1、噴射混凝土技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地下、地表的各種軟弱、破碎地層，成為及時(shí)支護(hù)不可分割的重要手段。長(zhǎng)期以來，噴射混凝土施工中所使用的速凝劑主要是以高堿、粉體的速凝劑為主，這些速凝劑主要是以鋁酸鹽、碳酸鹽為主與其他無機(jī)鹽復(fù)合或以硅酸鈉為主再與其他無機(jī)鹽復(fù)合，由于這一系列的速凝劑堿性較大，噴射混凝土的后期強(qiáng)度降低明顯，一般混凝土28d強(qiáng)度損失30%~50%。而液體無堿速凝劑則可以提高噴射混凝土的后期強(qiáng)度、提高抗?jié)B能力，正在成為噴射混凝土用速凝劑發(fā)展的一個(gè)重要方向。

2、無堿速凝劑的制備

在常溫下，將無堿速凝劑添加劑、硫酸鋁、有機(jī)增強(qiáng)劑按一定比例依次加入水中溶解完全并攪拌均勻，得到的灰白色半透明液體即為無堿速凝劑。本文所使用的無堿速凝劑添加劑主要成分是氟硅酸鎂鋁，采用特殊工藝將磷肥生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生的含氟廢氣進(jìn)行洗滌、回收終制得。在無堿速凝劑添加劑的作用下，硫酸鋁在水中的溶解度比較高，按照55%的比例加入水中也能完全溶解，且比較穩(wěn)定。醇胺類物質(zhì)有很明顯的促凝增強(qiáng)效果，二乙醇胺的適應(yīng)性要好于三乙醇胺，能夠大幅度提高摻速凝劑水泥漿體的早期強(qiáng)度。該無堿速凝劑pH值1~3，密度1.4g/cm3，固含量為40~50%。

3、無堿速凝劑的性能研究

3.1無堿速凝劑的摻量對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響

表1 不同品種及摻量的速凝劑對(duì)基準(zhǔn)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響

3.2 無堿速凝劑對(duì)基準(zhǔn)水泥強(qiáng)度的影響

表2 不同品種及摻量的速凝劑對(duì)基準(zhǔn)水泥膠砂強(qiáng)度的影響

4、無堿速凝劑的促凝機(jī)理

無堿速凝劑的促凝機(jī)理與有堿速凝劑的不同，無堿速凝劑的加入，促進(jìn)了C3S和C3A的水化而達(dá)到促凝效果。

摻加無堿速凝劑的水泥漿在水化早期生成大量的AlO2-和SO42-，速凝劑中的R-（負(fù)離子，主要為SO42-）和SO42-能消耗一部分Ca2+，Al3+能消耗一部分OH-離子，并且能降低Ca(OH)2的結(jié)晶能壘，使C3S表面的雙電層難以形成；由于Ca2+被消耗，生成的C-S-H的C/S值較小，滲透性增加，水分能透過C-S-H向C3S內(nèi)部擴(kuò)散，且產(chǎn)物易向C-S-H外部遷移。在上述兩種原因的共同作用下，使C3S的誘導(dǎo)期消失；速凝劑中的有機(jī)物能降低AFt的成核勢(shì)壘，反應(yīng)生成的次生石膏能與C3A反應(yīng)，迅速在整個(gè)水泥漿體中析出大量的AFt，從而加速了C3A的水化。同時(shí)，速凝劑中的有機(jī)物能加速C3S的水化反應(yīng)。C3S的迅速水化放熱、C3A的迅速水化放熱、水化產(chǎn)物的迅速結(jié)晶放熱，這些放熱反應(yīng)集合在一起，使水泥漿體的溫度急劇升高，進(jìn)一步促使水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行；水化產(chǎn)物的形成，結(jié)合了大量的游離水，使水泥迅速失去流動(dòng)性，生成的鈣礬石晶體外形呈短柱狀，隨機(jī)取向，無序分布于整個(gè)硬化體空間，大量的水化硅酸鈣凝膠填充在鈣礬石空間網(wǎng)格周圍，同時(shí)，水化產(chǎn)物的結(jié)晶不斷長(zhǎng)大并互相交錯(cuò)形成一個(gè)緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使水泥漿體迅速凝結(jié)并硬化，并與硅酸鹽礦物水化后生成的C-S-H凝膠共同作用，使水泥硬化漿體的密實(shí)程度大為提高。

5、硬化混凝土抗軟水侵蝕性

5.1軟水侵蝕及評(píng)價(jià)方法

溶出性侵蝕又稱軟水侵蝕，發(fā)生的原因是由于水泥石中決定結(jié)晶結(jié)合強(qiáng)度的化合物被溶解析出。溶蝕可使液相石灰濃度下降，導(dǎo)致水泥水化產(chǎn)物分解，混凝土孔隙率增加，強(qiáng)度下降。

軟水對(duì)混凝土的侵蝕破壞主要有兩種形式，一種是在壓力水作用下的滲透溶蝕，另一種是流動(dòng)水對(duì)混凝土表面的接觸溶蝕。。

武漢大學(xué)對(duì)水工混凝土的抗軟水侵蝕性作了模擬試驗(yàn)研究[4]，采用模擬加速試驗(yàn)裝置來評(píng)價(jià)混凝土抗軟水侵蝕性，試驗(yàn)用攪拌機(jī)攪水來模擬水流。用砂漿試件替代混凝土試件，尺寸為100mm×35mm×8mm，用支架固定在水中，試驗(yàn)用水為去離子水，每隔3d換一次水，換水時(shí)對(duì)溶蝕水取樣，進(jìn)行化學(xué)分析。根據(jù)實(shí)際工程中混凝土表面溶蝕破壞情況，選用試件質(zhì)量損失、總鹽溶出量、CaO溶出量來評(píng)價(jià)混凝土表面溶蝕特性。

