郭文康 ，王述銀 ，肖開(kāi)濤

（1.長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院，湖北 武漢 430010；2.國(guó)家大壩安全工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430010）

0 引言

速凝劑憑借其在速凝、早強(qiáng)方面顯著的特點(diǎn)，已成為噴射混凝土重要組成材料之一[1]，廣泛應(yīng)用于水利工程的地下洞室、地下廠房、邊坡支護(hù)、交通隧道和部分搶修工程。迄今為止，速凝劑主要經(jīng)歷了從早期的堿性粉狀速凝劑到中期低堿速凝劑，再到近期的液態(tài)無(wú)堿速凝劑 （通常稱(chēng)為 “新型速凝劑”）的發(fā)展過(guò)程[2]。由于傳統(tǒng)混凝土速凝劑不便于噴射混凝土濕法作業(yè)，且在凝結(jié)時(shí)間、早期抗壓強(qiáng)度、后期抗壓強(qiáng)度比、施工人身安全、揚(yáng)塵和回彈量等方面存在明顯的缺陷，新型混凝土速凝劑憑借其優(yōu)良的性能，正逐步取代傳統(tǒng)速凝劑，成為速凝劑領(lǐng)域的主流[3-5]。但我國(guó)至今仍未出臺(tái)針對(duì)新型混凝土速凝劑的性能檢驗(yàn)方法，為了便于更好地了解新型混凝土速凝劑的性能特點(diǎn)，選擇了多個(gè)廠家生產(chǎn)的具有代表性的國(guó)內(nèi)外速凝劑品種，參考?xì)W洲相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提出新的性能檢驗(yàn)方法，驗(yàn)證多種新型混凝土速凝劑的性能，并與傳統(tǒng)速凝劑的性能進(jìn)行對(duì)比。

1 試驗(yàn)方法與原材料

1.1 試驗(yàn)方法探討

傳統(tǒng)速凝劑 （堿性粉狀速凝劑、液態(tài)低堿速凝劑）性能檢驗(yàn)試驗(yàn)方法選用我國(guó)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC447《噴射混凝土用速凝劑》。由于目前我國(guó)尚無(wú)專(zhuān)門(mén)針對(duì)液態(tài)無(wú)堿速凝劑的性能檢驗(yàn)試驗(yàn)規(guī)程，特參考 EN 934—5 《Admixtures for sprayed concrete》、BS EN196—1 《Methods of Testing Cement》 等歐洲標(biāo)準(zhǔn)，提出更加適合于新型混凝土速凝劑的試驗(yàn)檢測(cè)方法和技術(shù)要求。

（1）試驗(yàn)項(xiàng)目。由于新型混凝土速凝劑對(duì)水泥砂漿和混凝土后期強(qiáng)度影響較小，甚至還可使其有所提高，根據(jù)性能特點(diǎn)，在JC447的基礎(chǔ)上增加90 d抗壓強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度比C90/C028（C0為基準(zhǔn)砂漿28 d抗壓強(qiáng)度，C90為摻速凝劑砂漿90 d抗壓強(qiáng)度）。

（2）凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)方法。減水劑已成為現(xiàn)代混凝土工程中不可或缺的原材料，絕大部分噴射混凝土在施工過(guò)程中摻加了高效或者高性能減水劑。因此，在檢驗(yàn)新型混凝土速凝劑凝結(jié)時(shí)間時(shí)，在JC447的基礎(chǔ)上，參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)所用減水劑的種類(lèi)和性能適當(dāng)摻加減水劑，同時(shí)將試驗(yàn)用水量由160 mL降低至140 mL。初凝和終凝時(shí)間判斷方法為:從加水時(shí)起至試針沉入水泥凈漿中距底板1.0～2.0 mm所需時(shí)間為初凝時(shí)間，至試針沉入水泥凈漿中不超過(guò)1.0 mm時(shí)所需時(shí)間為終凝時(shí)間。

（3）膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)方法。在JC447的基礎(chǔ)上，增摻減水劑，并將灰砂比提高至1∶2.0，具體參數(shù)如下:水泥675 g、標(biāo)準(zhǔn)砂1350 g、拌合水338 g（扣除速凝劑中含水）。

