混
凝
土
Concrete
2011年第12期（总第266期）Number 12in 2011（Total No.266）
doi ：10.3969/j.issn.1002-3550.2011.12.039
Abstract:
Shotcrete technologies take important effects on implementation processes of shotcrete projects.Meanwhile the choice of accelerators
influences directly the application of shotcrete technologies.Development history of shotcrete technologies was specified from two aspects of dry spraying and wet spraying ；application researches of accelerators were expounded from all two perspectives of powder and liquid ；problems of shotcrete technoloies and accelerators currently existing in projects were pointed out ；and prospect forecast of shotcrete technologies and accelerators was given.Key w ords:
shotcrete ；
shotcrete technologies ；accelerators Developm ent of shotcrete technologies and accelerators
MA Zhong-cheng 1，WANG Lan 2，MA Jing-yu 2
（1.State Key Laboratory of Green Building Materials ，China Building Materials Academy ，Beijing 100024，China ；
2.Shandong Provincial Key Laboratory of Preparation and Measurement of Building Materials University of Jinan ，Jinan 250022，China ）摘要：喷射混凝土技术在喷射混凝土工程实施过程中起着重要的作用，速凝剂的选择则直接影响着喷射混凝土技术的应用。从干喷和湿喷两方面详述了喷射混凝土技术的发展历程，从粉状和液体两个角度阐述了速凝剂的应用研究，指出目前喷射混凝土技术及速凝剂在工程应用中存在的问题，并对其发展前景进行了展望。关键词：喷射混凝土；喷射混凝土技术；速凝剂中图分类号：TU528.53
文献标志码：A
文章编号：1002-3550（2011）12-0126-03
马忠诚1，汪澜2，马井雨2
（1.中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室，北京100024；2.济南大学山东省建筑材料制备与测试技术重点实验室，山东济南250022）
喷射混凝土技术及其速凝剂的发展
收稿日期：2011-06-09
实用技术
PRACTICAL TECHNOLOGY
0引言
随着近年来山体滑坡、泥石流、井巷坍塌等灾害的频发，灾前预防和灾后快速修补问题得到政府和更多学者的关注。利用喷射混凝土技术进行边坡修护、
围岩支护、巷道修复加固、堵漏、道路快速抢修加固无疑是解决这一问题最好的方法[1-4]。速凝剂在喷射混凝土技术的实施当中起着举足轻重的作用，速凝剂效果的好坏直接影响到喷射混凝土的喷射质量及使用性能。然而，目前市场上速凝剂的种类比较繁多，性能不一。本文将主要介绍目前国内外喷射混凝土技术及速凝剂的发展状况。