5.2摻有堿速凝劑硬化混凝土抗軟水侵蝕性

使用有堿速凝劑進(jìn)行隧道初期支護(hù)，原開挖面滲水量較大，噴射支護(hù)完成后，仍有水不斷滲水，在滲水路線處產(chǎn)生大量的白色析晶，經(jīng)分析其主要成分為Ca2CO3，含量占95%，堿含量（以Na+計(jì)）占3%。原因?yàn)橐延不炷林写罅康腘a+的溶出造成混凝土內(nèi)部離子環(huán)境失衡，使Ca（OH）2大量溶出，遇空氣反應(yīng)沉淀。大量的析晶，造成原混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，同時(shí)，積聚于泄水孔處極易造成透水管路堵塞，使隧道防水層承受過高水壓而遭受破壞，造成滲漏水。

5.3摻無堿速凝劑硬化混凝土抗軟水侵蝕性

使用無堿速凝劑未發(fā)現(xiàn)5.2條中所述現(xiàn)象。

5.4試驗(yàn)對(duì)比

采用有堿、無堿速凝劑分別制作膠砂試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)3d后飽水，進(jìn)行30d的軟水浸泡，每3d更換去離子水一次，進(jìn)行質(zhì)量損失對(duì)比試驗(yàn)，同時(shí)，成型試件標(biāo)養(yǎng)28d鉆芯加工成φ100mm×50mm圓柱體試件并進(jìn)行真空飽水后測(cè)試初始電阻，質(zhì)量損失分別為5.3%和0.4%，28d初始電阻值分別為45.4Ω和634.5Ω。

所以，噴射混凝土應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件合理地采用不同品種的速凝劑，以達(dá)相應(yīng)的耐久性效果。如干燥環(huán)境可選擇各種速凝劑，滲水環(huán)境宜選摻無堿速凝劑。

6、無堿速凝劑的工程應(yīng)用

6.1 工程概況

隧道設(shè)計(jì)使用C25濕噴混凝土，每方混凝土總堿含量不超過3.0kg，1d強(qiáng)度不小于10MPa。

6.2 施工用噴射混凝土配合比

使用無堿速凝劑時(shí)，因無堿速凝劑堿含量非常小，配合比的選擇較容易，總堿含量易保證，但1d強(qiáng)度相對(duì)有堿速凝劑較低，因此，這成分有堿速凝劑進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的瓶頸。

選定的混凝土配合比如下：

1、水泥：砂：碎石：減水劑：速凝劑（有堿）：水=452：967：791：13.6：190，總堿含量為2.95kg/m3，1d強(qiáng)度為14.1MPa，28d強(qiáng)度為33.8MPa；

2、水泥：砂：碎石：減水劑：速凝劑（無堿）：水=452：967：791：36.2：190，總堿含量為2.55kg/m3，1d強(qiáng)度為11.4MPa，28d強(qiáng)度為45.8MPa；

6.3 施工效果

相對(duì)配合比1，使用配合比2時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，速凝劑摻量大，且在摻量波動(dòng)地情況下不影響凝結(jié)效果。

滲水部位噴射：為避免軟水侵蝕的影響，宜選擇無堿速凝劑噴射混凝土，使用有堿速凝劑進(jìn)行滲水部位噴射作業(yè)，混凝土溶蝕無法避免。

6.4 成本分析

根據(jù)配合比1和2，因兩種速凝劑成本差別較大，使用無堿速凝劑成本高至少約70元每方，不易被接受。

7、結(jié)論

通過分析對(duì)比試驗(yàn)，無堿速凝劑和有堿速凝劑的使用各有優(yōu)缺點(diǎn)。按其特點(diǎn)，合理選擇如下：

1、如果設(shè)計(jì)對(duì)混凝土的總堿含量要求嚴(yán)格，可考慮選擇使用無堿速凝劑；

2、干燥環(huán)境，在濕噴機(jī)對(duì)速凝劑的計(jì)量較準(zhǔn)確的前提下，可選擇有堿速凝劑；

3、對(duì)早期強(qiáng)度要求較高的混凝土，可考慮選擇有堿速凝劑；

4、對(duì)后期強(qiáng)度要求較高的混凝土，可考慮選擇無堿速凝劑；

5、對(duì)混凝土耐久性要求較高的混凝土，應(yīng)選擇無堿速凝劑。

無堿速凝劑并非好的速凝劑產(chǎn)品，因其摻量大、價(jià)格高還不容易被接受，且1d強(qiáng)度相對(duì)較低，無法有效降低混凝土的水泥用量，混凝土施工成本很高。在一定的環(huán)境條件及設(shè)計(jì)要求下，可合理地選擇有堿速凝劑，不能盲目追求高科技、新技術(shù)而造成施工質(zhì)量隱患和無謂的成本浪費(fèi)。

但無堿速凝劑的使用是噴射混凝土施工的發(fā)展方向，降低無堿速凝劑的摻量和成本，提高早期強(qiáng)度對(duì)噴射混凝土的生產(chǎn)、無堿速凝劑的應(yīng)用有重要意義。