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來源《混凝土》2016年第八期
李文霞1,2，朱凱2,3
（1鄭州工業應用技術學院，河南新鄭4511506；2武漢大學武漢大學土木建築工程學院，湖北武漢430072；3.河南城建學院土木工程學院，河南平頂山 467036）
摘要：噴射混凝土幹噴施工粉塵大、回彈率大逐步淘汰。為了製備溼噴混凝土，研究了引氣劑、粉煤灰和砂率對混凝土塌落度、含氣量和表觀密度等性能的影響，對溼噴混凝土進行一次噴射厚度和回彈率試驗，並對硬化後噴射混凝土進行抗壓強度測試。研究表明，引氣劑可以顯著增大混凝土含氣量和流動性，粉煤灰對混凝土引氣具有降低作用，砂率對混凝土工作性影響顯著。研究製得滿足溼噴法施工的C30噴射混凝土，且粉塵小，回彈少。
關鍵詞：噴射混凝土；引氣劑；回彈；速凝劑
噴射混凝土廣泛應用於礦山、豎井平巷、交通隧道、水工涵洞等地下建築物和混凝土支護或噴錨支護[1~3]；地下水池、油罐、大型管道的抗滲混凝土施工；各種工業爐襯的快速修補；混凝土構築物的澆築與修補等[4,5]。目前工程應用中噴射混凝土主要以幹噴法施工為主，這種施工方式具有高密實、易操作、能遠距離和高空輸送的特點，但其缺點同樣明顯，施工粉塵較大，回彈率較高[6]。幹噴作業產生的粉塵危害工人健康，尤其是巷道工程中粉塵汙染更為嚴重[7]。溼噴法是一種針對幹噴存在的缺點發展起來的一種噴射混凝土新工藝。溼噴混凝土粉塵、回彈量較低，施工環境改善，水灰比能準確控制[8]。
普通噴射混凝土主要利用減水劑來提高混凝土的流動性，再利用速凝劑來提高噴射的一次噴射厚度，降低迴彈率，然而速凝劑的使用存在成本高、摻量大並且影響後期質量的問題。本研究利用通過向噴射混凝土中引入適量氣體以提高其工作性，並且能夠在不用或者少用速凝劑的情況下達到噴射混凝土的要求。
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1.原材料及試驗方法
1.1 試驗原材料
P·O 42.5R普通硅酸鹽水泥由武漢華新水泥有限公司生產；Ⅱ級粉煤灰來自武漢陽邏電廠。
長江中砂，細度模數2.67，含泥量0.8%；武漢碎石，5~20mm連續級配。
減水劑：聚羧酸減水劑，減水率20%；
引氣劑：十二烷基磺酸鈉（K12），無色液體，固含量36%；
速凝劑：市售。
1.2試驗方法
混凝土塌落度、表觀密度和含氣量測試參照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T50080-2002進行；混凝土抗壓強度試塊參照《錨杆噴射混凝土支護技術規範》GB50086-2001製備，抗壓強度測試參照《普通混凝土力學性能實驗方法》GB/T50081-2002進行；
2結果與討論
2.1組成組分對噴射混凝土拌合物性能的影響
2.1.1 引氣劑
研究不同引氣劑摻量對噴射混凝土拌合物性能的影響，混凝土配合比如表1所示，混凝土拌合物性能示與圖1~3。
如圖1~3所示，隨著引氣劑摻量的增加，混凝土的塌落度和含氣量逐漸增大，表觀密度逐漸降低。經時60min後，混凝土塌落度、表觀密度和含量量都較初始有一定的下降。當引氣劑摻量小於0.02%時，隨著引氣劑摻量的增加，混凝土拌合物性能改變明顯，而引氣劑摻量大於0.02%後，隨著引氣劑摻量的增加，混凝土拌合物性能變化趨於平緩，並且引氣劑摻量大於0.02%後，混凝土的塌落度和含量經時損失明顯增大，尤其塌落度經時損失。
摻入引氣劑後，混凝土在攪拌過程中引入大量穩定密閉的微小氣泡，這些氣泡的引入增大了混凝土體系中漿體的總量，漿體對骨料包裹能力更強，因此混凝土流動性增大；再者大量微小密閉的氣泡具有“滾珠”作用，進一步增加了混凝土的塌落度。大量氣泡的引入增大了混凝土的含氣量，使其表觀密度降低。隨著時間的推移，許多微小氣泡兼併形成大泡破裂或者上浮消失，從而使得混凝土拌合物的性能有了改變。
2.1.2 粉煤灰
研究不同粉煤灰摻量對噴射混凝土拌合物性能的影響，混凝土配合比如表2所示，混凝土拌合物性能示與圖4~6。
表2 不同粉煤灰摻量噴射混凝土配合比
