讓噴射混凝土牢固上牆的秘密武器

2020年12月4日，為共同推進我國噴射混凝土材料與工程技術的發展，由中國混凝土與水泥製品協會（CCPA）主辦，中建材中巖科技有限公司、北京工業大學、北京硅酸鹽學會、江蘇奧萊特新材料股份有限公司、雲南凱威特新材料股份有限公司協辦的首屆噴射混凝土產業技術發展與創新應用論壇暨中國混凝土與水泥製品協會噴射混凝土材料與工程技術分會成立大會在江蘇南京召開。

當前噴射混凝土廣泛應用於隧道、橋樑、水利水電、坡壩及地下工程等諸多領域，噴射混凝土一方面節約鋼材和木材，可降低施工成本，另一方面使得施工簡單，有利於一次成型和加快掘進速度，具有比傳統築模成型的方式更廣泛的發展前景，而將預先拌制好的水泥、砂石、水以噴射的手段將其牢牢固定在垂直角度的拱頂或豎直面上甚至可以噴射數層而不掉落，這離不開一個秘密武器——噴射混凝土用速凝劑。

中建材中巖科技有限公司（以下簡稱中巖科技）成立於1992年，是中國建築材料科學研究總院有限公司控股公司，經過20餘年的發展，中巖科技已形成混凝土外加劑、助磨劑、特種工程材料三大業務板塊，在噴射混凝土用速凝劑生產、研發及應用技術上具有豐富的經驗，2019年，將無鹼液體速凝劑生產線進行自動化、智能化升級，年產量達10萬噸，產品發往山東、廣東、廣西、北京等地，應用量逐年上升。

噴射混凝土自1907年美國動物標本學家卡爾·阿克利發明了“水泥槍”之後，大量應用於隧道、地下工程和煤礦等建築工程，經歷了幹噴工藝和濕噴工藝的迭代更新，預計到2025年，濕噴混凝土市場將達到77億美元以上，且會呈現健康穩定增長，是全球噴射混凝土增長的重要動力。新時代也產生了既有結構維護加固、新建結構複雜形狀等新需求，噴射混凝土向着高性能方向發展，用濕噴混凝土代替傳統的現澆成型混凝土建造鋼筋混凝土牆已在美國西海岸成功應用了很久。

幹噴法是將拌合好的膠凝材料、骨料和粉狀速凝劑通過噴嘴噴出，噴射過程中與水混合噴射到受噴面，濕噴法即為將拌合好具有一定工作性的預拌混凝土通過噴嘴噴出，在噴嘴處加入液體速凝劑，與液體速凝劑混合後噴射到受噴面的方法，因此，為順應噴射混凝土的發展，速凝劑出現了粉劑到液體的更新，粉體速凝劑存在明顯的缺點，比如使用過程中混合不均勻、粉塵大、易受潮等，而液體速凝劑則更容易均勻的分散於混凝土拌合物中，避免混凝土質量的波動。

速凝劑的分類眾多，按鹼含量劃分可分為鹼性速凝劑和無鹼速凝劑。一般的，速凝劑摻量佔膠材的3%—9%，最早的有鹼速凝劑鹼含量可高達25%，再加上速凝劑的高摻量，最終給膠凝材料帶入的高鹼含量，易引起混凝土後期強度損失，使混凝土發生鹼集料反應的風險提高導致混凝土膨脹破壞，給噴射混凝土的永久支護帶來難度，且含鹼速凝劑具有極強的腐蝕性，由此，低鹼和無鹼速凝劑成為發展新趨勢。無鹼液體速凝劑也經歷了從起步到逐漸成熟的過程，研究稱離子狀態的鋁可以顯著縮短水泥凝結時間，硫酸鋁、無定形鋁、氟鋁化合物等被引入，但這又給無鹼液體速凝劑帶來了新的問題，統計近幾年的研究結果可知，無鹼液體速凝劑普遍存在的問題包括：穩定性差、摻量高、大量使用有毒原材料、早期強度低等，極端環境下噴射混凝土會彈率比較高，且大量工程存在早期強度低力學性能差的現象，研究者也作了相當多的研究，為了提高離子狀態鋁的溶解性、更顯著的降低噴射混凝土的回彈率，摻入價格昂貴的原材料，高成本一度成為制約無鹼液體速凝劑市場佔有率的重要因素。

快凝快硬 無鹼高強

中巖科技無鹼液體速凝劑從無到有，經歷了研發團隊眾多心血，擁有自主研發知識產權，近500個小試配比的優化實驗，逐步攻關了分層、凝結時間慢、強度低等問題，驗證了中聯、海螺、南方、山水、魯碧、盾牌等大小集團的近20種水泥，篩選出適用於不同種類水泥的配比，採用硫酸鋁為主要促凝組分，結合預分散增強組分、懸浮組分、絡合組分等製備了無鹼高強型、無鹼快凝型、低鹼快凝型一系列產品，針對不同地區水泥，科學調整速凝劑配比，擁有摻量低（6%—8%），凝結時間快，終凝時間在5min以內，1d強度10MPa左右，超過國標要求，28d抗壓強度比≥90%，回彈少，優化施工環境，減少對施工人員的傷害等特點，可滿足不同種類水泥及新拌混凝土噴射工程，在高鐵隧道、地下工程中大放異彩，使用足跡遍佈於華東、華南地區眾多工程。

以多變應萬變 踐行央企品質

每個產品的迭代升級都會遇到技術瓶頸，無鹼液體速凝劑應用初期的優勢逐漸凸顯，同時也帶來了更多的問題。由於影響混凝土凝結時間的因素眾多，比如水泥種類、混凝土用外加劑、混凝土拌合狀態、噴射混凝土施工環境、噴射手操作方法等，導致噴射混凝土在應用過程中不斷出現回彈量高、後期整塊掉落等問題，往往為了滿足噴射混凝土施工要求，速凝劑需要具有更快的凝結時間，更高的早期強度，優異的後期強度。

噴射混凝土的速凝劑機理離不開水泥水化，水泥水化過程可簡單分為硅相和鋁相反應，硅相反應早期水化主要是C3S的水化，分為誘導前期、誘導期、加速期、減速期和穩定期，鋁相反應早期水化主要為C3A的水化，C3A先水化生成 C4AH13，隨後與石膏反應不斷生成 AFt，生成的AFt隨後覆蓋在C3A阻止 C3A化，週而復始，直至石膏消耗完，燒製水泥熟料及混合材種類千差萬別導致水泥種類不同，無鹼液體速凝劑與水泥水化產物的無縫配合才能發揮速凝劑的最大優勢。

中巖科技無鹼液體速凝劑在大多數隧道工程應用中，以多變應萬變的策略，針對不斷變換的水泥種類、應用環境，從速凝劑摻量及種類、水泥及骨料配合比、噴射風壓和噴射距離的變化、一次噴射厚度的確定等方面為每個工程量身定製產品和技術服務，統籌分析經濟性指標，充分滿足每個項目對產品的需求，降低噴射混凝土項目綜合成本，成為中巖科技速凝劑廣泛使用的法寶。

展望無鹼液體速凝劑發展前景，對標國際速凝劑產品，無鹼液體速凝劑向着低摻量、無氟、高適應性、高穩定性、環保性和經濟性方向發展，但市售無鹼液體速凝劑產品技術路線紛雜、產品質量參差不齊，身為央企的中巖科技一直秉持可持續發展戰略，做了超前研發，在無氟、高適應性方面已有頗多理論成果及新產品，在優質產品開拓創新、工程建設持續服務等方面，中巖科技將持續引領行業健康發展，為噴射混凝土能持久牢固上牆保駕護航。