1.2 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)采用華新 （東川）水泥股份有限公司生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥、ISO標(biāo)準(zhǔn)砂、巴斯夫化學(xué)建材 （中國(guó)）有限公司生產(chǎn)的GleniumSP-8CN（標(biāo)準(zhǔn)型）聚羧酸高性能減水劑，經(jīng)品質(zhì)檢驗(yàn)滿(mǎn)足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求。速凝劑選用具有代表性的堿性粉狀和液態(tài)低堿速凝劑各1種，液態(tài)無(wú)堿速凝劑8種 （其中包括國(guó)外廠家生產(chǎn)的2種）。

2 新型混凝土速凝劑的性能

試驗(yàn)為了驗(yàn)證新型混凝土速凝劑的性能，特選擇了堿性粉狀速凝劑、液態(tài)低堿速凝劑各1種，其凝結(jié)時(shí)間、水泥膠砂強(qiáng)度等檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。8種新型混凝土速凝劑性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。以下從新型混凝土凝結(jié)時(shí)間、水泥膠砂強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度比等方面進(jìn)行分析。

2.1 凝結(jié)時(shí)間

從表1、2試驗(yàn)結(jié)果可以看出，堿性粉狀速凝劑、液態(tài)低堿速凝劑和8種液態(tài)無(wú)堿速凝劑的凝結(jié)時(shí)間均能滿(mǎn)足JC447的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求；8種新型混凝土速凝劑凝結(jié)時(shí)間除AFA-3初凝時(shí)間稍長(zhǎng)，AFA-5終凝時(shí)間稍長(zhǎng)外，其余6種凝結(jié)時(shí)間均比較穩(wěn)定，初凝時(shí)間在1 min 56 s～4 min 8 s之間，終凝時(shí)間在2 min 57 s～10 min 19 s。計(jì)算8種新型速凝劑的凝結(jié)時(shí)間的平均值，初凝和終凝平均值分別為2 min 46 s和6 min 42 s，與兩種傳統(tǒng)速凝劑的凝結(jié)時(shí)間比較差別不大，相比之下液態(tài)無(wú)堿速凝劑和液態(tài)低堿速凝劑的凝結(jié)時(shí)間略?xún)?yōu)于堿性粉狀速凝劑。

表1 傳統(tǒng)混凝土速凝劑性能檢驗(yàn)結(jié)果

表2 新型混凝土速凝劑性能檢驗(yàn)結(jié)果

2.2 水泥膠砂抗壓強(qiáng)度

摻8種新型混凝土速凝劑的各齡期水泥膠砂抗壓強(qiáng)度見(jiàn)圖1。從圖1可以看出，不同廠家生產(chǎn)的新型混凝土速凝劑1d膠砂抗壓強(qiáng)度在4.4～13.2 MPa之間，波動(dòng)較大；28、90 d膠砂抗壓強(qiáng)度分別在39～44.3 MPa和47.5～54.9 MPa之間，抗壓強(qiáng)度均較高，且相對(duì)穩(wěn)定。較高的后期抗壓強(qiáng)度是新型混凝土速凝劑的顯著特點(diǎn)之一。

圖1 不同品種新型混凝土速凝劑各齡期膠砂抗壓強(qiáng)度

計(jì)算8種新型速凝劑各齡期的膠砂抗壓強(qiáng)度平均值，1、28、90 d齡期分別為 9.2、41.7、50.5 MPa，與兩種傳統(tǒng)速凝劑的各齡期膠砂抗壓強(qiáng)度對(duì)比見(jiàn)圖2。由圖2可知，綜合來(lái)講，傳統(tǒng)速凝劑與新型速凝劑1 d膠砂抗壓強(qiáng)度差別不大，但新型混凝土速凝劑后期強(qiáng)度明顯高于傳統(tǒng)速凝劑，新型速凝劑90 d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到液態(tài)低堿速凝劑和堿性粉狀速凝劑的137%和154%。因此，新型速凝劑后期強(qiáng)度高且增長(zhǎng)快，可以顯著提高摻液態(tài)無(wú)堿速凝劑混凝土的物理力學(xué)性能和耐久性。分別計(jì)算三種不同類(lèi)型速凝劑各齡期的強(qiáng)度增長(zhǎng)率，并對(duì)摻3種不同類(lèi)型速凝劑的抗壓強(qiáng)度 （Rc）與齡期 （t）進(jìn)行回歸分析，結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出，液態(tài)無(wú)堿速凝劑后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)速凝劑；堿性粉狀速凝劑、液態(tài)低堿速凝劑和液態(tài)無(wú)堿速凝劑的各齡期膠砂強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律均符合對(duì)數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。