1喷射混凝土
喷射混凝土是指利用压缩空气的力量通过喷射装置将混凝土拌和料喷射到岩石面或建筑物表面上并与其紧密地黏结在一起、凝结而成的一种混凝土。喷射混凝土是由喷射水泥砂浆发展起来的。喷射混凝土一般不用模板，达到了节约投资、降低成本、有加快施工进度、强度增长快、密实性良好、施工准备简单、适应性较强等特点，具有支撑作用、充填作用、隔绝作用和转化作用[5]。喷射混凝土的这些优点使得它广泛应用于矿山、竖井平巷、交通隧道、水工涵洞等地下建筑物和混凝土支护或喷锚支护[6-11]；地下水池、油罐、大型管道的抗渗混凝土施工；各种工业炉衬的快速修补；混凝土构筑物的
浇筑与修补等[12-16]。
1喷射混凝土技术
喷射混凝土技术，自20世纪初开始，至今已有近百年的历史。1914年美国在矿山和土木建筑工程中，首先使用了喷射水泥砂浆。1948年至1953年间奥地利在兴建卡普隆水力发电站时，首次在隧洞中使用了喷射混凝土支护。以后，瑞士、德国、法国、瑞典、美国、英国、加拿大、日本等国家，相继在土木建筑工程中采用和发展了喷射混凝土技术。我国是从20世纪60年代末在铁路隧道施工中推广新奥法施工时开始采用的。喷射混凝土技术的选择、
设计直接影响着喷射混凝土质量和性能的好坏。目前，喷射混凝土技术主要有干喷和湿喷两种喷射方式。
1.1干喷技术
起初的喷射混凝土都是采用干喷技术作业的，其施工工艺流程图如图1所示[17]。干喷方法具有高密实、易操作、能远距离和高空输送及可以在地下水渗出的工程中采用等方面的优势，但由于它是使干拌和混凝土在喷嘴外与水混和，故而施工粉尘较大，回弹率较高，而且混凝土的水灰比是由喷射手根据经验及肉眼观查来进行调节的，混凝土的品质在很大程度上取决于机手操作正确与否。干喷作业产生的粉尘危害工人健康，尤其是巷道工程中粉尘污染更为严重。随着社会对环境和施工人员健康的关注越来越多，高品质喷射混凝土急需新型喷射混凝土技术的开发。
126··
1.2湿喷技术
喷射混凝土湿喷技术发展到今天已有40多年的历史[7]
，其施工工艺流程图如图2所示[18]
。
与干喷相比，湿喷的明显优势是生产率高、回弹度低，大大降低了喷射机旁和喷嘴外的粉尘浓度，减轻了对工人健康的危害，而且水灰比易于控制，混凝土水化程度高，故可大大改善喷射混凝土的品质，提高混凝土的匀质性。
近10年来，湿喷技术的发展日趋完善，已成为世界各国喷射技术的发展主流[19]
。
目前，意大利、挪威、瑞典、日本及加拿大等很多国家的湿喷应用已占主导地位，我国的湿喷混凝土施工技术也越来越被人们重视。但由于湿喷技术配套的一系列设备、原料成本较高，工序较复杂，很难在工程中大范围推广应用。因此，研制低成本的设备和原料、优化湿喷技术工艺成为当前湿喷技术推广应用的前提。
2速凝剂
喷射混凝土是一种速凝混凝土，速凝剂对混凝土的凝结速度有着重要的影响，是喷射混凝土施工法中不可缺少的添加剂，其效果的好坏直接影响到喷射混凝土的喷射质量及使用性能。速凝剂的作用是加速水泥的水化硬化，在很短的时间内形成足够的强度，以保证特殊施工的要求[20]
。喷射混凝土的技术水平主
要体现在速凝剂的研究与应用方面。
因此，国内外关于喷射混凝土外加剂材料的研究都把速凝剂放在非常重要的位置。
2.1速凝剂的分类
速凝剂种类繁多，按产品形态，可分为固态和液态；按其碱的含量来分，可分为有碱、无碱和低碱。衡量速凝剂好坏的性能指标主要包括速凝剂本身的物理化学性质和状态，速凝效果、早期强度、后期强度、体积稳定性、耐久性等使用性能，以及分散均匀性、扬尘和喷射回弹率等喷射作业特性[21]。2.1.1粉状速凝剂
速凝剂作为一种化工产品，其生产和使用可以追溯到20世纪30年代。速凝剂的诞生和使用使得喷射混凝土施工成为可能。
粉状速凝剂是伴随着速凝剂的出现而产生的，一般都是在干喷技术中使用。传统的粉状速凝剂多为以铝氧熟料和碳酸盐为主的碱性物质，其有很多缺点，如碱性大、
工作面粉尘大、回弹量大等，这样既浪费材料又影响喷射混凝土的施工质量。由于粉状速凝剂价格较低，在国内喷射混凝土用速凝剂中，其仍占据主要地位。
