高性能噴射混凝土技術(shù)研究

　　(3)硬化后期。強度適應(yīng)，高抗?jié)B、高抗碳化、高耐腐蝕。

　　按質(zhì)量控制系統(tǒng)的要求，通過采取各種措施,、叉車，使其達(dá)到各個階段的性能指標(biāo)，最終用耐久性指標(biāo)：滲透系數(shù)、碳化系數(shù)、腐蝕系數(shù)、干縮系數(shù)、長期強度來衡量。當(dāng)然，在施工時還要測定回彈率和粉塵率。

　　2　達(dá)到高性能的具體技術(shù)措施

　　為了達(dá)到高工作性和高耐久性的目標(biāo)，我們采取以下技術(shù)措施。

　　2.1　降低用水量，降低孔隙率

　　密實的混凝土明顯具有較高的強度。研究表明，硅酸鹽水泥在水化過程中所需的水灰比僅為0.22。因此，用水量大導(dǎo)致后期水分蒸發(fā)后孔隙率加大，將會降低混凝土強度?；炷粱w的孔隙率每減少1%，其強度幾乎可以增長10%；基體的孔隙主要來自拌和水過多而產(chǎn)生的凝膠孔與毛細(xì)孔。由于在高性能噴射混凝土中要使用許多活性摻和料和多種外加劑，用水量要增加，僅用水泥水化的水灰比是不夠的，要根據(jù)水泥用量和摻和料的品種、數(shù)量確定合適的用水量。在實驗中，水灰比為0.45左右。

　　2.2　選擇適宜的骨料

　　(1)骨料的強度。采用高強度巖石碎粒做骨料，無疑是高性能噴射混凝土的首要選擇。但是，混凝土的強度除了取決于骨料本身的強度外，還取決于水泥漿與骨料的粘結(jié)強度,二手裝載機。骨料表面粗糙，界面粘結(jié)強度高，因而碎石比卵石要好。

　　(2)骨料的粒徑。試驗表明，混凝土的強度隨著骨料粒徑的減小而提高。骨料最大粒徑減小，不僅增加了骨料與水泥漿的粘結(jié)面積，而且容易拌和均勻，骨料周圍有害氣體減少，水膜減薄，從而提高了混凝土強度。因此，使用小粒徑的骨料較好。根據(jù)研究，大粒徑骨料產(chǎn)生的回彈率也高。我們選用粒徑5～10mm的碎石做粗骨料。

　　(3)骨料與水泥漿的相容性。要想獲得較好的界面結(jié)構(gòu)，骨料與水泥漿在化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上應(yīng)是相容的。只有這樣，水泥水化形成的產(chǎn)物才能與骨料表面物質(zhì)互相接觸連生而形成一個整體。試驗表明，硅酸鹽水泥與硅質(zhì)骨料相容較好。

　　(4)粗、細(xì)骨料的比例。粗、細(xì)骨料的比例通常取決于骨料的級配與形狀。根據(jù)研究，高性能混凝土中骨料體積的最佳比例為65%，其中細(xì)骨料占骨料總量的40%，因此，粗、細(xì)骨料的體積比為3∶2。

　　2.3　提高膠結(jié)料與骨料界面的強度

　　從骨料與膠結(jié)料之間的界面結(jié)構(gòu)看，界面過渡層厚約在20μm范圍內(nèi)，Ca(OH)₂富集并定向排列，與其它部分的水泥石相比是一種多孔質(zhì)的結(jié)構(gòu)，強度低。為了改善其界面結(jié)構(gòu)，采取以下措施：

　　(1)采用水泥裹砂工藝。即將處理過的砂(有一定含水率，雜質(zhì)少)與水泥預(yù)先拌和，在砂子的吸附作用下，水泥在砂粒表面形成1個外殼。噴敷時，表面水增加，稀砂漿中水的移動受到約束，從而顯著減少泌水，稠料漿殼體同時阻止了粗骨料沉降，使離析現(xiàn)象大為減少，也使回彈率降低。通過試驗，水泥裹砂法可提高強度10%以上。

　　(2)采用水泥裹石工藝。與水泥裹砂法不同的是，水泥裹石法是控制石子表面的含水量，將一定含水量的石子預(yù)先與水泥拌和。由于石子的吸附作用，石子被水泥顆粒所包裹，噴敷時，表面水增加，水的移動受到約束，從而顯著地減少泌水，阻止了骨料的沉降，回彈率大大降低，界面強度大大提高。通過試驗，水泥裹石法可提高強度20%以上。

