噴射混凝土的原理與技術(shù)特點(diǎn)

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1、噴射混凝土的原理與技術(shù)特點(diǎn)噴射混凝土有兩種不同類(lèi)型：干拌混合物和濕拌混合物。在干拌混合物中，除了水以外，將所有其他組份混合，干拌混合物通過(guò)輸料管在噴嘴口再與水混合由壓縮空氣一起噴出。在濕噴工藝中除了速凝劑外，其他所有組分包括水在攪拌機(jī)中混合，制備的混凝土被輸送到噴口，在噴口處加入液體速凝劑由壓縮空氣噴射到接受面上。由于這兩種方法在用水量上的差異，濕噴工藝的水灰比(W/C)一般高于干噴的噴射混凝土，這就會(huì)產(chǎn)生較高的孔隙率和滲透性以及較低的強(qiáng)度。濕噴混凝土的耐久性相當(dāng)于相應(yīng)的干噴混凝土。最近，由于復(fù)合使用超塑化劑和硅灰，開(kāi)發(fā)了具有優(yōu)質(zhì)粘結(jié)性能的濕拌噴射混凝土。采用濕拌工

2、藝，使噴射混凝土能很好地適用混凝土建筑物的修復(fù)。一.概述噴射混凝土用于地下施工時(shí)，其性能應(yīng)滿(mǎn)足工程的一些基本要求，如具有早期強(qiáng)度，厚層施工時(shí)不產(chǎn)生位移等。為滿(mǎn)足這些要求，干混或濕混噴射混凝土都應(yīng)加入速凝劑。目前，市場(chǎng)有不同種類(lèi)的速凝劑，這些速凝劑具有各自不同的化學(xué)組成，對(duì)混凝土的凝結(jié)時(shí)間和早期強(qiáng)度具有不同的作用。不考慮其他的應(yīng)用，對(duì)于如何評(píng)價(jià)速凝劑的作用目前還沒(méi)有一致的意見(jiàn)。水泥漿試驗(yàn)方法(維卡儀和Gillmone針儀)被用來(lái)研究水泥與速凝劑之間的相容性。但是，這些方法的效果目前還存在爭(zhēng)議。使用速凝劑摻入干混或濕混噴射混凝土中進(jìn)行厚的襯板,特別是頂板施工，其目的是提

3、高混凝土的早期強(qiáng)度以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。但是，也會(huì)間接影響混凝土的其他性能，如：(1)直接參與水泥凝結(jié)的反應(yīng)，防止產(chǎn)生稠度的突然變化。?(2)直接與拌合水反應(yīng),促使拌合物變稠。(3)增加拌合物的觸變性。(4)在新拌漿體中沒(méi)有流變反應(yīng)，但使硬化相會(huì)有所改變。(5)影響回彈和起灰量(干混)，及最終強(qiáng)度。(6)在干混施工中選擇特殊的速凝劑間接影響回彈和起灰量,速凝劑增加了拌合物觸變性。例如提高了混凝土的塑性，減少了回彈,增加噴射顆粒的附著力。速凝劑對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度的影響主要取決于其本身的化學(xué)組分、使用劑量、膠凝材料的化學(xué)成分、所含的礦物添加劑和使用溫度。由于它們是在水泥化學(xué)組

4、分的一定范圍內(nèi)發(fā)生作用，為了檢驗(yàn)速凝劑的適應(yīng)性和確定合理?yè)搅?，在每種情況下確定水泥與速凝劑的相容性是必要的。傳統(tǒng)速凝劑的副作用是降低水泥的最終強(qiáng)度,與空白混凝土(不加速凝劑)相比較，28天強(qiáng)度明顯下降(下降幅度是20%～50%)。摻量越大，副作用越大。但是，新一代的速凝劑(無(wú)堿型)能夠克服這一缺點(diǎn)，也減輕了堿的危害。因此，了解噴射混凝土速凝劑的性能和評(píng)價(jià)其性能最合理的試驗(yàn)方法是非常重要的。二.速凝劑的主要種類(lèi)國(guó)內(nèi)外地下工程中最常用的傳統(tǒng)速凝劑是硅酸鈉(水玻璃，改性硅酸鈉)、鋁酸鹽速凝劑(兩種都是液體形式)，堿土金屬的碳酸鹽{或其氫氧化物,粉狀)，但是，目前市也有一些

5、新的速凝劑。所有這些外加劑的特征和性能將在后面介紹。1.堿土金屬碳酸鹽和堿土金屬的氫氧化物粉狀的堿土金屬碳酸鹽或氫氧化物以前在噴射混凝土施工中很少應(yīng)用?，F(xiàn)在，它們成為這類(lèi)混凝土最常用的速凝劑，其常規(guī)摻量為水泥重量的2,5％至6％，它們主要是促進(jìn)C3S的水化。一般加入少量的碳酸鋁,可以影響水泥的凝結(jié)時(shí)間。但是，只有當(dāng)大劑量摻入時(shí)，其影響才能被觀察到。圖1表示采用二種摻量的速凝劑的噴射砼的早期強(qiáng)度，以及與加鋁酸鉀類(lèi)速凝劑的噴射混凝土性能的比較。圖中J1,J2,J3曲線(xiàn)是摘自?shī)W地利混凝土協(xié)會(huì)規(guī)范，用以參考。圖1碳酸鹽、氫氧化物和鋁酸鹽的性能比較圖1中可知，增加碳酸鹽促凝劑

6、的摻量，可以在噴射后20min內(nèi)提高混凝土的強(qiáng)度。這種速凝劑與水泥的反應(yīng)主要受水泥化學(xué)成分、細(xì)度和礦物添加劑以及環(huán)境溫度的影響。例如，在Cotapata—SantaBasbara(玻利維亞1996)高速公路工程中，一些坡道需用干混噴射混凝土覆蓋。根據(jù)工程的要求和預(yù)算，使用的是火山灰水泥，速凝劑是碳酸鹽基粉末。環(huán)境溫度是5～13℃。第一次試驗(yàn)，沒(méi)有測(cè)到促凝作用，即使加量高達(dá)6％。當(dāng)加熱拌合水的水溫時(shí)，這個(gè)問(wèn)題才解決，試驗(yàn)得到的適宜的水溫是35℃。采用這一措施，混凝土的早期強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求(24h為I0MPa),甚至當(dāng)水溫超過(guò)70'C時(shí)產(chǎn)生了閃凝(這個(gè)溫度導(dǎo)致最終強(qiáng)度

7、嚴(yán)重下降超過(guò)50％)。這種速凝劑的特點(diǎn)是水泥的最終強(qiáng)度大幅下降，與空白混凝土相比，28天強(qiáng)度明顯下降(一般是30%～40％)，有一些工程甚至下降50％。2.硅酸堿(水玻璃)硅酸鈉、硅酸鉀類(lèi)速凝劑主要用于濕拌噴射混凝土，它們通常都是液體，而且摻量很大(>10％膠凝材料重量)。可溶性的硅酸鹽由于反應(yīng)生成硅酸鈣沉淀而加速凝結(jié)。當(dāng)大劑量使用時(shí)，這些促凝劑降低了與基底的粘結(jié)力，最終，導(dǎo)致砼強(qiáng)度的下降和嚴(yán)重的干縮。一些報(bào)道說(shuō)這些問(wèn)題已被列入奧地利混凝土學(xué)會(huì)出版的“噴射混凝土指南”中，規(guī)定這種速凝劑最大摻量不超過(guò)15％，最終的強(qiáng)度損失限制在30%以?xún)?nèi)。Melbye認(rèn)為改性的硅