速凝劑在公路隧道施工中的應(yīng)用

　　速凝劑是專門為噴射水泥混凝土施工特制的一種超快硬早強(qiáng)水泥混凝土外加劑，摻后水泥混凝土的初凝時間不超過3分鐘，初凝后就具備了抵抗水泥混凝土自重脫落的能力。速凝劑的這些優(yōu)異特性，使其廣泛應(yīng)用于公路隧道支護(hù)、邊坡防護(hù)、地下洞室、水池、薄殼、修復(fù)加固等噴射或噴錨水泥混凝土結(jié)構(gòu)中，也可用于需要速凝堵漏的水泥混凝土或砂漿中。

　　按物質(zhì)形態(tài)分，速凝劑有粉狀和液狀兩種。粉狀速凝劑以鋁酸鹽、碳酸鹽、硫鋁酸鹽等無機(jī)鹽為主要成分；液體速凝劑以偏硅酸鈉、硫酸鋁膠、水玻璃等為主要成分，或與重鉻酸鉀、亞硝酸鈉、三乙醇胺等其他無機(jī)鹽復(fù)合而成。

　　一、速凝劑的性能指標(biāo)

　　用于公路工程的速凝劑必須滿足國標(biāo)一等品的各項性能指標(biāo)(見表1)及勻質(zhì)性要求，否則不得使用。

　　二、噴射水泥混凝土原材料與配合比

　　1.噴射水泥混凝土原材料要求

　　噴射水泥混凝土應(yīng)采用符合質(zhì)量要求的外加劑，選用與水泥適應(yīng)性好、凝結(jié)硬化快、28d強(qiáng)度損失少、較低摻量的速凝劑。使用前，應(yīng)對速凝劑與水泥的適應(yīng)性、水泥凈漿凝結(jié)效果進(jìn)行檢驗。當(dāng)與其他類型的外加劑復(fù)配使用時，也應(yīng)做相應(yīng)的性能檢測試驗。常用粉狀速凝劑極易吸濕變質(zhì)，在運輸和儲存中應(yīng)保持干燥，不得損壞包裝，防止受潮、結(jié)塊和變質(zhì)。

　　為保證噴射水泥混凝土快速凝結(jié)，提高1d強(qiáng)度，應(yīng)優(yōu)先采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。有防腐或其他特殊要求時，也可采用相應(yīng)的特種水泥。水泥強(qiáng)度等級應(yīng)不低于42.5級。

　　噴射水泥混凝土用水應(yīng)符合《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63-89)的規(guī)定。水中不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)。不得使用污水、pH值小于5的酸性水、硫酸鹽含量大于1％的水。

　　2.噴射水泥混凝土配合比要求

　　強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計要求。濕法噴射水泥混凝土坍落度宜控制在80mm～120mm之間，能夠滿足工程抗凍、抗?jié)B和耐久性要求，并盡量節(jié)約水泥。配合比應(yīng)通過試噴試驗或根據(jù)經(jīng)驗確定。

　　干法噴射中，水泥與砂石材料的質(zhì)量比宜為l：4.0～1：4.5；水灰比宜為0.40～0.45；砂率宜控制在45％～55％的范圍內(nèi)。水灰比一般由噴射工人憑經(jīng)驗控制，雖很難做到均勻一致，但要求在噴射時粉塵和脫落較少，噴射水泥混凝土表面基本平整，呈水亮光澤狀，無干斑和滑移流淌現(xiàn)象。

　　濕法噴射中，水泥與砂石材科的質(zhì)量比宜為1：3.5～l：4.0，水灰比宜為0.42～0.50，砂率宜控制在50％～60％的范圍內(nèi)。

　　噴射水泥混凝土在剛噴射到附著體上時，主要是依靠水泥漿和砂漿本身提供的黏聚性。因此，水泥用量不可偏少，砂率要求很大。一般水泥用量為400kg／m3左右，砂率宜控制在45％～60％之間。但過高的砂率在大風(fēng)、干熱、曝曬環(huán)境下，噴射水泥混凝土極易開裂。因此，在噴射水泥混凝土施工時，要考慮環(huán)境條件，同時兼顧回彈率和防裂的要求，在不增大回彈率的前提下，選用偏低的砂率。

　　噴射水泥混凝土應(yīng)采用堅硬耐久的卵石或碎石，粗集料最大粒徑不宜大于15mm。使用纖維噴射水泥混凝土?xí)r，粗集料最大粒徑不宜大于10mm。由于速凝劑往往具有高堿性，當(dāng)使用堿性速凝劑時，嚴(yán)禁使用堿活性集料。噴射水泥混凝土細(xì)集料應(yīng)采用堅硬耐久的中粗砂，細(xì)度模數(shù)宜控制在2.5～3.5之間。干法噴射時，砂的含水率宜控制在5％～7％的范圍內(nèi)；當(dāng)采用防黏料噴射機(jī)時，砂含水率可為7％～10％。粗、細(xì)集料組合級配應(yīng)符合表2的規(guī)定。

