随着我们国家的经济的持续不断的发展，高速铁路与公路工程建设呈现较大的增长趋势，导致隧道工程量增加迅速。经调查，我国已建成铁路隧道总长度约4000km，公路隧道总长度约750km。喷射混凝土因具有终凝时间短、早期强度高、灵活性大等优点已大范围的应用于隧道衬砌等工程中。喷射混凝土是指在高压缩空气作用下将经过管道运输的混凝土均匀的喷射在受喷面上，自动压实并快速产生强度的一种特殊混凝土[1-3]。为达到速凝快硬、减少回弹损失、防止因重力作用所引起的脱落、提高喷射混凝土在潮湿或含水岩层中使用的适应性以及缩短层间的喷射间隔时间，一般在喷射混凝土中掺加速凝剂[4-7]。然而，部分工程为追求短期效益而不顾社会效益，以混凝土强度及耐久性为代价，盲目使用速凝剂，从而引发诸多质量事故。本文系统研究速凝剂掺量对喷射混凝土终凝时间及强度的影响，这对加快工程建设进度、节省混凝土用量具备极其重大的工程实用价值。 1、试验部分?1.1 原材料水泥：某公司生产的P·Ⅱ 52.5级水泥。粗骨料：5~20mm多粒级石灰岩碎石。河砂：中砂，细度模数为2.6，含泥量为0.2%。液体速凝剂：某公司生产的液体有碱型速凝剂，其pH值为13.2，固体含量为48.8%。1.2 试验方案根据前期大量试验探究，设计不同速凝剂掺量（0、2%、4%、6%）对喷射混凝土性能的影响。试验使用C30喷射混凝土，坍落度为140mm左右，拌合物和易性良好。具体配比见表1。 表 1? ?C30混凝土配合比 kg/m3 1.3 试验方法抗击压力的强度试验：按GBT 50081—2002《普通混凝土力学性能测试方法标准》进行，分别测量喷射混凝土在龄期0.5d、1d、3d、7d、28d的抗住压力的强度，测量时每组3个试块，取其平均值。收缩率试验：按照GB/T 29417—2012《水泥砂浆和混凝土干燥收缩》进行。混凝土回弹率测试试验：在混凝土喷射之前，先将钢板铺在地上，当喷射混凝土成型后，测试钢板上掉落的混凝土质量，计算喷射混凝土的回弹率。 2、结果与分析?2.1 速凝剂掺量对水泥凝结时间的影响图1为不同速凝剂掺量对水泥初凝时间的影响。由图可知，掺加速凝剂后，水泥的初凝时间明显降低。掺加2%、4%、6%速凝剂后，水泥的初凝时间由187min分别降低至5.6min、3.5min和8.9min。当速凝剂掺量为4%时，水泥的初凝时间最快，随着速凝剂掺量的继续增加，水泥的初凝时间开始缓慢增大。 图 1? 速凝剂对水泥初凝时间的影响 图2为不同速凝剂掺量对水泥终凝时间的影响。由图可知，随着速凝剂掺量的增加，水泥终凝时间呈现先降低后增加的趋势。掺加0、2%、4%、6%速凝剂后，水泥的终凝时间分别为247min、12.2min、7.9min和10.8min。这是因为速凝剂在加水拌合时，会立刻与水发生反应生成氢氧化钠，并与水泥中的石膏发生反应生成硫酸钠，由于石膏具有缓凝作用，因此速凝剂的加入消除了石膏的缓凝作用；同时，速凝剂会在早期形成钙矾石并加速硅酸三钙的水化而加速水泥的凝结。 图 2? ?速凝剂对水泥终凝时间的影响 2.2 速凝剂掺量对喷射混凝土强度的影响图3为不同速凝剂掺量对喷射混凝土抗住压力的强度的影响。由图可知，当速凝剂掺量不变时，随着养护龄期的增加，混凝土强度逐渐增大，尤其是早期强度，增长幅度较大。如，当速凝剂掺量为2%时，混凝土在0.5d、1d、3d、7d和28d的抗住压力的强度分别为0.5MPa、7.4MPa、14.5MPa、17.1MPa和23.4MPa。