一、引言

速凝劑是噴射混凝土中一種非常重要的外加劑，早在20世紀40年代速凝劑研制之前，主要噴射砂漿等，且無法達到一定的厚度。速凝劑的研制使用，大大增加了一次噴厚，減少回彈，提高混凝土早期強度，與圍巖表面密貼，使得噴射混凝土技術廣泛應用于各種地下工程與建筑物修復中。

速凝劑主要有兩種形式，粉狀速凝劑和液態速 凝劑。粉狀速凝劑主要用于干噴混凝土中，隨水泥、砂、石一起投 入噴射機中，通過高壓風運送至噴頭處。液態速凝劑主要用于濕噴混凝土中，在噴頭處通過風壓或泵壓，與混凝土拌合料混合后，噴射至受噴面。速凝劑按主要成分分類，主要有鋁氧熟料加碳酸鹽系、硫鋁酸鹽系、水玻璃系。

最早的速凝劑是奧地利生產的西卡速凝劑，主要成分是硅酸鈉，是一種具有強烈腐蝕性的液體速凝劑。20世紀70年代，相繼出現了一批以堿金屬為成分的高堿速凝劑。近年來，為了更加適應現場的需要，速凝劑朝著低堿、復合、高效、液態發展。

目前，我國隧道內噴射混凝土主要使用粉狀速 凝劑，施 工中粉塵量很大，回彈也很大。主要因為：一是粉狀速凝劑與拌合料混合不均勻；二是粉狀速凝劑的計量不精確；三是粉狀速凝劑噴射時揚塵多。我國液態速凝劑發展很不成熟，市場銷售的速凝劑大多摻量過大、適應性差、穩定性低、混凝土后期強度損失嚴重。因此，針對以上情形，研制出一種新型的復合高效型液態速凝劑。它由無機和有機材料復合而成，能增加混凝土的黏聚性，降低回彈量和粉塵量，減少凝結時間，初凝時間在1min左右，終凝時間在4min以內，摻量僅為水泥質量的2%，且PH不大于12，能保障噴射混凝土后期強度。

二、室內試驗研究

2.1原材料

（１）水泥

采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，使用前要與速凝劑做相容性試驗，選擇相匹配的水泥，或者根據水泥成分調整速凝劑的摻量與質量配比。

（２）試劑

該液態速凝劑為一種鋁酸鹽類速凝劑，主要為鋁酸鉀，并加入一些其它組分復配而成。主要有聚丙烯酰胺、三乙醇胺、減水劑、穩定劑、防結晶劑等。

（３）骨料

細骨料：試驗中所用細骨料為細度模數為2.7，質地堅硬的中粗砂。砂子中粒徑小于0.075mm的顆粒不超過20%。

粗骨料：試驗用粗骨料為5～10ｍmm的碎石。

2.2試驗方法

水泥凈漿凝結時間試驗參照噴射混凝土用速凝劑（JC477—2005）進行，其中液態速凝劑的摻量按照水泥質量的百分比計算。液態速凝劑水泥凈漿試驗，所用水 灰比為0.4，該液態速凝劑的摻量定為1.5％～3％，液態速凝劑的固含量為60％。試驗步驟如下：

（１）取400ｇ普通硅酸鹽水泥，與計算量用水（160mL水減去液態速凝劑中的水量）混合攪拌均勻。

（２）按試驗用液態速凝劑摻量加入水泥漿中，迅速攪拌25s～30s，立即裝入圓模，人工振搗數次，削去多余水泥漿，并用潔凈的刀具修平表面。從加入液態速凝劑到表面平整不超過50s。

（３）將裝滿水泥漿的試模放在水泥凈漿標準稠度與凝結時間測定儀下，使針尖與水泥漿表面接觸。迅速放松測定儀桿上的固定螺絲，針即自由插入水泥凈漿中，觀察指針讀數，每隔10s測定一次，直到終凝為止。

水泥砂漿試驗步驟為，稱取基準水泥900g，標準砂1350g，計算液態速凝劑中的含水量，從總水量中扣除，加入水將膠砂攪拌至均勻，再加入液態速凝劑人工迅速攪拌40s～50s。

然后裝入40mm×40mm×160mm的試模中，立即在膠砂振動臺上振動30s，刮去多余部分，抹平。在標準養護室中養護，測得1d和28s的抗壓強度，得出強度比。

2.3試驗結果及分析

（１）不同摻量對水泥初終凝時間的影響

速凝劑的摻量對水泥的初終凝時間影響很大，在一定范圍內，速凝劑隨著摻量的增加，速凝效果越好。超過這個范圍，速凝效果會下降。表１為不同摻量的速凝劑水泥初終凝時間測定結果。