　　2.4　摻入活性摻和料

　　水泥水化是一個逐步發(fā)展的過程。根據(jù)研究，28d齡期時，水泥中各種礦物成分的水化程度約為11%～84%，水泥的實際利用率僅為60%～70%，相當(dāng)一部分水泥起到填充作用。這部分未水化水泥中的CaO，后期遇水后生成Ca(OH)2，體積膨脹，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，給后期強度帶來不利影響，已為實驗所證實。摻入活性礦物質(zhì)摻和料，可以促進(jìn)水泥水化產(chǎn)物的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，提高強度，并可以用來置換一部分水泥。經(jīng)過研究，沸石粉是一種很好的活性摻和料。它是由天然沸石巖經(jīng)過磨細(xì)而成的粉狀材料，主要成分為SiO2與Al2O3。它所含的活性成分能與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2進(jìn)行二次水化反應(yīng)，生成含水硅酸鈣凝膠與含水鋁酸鈣凝膠。新生成的水化物使水泥石結(jié)構(gòu)更加致密，從而不僅使噴射混凝土的致密性和抗壓強度提高，而且，耐久性也得到改善。摻入的沸石粉重量占水泥重量的10%。

　　2.5　選擇適宜的外加劑

　　為了降低用水量，降低回彈率和粉塵率，使噴射混凝土早凝早強，必須使用外加劑。選用了以下幾種外加劑：

　　(1)SCR聚合劑。它是一種纖維素類抗分散劑。噴射混凝土拌合物顆粒之間粘結(jié)力很小，各組分的密度、粒徑也各不相同，由于水和自重的作用，混凝土極易分散，極易從噴壁上掉落。使用SCR聚合劑有兩種作用：①SCR聚合劑中含有長鏈結(jié)構(gòu)的高分子化合物，它將細(xì)微顆粒吸附到分子鏈上，通過細(xì)微顆粒之間的縱橫交叉，把許多顆粒連接在一起，形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；②SCR聚合劑是一種表面活性物質(zhì)，它改變了顆粒表面的電位，降低了粒子間的排斥作用，增大了粒子間的相吸作用。由于上述兩種作用的結(jié)果，在宏觀上表現(xiàn)為凝聚作用，幾乎不泌水，提高了拌合物的粘性，增強了抗分散能力，從而對噴射混凝土降低回彈率、降低粉塵率起到關(guān)鍵作用。SCR聚合劑的摻量以0.4%～0.5%為宜，摻量過多有緩凝作用。

　　(2)膨脹劑。混凝土的早期收縮嚴(yán)重影響后期強度及抗?jié)B能力。要改善這些性能，必須從限制或縮小混凝土的早期收縮入手?；炷僚蛎泟├枚嘞嗟V物的緩釋性膨脹反應(yīng)，對混凝土的收縮產(chǎn)生明顯的補償作用，從而顯著地提高混凝土的強度及抗?jié)B性能。摻入膨脹劑后，早期膨脹速度較快，后期膨脹速度很慢，這正好適應(yīng)水泥硬化過程中體積收縮補償?shù)男枰?。硬化后期，部分膨脹轉(zhuǎn)移到水泥石結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙及裂縫中，從而使水泥石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為致密。摻入膨脹劑，使水泥混凝土在硬化過程中持續(xù)地生成較多的針柱狀鈣礬石晶體，這些晶體會隨時間而不斷長大連生，并向阻力較小的空隙生長發(fā)育；這一過程又伴有C―S―H凝膠的大量交織產(chǎn)生，這些都進(jìn)一步堵塞各種孔洞，從而使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步改善，抗?jié)B性能進(jìn)一步提高。膨脹劑的摻量為5%。

　　(3)低彈速凝劑。這是我們的研究成果，1995年3月通過河南省煤炭廳鑒定。我們經(jīng)過反復(fù)試驗研究，選出合適輔料，制成可降低速凝劑堿性、增加噴射料粘性的復(fù)合水泥速凝劑，使用時摻量為水泥重量的4%。

　　2.6　制訂詳細(xì)的操作規(guī)程

　　工人的操作技術(shù)水平極大地影響著噴射混凝土的質(zhì)量。上述技術(shù)措施，與傳統(tǒng)的噴射混凝土作業(yè)又有較大的區(qū)別。在噴射前，需要預(yù)先進(jìn)行水泥裹砂和水泥裹石作業(yè)。另外，摻入了活性摻和料和多種外加劑，工序較以往復(fù)雜得多。各個工序有先后次序，否則，將達(dá)不到預(yù)期效果。所以，必須制訂詳細(xì)的操作規(guī)程，對工人進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。工人必須嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)程操作。

　　3　結(jié)　語

　　(1)采用水泥裹砂和水泥裹石工藝，噴射混凝土骨料與膠結(jié)料的界面結(jié)構(gòu)大大改善；摻入活性摻和料,二手平地機，又促進(jìn)了水泥水化反應(yīng)，其結(jié)構(gòu)更加致密。它們共同作用的結(jié)果使得混凝土的強度、抗?jié)B能力、抗碳化能力、防腐蝕能力等耐久性大大提高。

　　(2)通過使用多種外加劑，噴射混凝土的回彈率降低到10%以下，粉塵量降低到20mg/m³以下，工作性能大大改善，并有顯著的經(jīng)濟效益。