　　速凝劑摻量宜為水泥質(zhì)量的2％～8％，最優(yōu)摻量視其種類不同，通過試驗確定。

　　當(dāng)噴射水泥混凝土摻入纖維時，除鋼纖維具有提高抗拉強(qiáng)度的作用外，一般有機(jī)纖維僅具有防裂作用，因此其摻量配合比應(yīng)通過試配、試噴來確定。

　　三、噴射水泥混凝土的施工

　　1.噴射方法的選擇

　　噴射水泥混凝土有干噴和濕噴兩種工藝和施工設(shè)備。濕噴粉塵少，回彈量小，水泥混凝土強(qiáng)度高，質(zhì)量更穩(wěn)定，在公路隧道和封閉洞室噴錨支護(hù)中應(yīng)優(yōu)先采用；干噴法發(fā)展較早，技術(shù)較為成熟，設(shè)備投資較省，可在露天邊坡工程中使用。

　　2.機(jī)械設(shè)備的選擇

　　選擇噴射機(jī)要注意減少噴射中的回彈率，降低作業(yè)面空氣中的粉塵濃度，提高噴射作業(yè)效率，保證工程質(zhì)量，降低造價。一般要求噴射機(jī)密封性良好、輸料連續(xù)均勻。干法生產(chǎn)能力為3m3/h～5m3/h；輸料的水平距離不小于100m，垂直距離不小于30m。濕法噴射機(jī)生產(chǎn)率應(yīng)大于5m3／h，水平距離不應(yīng)小于30m，垂直距離不小于20m，機(jī)旁粉塵小于10mg／m3。當(dāng)施工現(xiàn)場的噴射距離不足時，應(yīng)搭建工作臺架，以滿足噴射輸送距離的要求。

　　拌制噴射混合料宜優(yōu)先采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，可采用自落式或滾筒式攪拌機(jī)，嚴(yán)禁使用人工拌和，這是保證干拌和料的勻質(zhì)性，減少粉塵飛揚、水泥散失和減少脫落的重要環(huán)節(jié)。采用容量小于400L的強(qiáng)制式攪拌機(jī)時，攪拌時間不得少于60s；采用自落式或滾筒式攪拌機(jī)時，攪拌時間不得少于120s；當(dāng)摻有外加劑摻合料或纖維時，攪拌時間應(yīng)適當(dāng)延長。

　　噴射中需配備專用的空壓機(jī)，其排風(fēng)量不應(yīng)小于9m3／min，風(fēng)壓應(yīng)穩(wěn)定，波動值不宜大于0.01MPa。風(fēng)壓和風(fēng)量不足，易產(chǎn)生堵管，削弱噴射時的沖擊搗實力，影響密實度；風(fēng)壓波動過大，既影響料流速度，也易造成噴口水灰比難以控制，使噴射水泥混凝土干濕不勻、質(zhì)量低劣?？諌簷C(jī)至噴射機(jī)進(jìn)風(fēng)管的耐壓強(qiáng)度不應(yīng)小于0.8MPa，送風(fēng)管接頭應(yīng)牢固、耐磨、可靠。

　　采用干法噴射時，噴頭處的水壓力宜為0.15MPa～0.20MPa，這是保證干混合料與水均勻混合的重要條件。噴頭料流的壓力一般在0.1MPa左右，混合水的最低壓力應(yīng)比噴口處料流壓力大0.05MPa左右，這樣才能保證壓力水穿透料流與混合料均勻摻和。

　　3.水泥混凝土的拌制與運輸

　　水泥和速凝劑的稱量誤差為±2％，砂石料的稱量誤差為±3％。[Page]

　　為防止噴射前產(chǎn)生水化反應(yīng)，混合料均應(yīng)隨拌隨用。不摻速凝劑時存放時間不宜超過2h；摻速凝劑時存放時間不應(yīng)超過20min。在運輸和存放過程中，應(yīng)嚴(yán)防雨淋、滴水或混雜大塊石。裝進(jìn)噴射機(jī)之前應(yīng)過篩，防止堵管。

　　4.噴射作業(yè)

　　為利于控制噴層厚度，減少回彈，提高水泥混凝土的強(qiáng)度，噴射作業(yè)應(yīng)分段、分片地進(jìn)行。為了避免松散的回彈物料黏結(jié)在尚未噴射的壁面上，影響密實度與強(qiáng)度，噴射必須自下而上依次進(jìn)行，這樣既能使下部已經(jīng)噴射的噴層對上部噴層起到支托作用，又能減少回彈率，防止噴層的拉裂與墜落。