表1水泥初終凝試驗測定結果

速凝劑摻量	水灰比	初凝時間	終凝時間
1.5%	0.4	2min20s	4min30s
2.0%	0.4	2min25s	3min50s
2.5%	0.4	2min10s	3min20s
3.0%	0.4	2min30s	4min10s

從表１中可以看出，該液態速凝劑摻量在2.5％ 時，速凝效果最好。一般液態速凝劑與水泥存在一種適應性，對于 不同種類的水泥，其最佳摻量不定。這主要跟水泥中的礦物成分 、石膏類型、摻合料等有關。

（２）不同摻量對水泥砂漿的強度影響

速凝劑的添加，能使混凝土的凝結時間大大縮短。但隨著速凝劑摻量的增加，對混凝土后期強度影響很大。該液態 速凝劑采用比較活潑的金屬元素，與水泥反應迅速，使混凝土用水較少，由于采用元素活潑，有很強的活性，因此需要的摻量很少。普通粉狀速凝劑的摻量一般為4%～6%，液 態速凝劑 的摻量一般為4%～8%，該 液態速凝劑摻量一般為2%。同時，該液態速凝劑中復合有一些有機成分，如三乙醇胺、減水劑等，能有效提高混凝土各齡期的強度，減少噴射 施工中的回彈和粉塵。在合適的摻量范圍內，能保 證混凝土28ｄ強度損失在10%以內。表2為水泥砂漿的強度比。

表2水泥砂漿強度比

速凝劑摻量	抗壓強度1d	抗壓強度28d	28d抗壓強度比
0	7.8MPa	47.8MPa	100%
1.5%	13.6MPa	46.9MPa	96.50%
2.0%	13.9MPa	46.1MPa	94.30%
2.5%	14.5MPa	45MPa	93.20%
3.0%	15.1MPa	44.6MPa	90.60%

從表２中可以看出，在液態速凝劑適宜摻量范 圍1.5％～3％內，28ｄ 強度損失不超過10％，這樣就有利的保證噴射混凝土支護的效果。減水劑的加入，在和易性不變的情況下，能有效降低混凝土的用水量，一般能減少水量的 15％～35％。用水量的減少，能大大提高混凝土的強度 。

（３）速凝機理探討

該液態速凝劑主要為一種鋁酸鹽類復合型速凝劑，鋁酸鹽類速凝劑的速凝機理是，它能與水泥中起緩凝作用的石膏發生反應，石膏被消耗掉，則會促進Ｃ3Ａ、Ｃ３Ｓ的水化從而使混凝土快速凝結硬化。主要反應方程式為：

２KA1O2+３Ca（OH）2+３CaSO４+30H２O→

３CaO·A12Ｏ3·3CaSO4·32H2O+2KOH

速凝劑中含有聚丙烯酰胺 、三乙醇胺、減水劑等 組分，聚丙烯酰胺為一種增稠劑，作用是為了增加噴射混凝土的粘性。三乙醇胺為一種早強劑，能提高 混凝土的初期強度。

三、工程應用試驗

為了驗證該液態速凝劑的使用效果，進行實際隧道噴射混凝土試驗。在隧道圍巖級別為 Ⅳ 級，噴射混凝土設計厚度為20cm，設計強度為C20，采用濕噴混凝土方式，濕噴混凝土的配合比為水泥400kg：砂子804kg：石子804ｋｇ：水168kg：液態速凝劑8kg，水灰比為0.42，速凝劑摻量為 水泥的2%。設計坍落度為80～120mm，實測坍落度為100mm；原材料各項指標 均符合規 范 要 求。 噴 射 用原 材料均為施工現場材 料，噴射前首先進行水泥的適應性試驗 ，測定水泥凈漿的初終凝時間，從 而選擇最佳摻量，經 試驗，選 用 液態速凝劑的摻量為2%。

經過一個小時連續噴射，使用該液態速凝劑的噴射混凝土具有良好的現場效果。噴射中，粉塵和回彈都很小，無落漿。經過試驗得出回彈量為9.2%，由于噴射角度、噴射距離、風壓、水壓等對回彈量都有影響，如果操作正確，回彈量有望進一步降低。該液態速凝劑的使用，能充分與混凝土接觸，且混合均勻，因此施工時粉塵量降低，為隧道施工提供了良好的環境。下圖為現場噴射照片。

四、結論

（１）復合高效型液態速凝劑摻量一般在1.5%～3%之間，摻量很小，對噴射混凝土強度影響小。摻入后，水泥凈漿的初凝時間在1min左右，終凝時間在4min以內。

（２）復配組分的加入，能有效提高液態速凝劑的作用效果。增加噴射混凝土的粘聚性，降低回彈，減少用水量，提高混凝土的強度，28d 強度損失能控制在10%以內。

（３）該液態速凝劑是一種均一穩定的液體，穩定性好，不產生結晶和沉淀，是一種較為理想的噴射混凝土用液態速凝劑，具有很好的推廣應用價值 。