粉状速凝剂具有较强的腐蚀性，对生产人员和施工人员的皮肤和眼睛造成很大伤害。
已有的研究表明[22]，强碱性速凝剂使水泥在水化初期形成疏松的铝酸盐水化物结构，增加了发生混凝土碱集料反应的可能性，对后期强度的发挥不利。碱性速凝剂对混凝土的后期强度削减较大[23]，一般强度损失在20%~50%[24-25]。2.1.2液体速凝剂
液体速凝剂是对粉状速凝剂的改良。
与粉状速凝剂相比，液体速凝剂更容易均匀地分散于混凝土拌合物中，从而可避免硬化混凝土质量波动，提高喷射混凝土品质。美国早在20世纪70年代末期就开始了液体速凝剂的研究，早期研制的一般都为碱性速凝剂。20世纪80年代早期，日本研制过含碱量较高的液体速凝剂。90年代后期，美国开始研究无碱液体速凝剂。欧洲各国研制的液体速凝剂也较多。20世纪80年代初期，德国研制过碱性液体速凝剂。
进入90年代以后，欧洲无碱液体速凝剂迅速发展起来。瑞士MBT 公司还生产了MEYCOSA 系列无碱液体速凝剂。
液体速凝剂按碱含量可分为碱性液体速凝剂、低碱液体速凝剂和无碱液体速凝剂。
由于碱性物质对喷射混凝土性能的不利影响，近些年低碱、无碱液体速凝剂得到越来越多的应用[26-27]，尤其是在日本、欧洲等发达国家，几乎不存在碱性速凝剂，国内也开始越来越多采用无碱液体速凝剂。无碱液体速凝剂为速凝剂的发展指明了方向。
2.2速凝剂的市场
2009年，全国速凝剂年产量约100.71万t （其中固体速凝剂占74.32%，液体速凝剂占25.68%），生产厂60多家，主要分布在华北、华东、中南地区。2009年由于铁路、公路、煤炭行业建设大规模增长，速凝剂产量较2007年有大幅度增长。特别是高速铁路对液体无碱速凝剂的需求，使得2009年液体速凝剂产量达到25.86万t ，成为外加剂发展的亮点之一。随着西部公路、铁
路建设规模的扩大，山区隧道施工大幅度增加；煤田井巷建设中也大量使用喷射混凝土进行支护；全国大中城市地铁建设全面启动。上述这些行业工程建设的扩大都会促进喷射混凝土产量的快速增长，可以预测速凝剂将会迎来发展的大好时期。
2.3速凝剂的研究现状
目前国内常用水泥速凝剂普遍存在着混凝土抗渗性差、喷射料浆黏聚性不好等缺点。我国的液体速凝剂的研究还处于初级阶段，还有很多问题没有得到解决[28]，如液体速凝剂适应性差，这主要与液体速凝剂的稳定性及施工特点相关。液体速凝剂中若复配其他组分，很容易引起体系不稳定，或沉淀、或絮凝，很难得到均一的体系，使施工性能和作用效果变差。目前市场上的液体速凝剂价格都偏高，一般为粉状速凝剂的2~3倍，而且成型产品不多。尽管很多学者和企业单位都在进行相关的科研工作，也取得了一定的进展，但真正投入生产并投入市场的成型产品还不多见，主要还是我国对于这方面的技术不成熟，原料的成本和生产的难度造成很少有成型的无碱液体速凝剂面市。目前在一些跨国外加剂生产企业拥有这样的技术，如麦斯特建材公司以及西卡化学外加剂公司等，但所生产的液体速凝剂价格均十分昂贵。
3结论
（1）湿喷技术将引领喷射混凝土技术的发展，成为世界各
127··
国喷射技术的发展主流。
（2）速凝剂是喷射混凝土中重要的组分。速凝剂的市场前景广阔，无碱液体速凝剂为速凝剂的发展指明了方向。
（3）目前市场上的无碱液体速凝剂状态不稳定，久置容易分层，性能较差，价格偏高。急需状态稳定，成本低廉，性能优越的新产品的研发。
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作者简介：马忠诚（1985-），男，硕士，助理工程师，研究方向：水泥工业CO2减排及水泥混凝土外加剂的研究。
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联系地址：湖北省武汉市珞狮路122号武汉理工大学硅酸盐材料工程国家重点实验室水泥混凝土大楼433室（430070）
联系电话：131********
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