如圖4~6所示，隨著粉煤灰摻量的增大，噴射混凝土的塌落度逐漸減小，含氣量逐漸降低，表觀密度逐漸增大。粉煤灰摻入後，混凝土的塌落度、含氣量及表觀密度經時變化都比較大，分別約為35%、20%和12%，混凝土工作性明顯降低。這可能是由以下幾方面原因引起的：粉煤灰與引氣劑的相容性差，造成引氣劑效果降低，使得混凝土工作性變差，表觀密度增大[9]；粉煤灰摻入後，粉煤灰分散於水泥顆粒中，降低了水泥漿體的稠度，使得氣泡穩定性降低；粉煤灰中存在煅燒不完全的顆粒對引氣劑產生了吸附作用，降低了混凝土中引氣劑有效含量[10]。粉煤灰雖然可以減少水泥用量降低成本，明顯改善普通混凝土的工作性和耐久性[11,12]，但卻明顯影響引氣混凝土拌合物性能，降低混凝土流動性與含氣量，使其表觀密度明顯增大。因此，高含氣量溼噴混凝土要控制粉煤灰用量不宜過高。
2.1.2 砂率
噴射混凝土不同與普通混凝土，其砂率一般較高，超過50%[13,14]。研究不同砂率對噴射混凝土拌合物性能的影響，混凝土配合比如表3所示，混凝土拌合物性能示與圖7~9。
如圖7~9所示，隨著砂率的逐漸增大，混凝土的塌落度逐漸增大和含氣量逐漸增加，表觀密度逐漸降低。混凝土的塌落度、表觀密度和含氣量經時變化也隨著砂率的增加而增大。骨料本身對引氣沒有很大影響，但粗骨料會影響混凝土拌合物的乾硬度，從而間接影響氣泡形成[15]。粗骨料的增加使得混凝土的漿體量相對減少，而氣泡主要存在於漿體中[16]。所以混凝土中含氣量隨著砂率的增加而增大。混凝土中含氣量增大，由於氣泡的“滾珠”作用，使得混凝土塌落度逐漸增大。含氣量的增大同時使得混凝土表觀密度降低。
2.2高引氣噴射混凝土噴射性能
通過改變組成組分，調整噴射混凝土拌合物的性能。本部分試驗研究噴射混凝土的噴射性能。噴射混凝土配合比如表4所示，試驗結果如圖10~12所示。
如圖10所示，摻入引氣劑後（CA、CAF），混凝土的含氣量明顯增大，而粉煤灰的摻入對普通混凝土及引氣混凝土含氣量的影響規律不同，普通混凝土（C、CF）摻入粉煤灰後含氣量增大，引氣混凝土（CA、CAF）摻入粉煤灰後，含氣量明顯減小。普通混凝土噴射前與噴射後含氣量變化不大，而引氣混凝土噴射前與噴射後含氣量明顯減小，四組不同配比噴射混凝土噴射後含氣量相差不大，保持在5%~6%之間。引氣噴射混凝土在噴射前後含氣量顯著變化是由於混凝土在噴出噴嘴後，由於壓力突然降低氣泡破裂，再者在混凝土噴到受噴面後，由於撞擊作用又使得部分氣泡從混凝土破裂。因此，四組混凝土噴射後含氣量基本相同。
如圖11所示，摻入粉煤灰後（CF、CAF），混凝土一次噴射厚度略有增長，但變化不大。這是因為摻入粉煤灰後混凝土表觀密度小，同等質量情況下，混凝土厚度大。加入速凝劑的情況下，普通噴射混凝土的噴射厚度較大，可以達到220mm（CA），未摻速凝劑的引氣噴射混凝土雖然噴射厚度有所降低，但也達到了180mm（CAF），滿足工程及規範要求。
如圖12所示，引氣噴射混凝土在未摻速凝劑的情況下，回彈率最低達到12%，較普通噴射混凝土明顯降低。這主要是因為高引氣噴射混凝土並未使用速凝劑，初始噴射的混凝土沒有快速的硬化，可以作為後續噴射的軟墊層，有利於增大噴射混凝土的貫入深度，緩釋粗果料的衝擊能量，降低了回彈的能量；同時，高引氣噴射混凝土噴射後，氣泡大量溢出，那麼混凝土的流動性降低，後續噴射混凝土對沖擊骨料顆粒的粘附力增大，骨料顆粒貫入深度增大，接觸面積增大，使骨料脫離混凝土混凝粘附作用所需的能量增大。
2.3高引氣噴射混凝抗壓強度
對噴射硬化後混凝土進行切割取樣，測試其抗壓強度，實驗結果如圖13所示。
如圖13所示，普通噴射混凝土（C、CF）噴射組與為未噴射組1d和28d強度相差不大，引氣噴射混凝土（CA、CAF）噴射組與未噴射組差別較大，且未噴射組混凝土由於含氣量大，1d強度很低，未進行測試。摻速凝劑組混凝土早期（1d）強度較未摻組提高，這事由於速凝劑加速了水泥水化，提高了混凝土早期強度。引氣噴射混凝土28d強度較普通噴射混凝土有一定降低，但都滿足C30強度等級。引氣混凝土噴射組與未噴射組強度有較大差距，這是由於兩組混凝土含氣量具有明顯不同造成的。
高引氣噴射混凝土可以進行溼噴施工，且在未摻加速凝劑的情況下，噴射厚度可達到180mm，且滿足C30強度等級要求。由於未摻入速凝劑，混凝土的後期強度及耐久性都有了很好的保證，且可以節省成本，降低粉塵和回彈。
3結論
（1）引氣劑的摻入，顯著增大噴射混凝土含氣量及工作性；粉煤灰的摻入對噴射混凝土工作性及含氣量具有不利影響；砂率的提高可以增大噴射混凝土的大落度和含氣量。
（2）高引氣噴射混凝土可以進行溼噴施工，在未摻速凝劑的情況下，一次噴射厚度達到180mm，回彈率僅為12%。
（3）研究製得強度等級為C30的噴射混凝土，粉塵少、回彈小，且後期強度及耐久性有保證。
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