　　水平噴射時，水泥混凝土的回彈率應(yīng)不大于15％，垂直噴射時不大于25％。噴射中若發(fā)現(xiàn)干燥松散、下墜滑移或拉裂時，應(yīng)及時清除，并進(jìn)行補(bǔ)噴。在分層噴射時，單次噴射最大厚度不宜大于表3中的規(guī)定值，后一層噴射必須在前一層水泥混凝土終凝后進(jìn)行。若終凝后1h再噴射，應(yīng)先用水濕潤噴層表面，減少表面灰塵污染，增強(qiáng)層間黏結(jié)力。施工實踐表明，噴射水泥混凝土終凝后3h，水泥混凝土的黏聚力及其與壁面的黏結(jié)強(qiáng)度能夠達(dá)到1.0MPa左右，緊臨噴射作業(yè)面爆破時，足以抵抗爆破力的振動，不會出現(xiàn)水泥混凝土離骨、開裂或脫落現(xiàn)象。

　　噴射機(jī)噴頭處的工作風(fēng)壓應(yīng)保持在0.1MPa左右。垂直向上輸料時，每增高10m，工作風(fēng)壓應(yīng)比水平輸料時增大0.02MPa～0.03MPa。

　　噴射作業(yè)開始前，噴射手應(yīng)對噴射機(jī)、風(fēng)／水管路、輸料管路及電纜線路進(jìn)行全面檢查，檢查噴頭與輸料管的連接是否緊密，防止連接處漏水，并試運轉(zhuǎn)。作業(yè)開始，應(yīng)先送風(fēng)，后開機(jī)，再給料；結(jié)束時，應(yīng)待料噴完后，再停止送風(fēng)。

　　堅硬巖面噴射前應(yīng)使用高壓風(fēng)、高壓水沖洗，遇水易潮解、風(fēng)化的巖層應(yīng)使用高壓風(fēng)清掃巖面，但對土層表面不得用高壓風(fēng)清掃。噴射作業(yè)時，向噴射機(jī)供料應(yīng)連續(xù)均勻，正常運轉(zhuǎn)時，料斗內(nèi)應(yīng)保持足夠的存料。料流出口與受噴表面宜垂直，并應(yīng)保持0.6m～1.0m的距離。噴頭應(yīng)按直徑為30mm的螺旋形軌跡一圈壓半圈地移動。噴射的水泥混凝土表面應(yīng)呈潮濕光澤狀態(tài)，無干斑或滑移流淌現(xiàn)象，這樣才能使粗集料嵌入塑性噴層之中，料流的沖擊力適宜，回彈降低，粉塵減少，噴層表面平整。堵管、停風(fēng)、輸料中斷或噴射作業(yè)完畢后，應(yīng)立即關(guān)閉噴頭水閥，必須將噴射機(jī)和輸料管內(nèi)的積料清除干凈，并將噴頭朝下放置，嚴(yán)防水分倒流進(jìn)輸料管中，同時將噴頭內(nèi)的水環(huán)清洗干凈。

　　5.噴射鋼筋網(wǎng)水泥混凝土

　　噴射鋼筋網(wǎng)水泥混凝土前，應(yīng)清除鋼筋網(wǎng)上的污銹，增強(qiáng)鋼筋與水泥混凝土的黏結(jié)。鋼筋網(wǎng)宜在巖面噴射一層水泥混凝土后鋪設(shè)，鋼筋網(wǎng)與壁面的距離宜為30mm，網(wǎng)格尺寸不宜小于150mm×150mm。

　　若距離過大，網(wǎng)格過密，鋼筋背面形成空洞的機(jī)率就會增大。采用雙層鋼筋網(wǎng)時，第二層鋼筋網(wǎng)應(yīng)在第一層鋼筋網(wǎng)被水泥混凝土覆蓋后再鋪設(shè)。鋼筋網(wǎng)應(yīng)與錨桿或其他錨固裝置連接牢靠，噴射時不得晃動，以免造成施工缺陷，易于脫落。

　　開始噴射時，將噴頭與受噴面的距離縮短至60cm~80cm，并調(diào)節(jié)噴射角度，以保證鋼筋與壁面之間水泥混凝土的密實性；提高料流的沖擊力，迫使水泥混凝土嵌入鋼筋背面，保證鋼筋被水泥混凝土包裹，提高水泥混凝土噴層的密實性。鋼筋網(wǎng)的反彈往往導(dǎo)致回彈脫落量增大，應(yīng)及時清除噴射中脫落的水泥混凝土。

　　6.噴射水泥混凝土的低溫施工

　　低溫施工時，噴射水泥混凝土的溫度不應(yīng)低于5℃，否則，應(yīng)停止施工，并不得進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)。在普通硅酸鹽水泥配制的噴射水泥混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計強(qiáng)度的30％時，礦渣硅酸鹽水泥配制的噴射水泥混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計強(qiáng)度的40％時，水泥混凝土不得受凍。

