速凝剂在公路隧道施工中的应用

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速凝剂是专门为喷射水泥混凝土施工特制的一种超快硬早强水泥混凝土外加剂，掺后水泥混凝土的初凝时间不超过3分钟，初凝后就具备了抵抗水泥混凝土自重脱落的能力。速凝剂的这些优异特性，使其广泛应用于公路隧道支护、边坡防护、地下洞室、水池、薄壳、修复加固等喷射或喷锚水泥混凝土结构中，也可用于需要速凝堵漏的水泥混凝土或砂浆中。

按物质形态分，速凝剂有粉状和液状两种。粉状速凝剂以铝酸盐、碳酸盐、硫铝酸盐等无机盐为主要成分；液体速凝剂以偏硅酸钠、硫酸铝胶、水玻璃等为主要成分，或与重铬酸钾、亚硝酸钠、三乙醇胺等其他无机盐复合而成。

一、速凝剂的性能指标

用于公路工程的速凝剂必须满足国标一等品的各项性能指标(见表1)及匀质性要求，否则不得使用。

二、喷射水泥混凝土原材料与配合比

1.喷射水泥混凝土原材料要求

喷射水泥混凝土应采用符合质量要求的外加剂，选用与水泥适应性好、凝结硬化快、28d强度损失少、较低掺量的速凝剂。使用前，应对速凝剂与水泥的适应性、水泥净浆凝结效果进行检验。当与其他类型的外加剂复配使用时，也应做相应的性能检测试验。常用粉状速凝剂极易吸湿变质，在运输和储存中应保持干燥，不得损坏包装，防止受潮、结块和变质。

为保证喷射水泥混凝土快速凝结，提高1d强度，应优先采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。有防腐或其他特殊要求时，也可采用相应的特种水泥。水泥强度等级应不低于42.5级。

喷射水泥混凝土用水应符合《混凝土拌和用水标准》(JGJ63-89)的规定。水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质。不得使用污水、pH值小于5的酸性水、硫酸盐含量大于1％的水。

2.喷射水泥混凝土配合比要求

强度应符合设计要求。湿法喷射水泥混凝土坍落度宜控制在80mm～120mm之间，能够满足工程抗冻、抗渗和耐久性要求，并尽量节约水泥。配合比应通过试喷试验或根据经验确定。

干法喷射中，水泥与砂石材料的质量比宜为l：4.0～1：4.5；水灰比宜为0.40～0.45；砂率宜控制在45％～55％的范围内。水灰比一般由喷射工人凭经验控制，虽很难做到均匀一致，但要求在喷射时粉尘和脱落较少，喷射水泥混凝土表面基本平整，呈水亮光泽状，无干斑和滑移流淌现象。

湿法喷射中，水泥与砂石材科的质量比宜为1：3.5～l：4.0，水灰比宜为0.42～0.50，砂率宜控制在50％～60％的范围内。

喷射水泥混凝土在刚喷射到附着体上时，主要是依靠水泥浆和砂浆本身提供的黏聚性。因此，水泥用量不可偏少，砂率要求很大。一般水泥用量为400kg／m3左右，砂率宜控制在45％～60％之间。但过高的砂率在大风、干热、曝晒环境下，喷射水泥混凝土极易开裂。因此，在喷射水泥混凝土施工时，要考虑环境条件，同时兼顾回弹率和防裂的要求，在不增大回弹率的前提下，选用偏低的砂率。

喷射水泥混凝土应采用坚硬耐久的卵石或碎石，粗集料最大粒径不宜大于15mm。使用纤维喷射水泥混凝土时，粗集料最大粒径不宜大于10mm。由于速凝剂往往具有高碱性，当使用碱性速凝剂时，严禁使用碱活性集料。喷射水泥混凝土细集料应采用坚硬耐久的中粗砂，细度模数宜控制在2.5～3.5之间。干法喷射时，砂的含水率宜控制在5％～7％的范围内；当采用防黏料喷射机时，砂含水率可为7％～10％。粗、细集料组合级配应符合表2的规定。

速凝剂掺量宜为水泥质量的2％～8％，最优掺量视其种类不同，通过试验确定。

当喷射水泥混凝土掺入纤维时，除钢纤维具有提高抗拉强度的作用外，一般有机纤维仅具有防裂作用，因此其掺量配合比应通过试配、试喷来确定。

三、喷射水泥混凝土的施工

1.喷射方法的选择

喷射水泥混凝土有干喷和湿喷两种工艺和施工设备。湿喷粉尘少，回弹量小，水泥混凝土强度高，质量更稳定，在公路隧道和封闭洞室喷锚支护中应优先采用；干喷法发展较早，技术较为成熟，设备投资较省，可在露天边坡工程中使用。

2.机械设备的选择

选择喷射机要注意减少喷射中的回弹率，降低作业面空气中的粉尘浓度，提高喷射作业效率，保证工程质量，降低造价。一般要求喷射机密封性良好、输料连续均匀。干法生产能力为3m3/h～5m3/h；输料的水平距离不小于100m，垂直距离不小于30m。湿法喷射机生产率应大于5m3／h，水平距离不应小于30m，垂直距离不小于20m，机旁粉尘小于10mg／m3。当施工现场的喷射距离不足时，应搭建工作台架，以满足喷射输送距离的要求。

拌制喷射混合料宜优先采用强制式搅拌机，可采用自落式或滚筒式搅拌机，严禁使用人工拌和，这是保证干拌和料的匀质性，减少粉尘飞扬、水泥散失和减少脱落的重要环节。采用容量小于400L的强制式搅拌机时，搅拌时间不得少于60s；采用自落式或滚筒式搅拌机时，搅拌时间不得少于120s；当掺有外加剂掺合料或纤维时，搅拌时间应适当延长。

喷射中需配备专用的空压机，其排风量不应小于9m3／min，风压应稳定，波动值不宜大于0.01MPa。风压和风量不足，易产生堵管，削弱喷射时的冲击捣实力，影响密实度；风压波动过大，既影响料流速度，也易造成喷口水灰比难以控制，使喷射水泥混凝土干湿不匀、质量低劣。空压机至喷射机进风管的耐压强度不应小于0.8MPa，送风管接头应牢固、耐磨、可靠。

采用干法喷射时，喷头处的水压力宜为0.15MPa～0.20MPa，这是保证干混合料与水均匀混合的重要条件。喷头料流的压力一般在0.1MPa左右，混合水的最低压力应比喷口处料流压力大0.05MPa左右，这样才能保证压力水穿透料流与混合料均匀掺和。

3.水泥混凝土的拌制与运输

水泥和速凝剂的称量误差为±2％，砂石料的称量误差为±3％。