从图中还能明显看出，在早期时，掺加速凝剂的喷射混凝土抗住压力的强度显著大于不掺加速凝剂喷射混凝土的抗住压力的强度，如养护1d后，速凝剂掺量分别为0、2%、4%和6%的混凝土抗压强度分别为3.4MPa、7.4MPa、9.6MPa和7.8MPa，抗压强度分别增加了117.6%、182.4%和129.4%。究其原因，速凝剂在混凝土中生成的碱性物质与水泥中的石膏发生反应生成硫酸钠消除了石膏的缓凝作用，使得C3A迅速发生水化生成钙矾石；此外，速凝剂的掺加，也会加速硅酸三钙的水化，因此，喷射混凝土早期强度明显提升。 图 3? ?速凝剂对喷射混凝土抗住压力的强度的影响 随着养护龄期的增加，不掺加速凝剂混凝土的抗住压力的强度开始逐渐大于掺加速凝剂混凝土的抗住压力的强度，如养护28d后，速凝剂掺量分别为0、2%、4%和6%的混凝土抗压强度分别为35.2MPa、23.4MPa、26.5MPa和22.6MPa。这是因为，由于水泥水化产物中首先形成的是水化铝酸钙，后期虽然有水化硅酸钙填充加固，但是会使得硅酸盐颗粒分离；此外，C4AF水化析出的C-F-H胶体会包裹在C2S表面，从而阻碍了C3S和C2S的后期水化，所以阻碍了混凝土后期的强度发展。综上所述，掺加速凝剂能够有效提升混凝土早期强度，但是降低混凝土后期强度；此外，当速凝剂掺量为4%时，混凝土的早期强度增长幅度最大。2.3 速凝剂对混凝土收缩率的影响图4为不同速凝剂掺量对喷射混凝土收缩率的影响。由图可知，掺加速凝剂后，喷射混凝土的收缩率显著增大，且随着养护龄期的增大，不掺加速凝剂和掺加速凝剂的喷射混凝土的收缩率差值越大。如养护7d后，速凝剂掺量为0和3%的混凝土收缩率分别为0.06%和0.13%；当养护90d后，二者的收缩率分别为0.27%和0.52%。因此，速凝剂对混凝土的收缩率有明显的增大作用。 图 4? ?速凝剂对喷射混凝土收缩率的影响 2.4 速凝剂对混凝土回弹率的影响图5为不同速凝剂掺量对喷射混凝土回弹率的影响。由图可知，随着速凝剂掺量的增加，混凝土的回弹率呈现先降低后增加的趋势。如速凝剂掺量分别为2%、4%和6%的混凝土回弹率分别为14.8%、9.4%和11.9%。 图 5? ?速凝剂对混凝土回弹率的影响 2.5 MIP实验混凝土的抗住压力的强度和耐久性均与其孔结构紧密关联。混凝土材料常用的孔结构测试方法为压汞法（Mercury Intrusion Porosimetry，MIP）。压汞法主要基于Laplace方程和Kelvin定律，将材料中的孔均简化为圆柱形孔，根据压入浆体中汞的数量与所加压力之间的函数关系，计算孔的直径和孔径分布[8]。图6为养护28d后不同速凝剂掺量对混凝土孔结构的影响。由图可知，速凝剂掺量分别为0、2%、4%和6%的混凝土孔隙率分别为12.37%、15.10%、14.55%和15.89%，可知掺加速凝剂后，混凝土的孔隙率均呈现了增大的趋势。从图中还能看出，随着速凝剂掺量的增大，小孔数量在逐渐减小，大孔数量在逐渐增大。这很好的解释了掺加速凝剂后，混凝土的后期强度逐渐减小，混凝土的收缩率逐渐增大。 图 6? ?速凝剂对混凝土孔结构的影响 结论?（1）掺加速凝剂能够显著减小混凝土的凝结时间。（2）掺加速凝剂可提升混凝土的早期强度，但同时也降低混凝土后期强度；当速凝剂掺量为4%时，混凝土的早期强度增长幅度最大。（3）速凝剂对混凝土的收缩率有明显的增大作用；掺加速凝剂后，混凝土后期的孔隙率显著增大。

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