2.3 水泥膠砂抗壓強(qiáng)度比

圖2 不同類(lèi)型混凝土速凝劑各齡期膠砂抗壓強(qiáng)度

摻8種液態(tài)無(wú)堿速凝劑的28、90 d抗壓強(qiáng)度比如圖3所示。從圖3可知，28 d抗壓強(qiáng)度比 （C28/C028）在89%～101%之間，90 d抗壓強(qiáng)度比 （C90/C028）在109%～126%之間，新型混凝土速凝劑對(duì)28 d抗壓強(qiáng)度無(wú)太大影響，90 d抗壓強(qiáng)度甚至高于基準(zhǔn)強(qiáng)度10%～20%。

圖3 不同品種新型混凝土速凝劑各齡期膠砂抗壓強(qiáng)度比

計(jì)算8種新型速凝劑28 d和90 d齡期的膠砂抗壓強(qiáng)度比平均值，分別為95.4%和115.6%。不同類(lèi)型速凝劑各齡期抗壓比比較見(jiàn)圖4。從圖4可以看出，液態(tài)無(wú)堿速凝劑28、90 d抗壓強(qiáng)度比均最大，液態(tài)低堿速凝劑次之，堿性粉狀速凝劑最低；三種速凝劑28、90 d齡期抗壓強(qiáng)度比均呈指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。

3 結(jié)論

（1）新型混凝土速凝劑在凝結(jié)時(shí)間、后期抗壓強(qiáng)度、后期抗壓強(qiáng)度比等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)速凝劑，且性能穩(wěn)定，可廣泛應(yīng)用于水利水電、交通、采礦、搶修等工程中。

（2）我國(guó)現(xiàn)有的建材行業(yè)性能檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)JC447《噴射混凝土用速凝劑》已不適用于新型混凝土速凝劑，在此基礎(chǔ)上從檢測(cè)項(xiàng)目、凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度比等方面探討了新型混凝土速凝劑的性能檢驗(yàn)方法，新的試驗(yàn)方法更加客觀的反應(yīng)了新型混凝土速凝劑的優(yōu)良性能，取得了較好的性能試驗(yàn)效果。

表3 不同類(lèi)型混凝土速凝劑膠砂強(qiáng)度與齡期之間的關(guān)系

圖4 不同類(lèi)型混凝土速凝劑膠砂抗壓強(qiáng)度比

（3）液態(tài)無(wú)堿速凝劑在凝結(jié)時(shí)間上與傳統(tǒng)速凝劑相差不大，相比之下略?xún)?yōu)于傳統(tǒng)速凝劑。

（4）新型混凝土速凝劑對(duì)水泥膠砂28 d齡期抗壓強(qiáng)度影響較小，而后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，90 d抗壓強(qiáng)度甚至高于基準(zhǔn)強(qiáng)度達(dá)10%～20%。

（5）堿性粉狀速凝劑、液態(tài)低堿速凝劑和液態(tài)無(wú)堿速凝劑的各齡期膠砂抗壓強(qiáng)度均呈對(duì)數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。

（6）新型速凝劑28、90 d抗壓強(qiáng)度比均最大，液態(tài)低堿速凝劑次之，堿性粉狀速凝劑最低。堿性粉狀、液態(tài)低堿、液態(tài)無(wú)堿3種速凝劑28、90 d齡期抗壓強(qiáng)度比均呈指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。

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