6个循环，形象进度增加10～15 m的进尺，有效地缩短工期。

5 结语

控制噴射混凝土的回弹量就是控制喷浆作业时不掉块，要实现不掉块唯一办法是加速混凝土凝结时间。影响混凝士凝结时间的四个材料分别是水泥、砂、减水剂、速凝剂。决定因素并非是这四种产品质量各自有多好，而是由它们之间的相容性、互补性、排他性所决定。只要解决了各种材料的相容性、互补性、排他性，就能做好喷射混凝土。双组分速凝剂在喷射混凝土中的使用，正是基于这样的理论，在保证混凝土强度、喷射效果的情况下，有效地降低了回弹率、降低了混凝土的成本。

在降低喷射混凝土成本方面，其实还有很多的路要走，比如可以选择掺入一定量的外掺料（粉煤灰、矿渣粉）。可是外掺料的使用，也需要像双组分速凝剂这样优秀的产品，给喷射混凝土质量提供高效的保证，扭转喷射混凝土强度通常都不能满足设计要求。在强度、回弹率、泵送效果优良的前提下，使用高效速凝剂催化剂，降低速凝剂的真实掺量，才是喷射混凝土研究的一种新方向。

参考文献

[1]曾文渊，黄煜镔.速凝剂对喷射混凝土耐久性的不利影响浅析[J].建筑技术开发，2002（9）：30-31.

[2]公路隧道施工技术规范：JTG/T 3660—2020[S].北京：人民交通出版社，2020.

[3]岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范：GB 50086

—2015[S].北京：中国计划出版社，2015.

[4]钱大行，陈文娟，于建林，等.速凝剂对喷射砼性能影响的研究[J].水泥工程，2003（4）：12-14.