　　7.噴射水泥混凝土的養(yǎng)生

　　噴射水泥混凝土的水泥用量和砂率都很大，故在表面蒸發(fā)率較大時，應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)生，防止開裂。一般噴射水泥混凝土在終凝后2h應(yīng)開始噴水養(yǎng)生。一般工程的養(yǎng)生時間不得少于7d，重要工程不得少于14d。每天噴水養(yǎng)生的次數(shù)，以保持表面90％相對濕度為準(zhǔn)。濕度較好的隧道、洞室或地下、地上封閉環(huán)境中的噴射水泥混凝土，可酌情減少噴水養(yǎng)生次數(shù)。

　　四、噴射水泥混凝土的安全施工與防塵

　　1.安全施工的主要措施

　　施工前，應(yīng)認(rèn)真檢查并處理錨噴支護(hù)作業(yè)區(qū)的危石，施工機(jī)具應(yīng)布置在安全地帶。在Ⅳ、V級圍巖中進(jìn)行錨噴支護(hù)施工時，應(yīng)遵守下列規(guī)定。

　?。?）在圍巖穩(wěn)定性較差的情況下進(jìn)行錨噴施工時，由于隧道開挖后自穩(wěn)時間很短，易發(fā)生安全事故，開挖后應(yīng)及時支護(hù)。要利用支撐效應(yīng)，減少對開挖工作面附近圍巖的擾動，錨噴支護(hù)必須緊跟開挖工作面。施工中應(yīng)先噴后錨，噴射水泥混凝土厚度不應(yīng)小于50mm。噴射作業(yè)中，應(yīng)有人隨時觀察圍巖變化情況，保證作業(yè)區(qū)的安全。

　?。?）錨桿施工宜在噴射水泥混凝土終凝3h后進(jìn)行，因為此時的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到1.0MPa左右，能夠保證錨桿施工安全。向錨桿孔注漿時，注漿罐內(nèi)應(yīng)保持一定數(shù)量的砂漿，以防罐體放空，砂漿噴出傷人。

　?。?）施工中，應(yīng)定期檢查電源線路和設(shè)備的電器部件，確保用電安全。處理機(jī)械故障時，必須使設(shè)備斷電、停風(fēng)。向施工設(shè)備送電、送風(fēng)前，應(yīng)通知有關(guān)人員。

　　（4）噴射機(jī)、水箱、風(fēng)包、注漿罐等都是承壓設(shè)備，應(yīng)進(jìn)行密封性能和耐壓試驗，合格后方可使用。在噴射水泥混凝土施工作業(yè)中，要經(jīng)常檢查出料彎頭、輸料管和管路接頭等有無磨薄、擊穿或松脫現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題要及時處理，防止出現(xiàn)安全事故。

　?。?）噴射中出現(xiàn)堵管時，應(yīng)將輸料管順直，必須緊按噴頭，盡可能地采取敲擊法疏通。疏通管路的工作風(fēng)壓不得超過0.4MPa，防止爆管。

　?。?）噴射水泥混凝土施工用的工作臺架應(yīng)牢固可靠，并應(yīng)設(shè)置安全欄桿。

　　（7）非操作人員不得進(jìn)入正進(jìn)行施工的作業(yè)區(qū)。施工中，噴頭和注漿管前方嚴(yán)禁站人。

　?。?）速凝劑和樹脂具有較強(qiáng)的堿性，對人體皮膚具有腐蝕作用，應(yīng)避免直接接觸。

　　2.防塵

　　采用干法噴射施工時，宜采取綜合防塵措施，在保證順利噴射的條件下，增加骨料含水率；在距噴頭3m～4m處增加一個水環(huán)，用雙水環(huán)加水，在噴射機(jī)或混合料攪拌處，設(shè)置集塵器或除塵器，在粉塵濃度較高地段，設(shè)置除塵水幕；加強(qiáng)作業(yè)區(qū)的局部通風(fēng)；采用增黏劑等外加劑。噴射水泥混凝土作業(yè)區(qū)人員，應(yīng)使用防塵用具。

　　速凝劑主要用于隧道、邊坡等結(jié)構(gòu)表面防護(hù)的噴射水泥混凝土，與普通水泥混凝土相比有其特殊性。如能參照規(guī)范合理選擇噴射水泥混凝土的原材料，進(jìn)行精確的配合比設(shè)計，正確選擇噴射機(jī)械和工藝流程，嚴(yán)格控制噴射施工質(zhì)量，就能達(dá)到設(shè)計效果，保證噴射水泥混凝土的施工質(zhì)量。