一、引言
在現代隧道工程施工中，噴射混凝土是保證施工速度的重要保障，而速凝劑是噴射混凝土技術的關鍵所在。
速凝劑發展經歷了：粉狀速凝劑→高鹼液體速凝劑→低鹼液體速凝劑→無鹼液體速凝劑。目前，液體無（低）鹼速凝劑在鐵路、高速公路、工程支護、隧道等工程上廣泛應用。
上世紀30年代出現的粉狀速凝劑，含有大量鹼金屬離子，如Na﹢、K﹢等，對混凝土的後期強度和耐久性不利，且容易引起混凝土鹼骨料反應。另外採用粉狀速凝劑時，只能幹噴法施工，揚塵較大，影響施工人員健康。
20世紀70年代末，隨著對噴射混凝土施工技術研究的深入，噴射混凝土施工工藝由幹噴法逐漸發展為溼噴法施工，國外開始對液體速凝劑進行研究。20世紀80年代中期，有機無機複合無(低)鹼液體速凝劑開始生產應用。目前，在日本、歐洲等發達國家，無（低）鹼液體速凝劑幾乎佔有全部速凝劑市場。
我國對於速凝劑的研究開始於20世紀60年代，最早的速凝劑主要是粉狀速凝劑，到了20世紀90年代，隨著溼噴技術引入我國，國內學者開始重視液體速凝劑的研究，液體無（低）鹼速凝劑、有機無機複合型液體速凝劑在我國開始逐步研究與發展。
近幾年，隨著全國公路、鐵路的大規模建設，液體速凝劑已經佔據絕對的主角位置。據統計，2015年，全國的液體速凝劑使用量佔比已經超過60%，2017年預估液體速凝劑佔比將達到80%，粉狀速凝劑佔比將萎縮到20%。
液體速凝劑的技術要求
目前市場上在用的液體速凝劑，可分為低鹼速凝劑和無鹼速凝劑，它們廣泛應用於鐵路噴射混凝土和公路噴射混凝土工程中。它們的技術指標在各自的行業標準規定如下：
1）JC 477-2005《噴射混凝土用速凝劑》標準規定的速凝劑的技術要求如表1。
2）TB 10424-2010《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》規定的速凝劑技術要求如表2。
3）JT/T 1088-2016《公路工程 噴射混凝土用無鹼速凝劑》標準規定的無鹼速凝劑技術要求如表3。
從表1、表2、表3的比較中可知，無鹼速凝劑在1d、28d抗壓強度比上的技術要求較高，而且無鹼速凝劑還提出了90d抗壓強度要求，也說明了液體速凝劑逐漸向無鹼速凝劑的趨勢發展。
液體速凝劑的工程應用研究
近幾年，鐵路工程建設在全國各地方興未艾，液體速凝劑在鐵路、公路隧道工程中得到了廣泛的應用。為了指導工程正確選用液體速凝劑，本文作者對液體速凝劑的應用進行了研究。
3.1試驗用原材料
閩福P.O 42.5R水泥、河砂Mx=2.7、碎石5～10mm、Point-S聚羧酸高性能減水劑、Point-SN(II)液體速凝劑。
3.2試驗配合比
試驗配合比如表4所示：
3.3試驗結果
試驗研究了速凝劑摻量、混凝土單方用水量、混凝土坍落度對混凝土凝結時間的影響，結果如下：
1）速凝劑摻量對凝結時間的影響
作者研究了速凝劑在上述配合比條件下，摻量從1%～8%時混凝土的凝結時間變化情況，試驗結果如圖1。
圖1 速凝劑摻量與混凝土凝結時間關係
從圖1可以看出，隨著速凝劑摻量的提高，混凝土凝結時間呈現迅速縮短的趨勢，當摻量達6%時，凝結時間達到最低值，而後隨著摻量的提高凝結時間也會有所變長，故速凝劑在使用中存在最佳摻量點，可根據工程特點和不同部位的施工需要，選擇不同摻量。對於一些護坡、工程搶修、堤壩等工程，凝結時間不能過短，可以選擇1%～3%的摻量；對於噴射混凝土，可根據不同部位，選擇合適的摻量，宜控制在4%～7%。在應用時，需根據工程的材料、配合比和施工要求的實際需要，經試驗確定速凝劑的最佳摻量。現場噴射可根據不同部位及經驗，摻量由低開始調整，以回彈量最小，且速凝劑未達到過摻為最佳。
2）混凝土單方用水量對凝結時間的影響
正常情況下，工地會根據現場的材料情況及配合比，按固定速凝劑摻量，確定一個混凝土坍落度控制範圍，實際施工時，通過單方用水量和高效減水劑的摻量進行雙向調節，控制混凝土坍落度。為此本文作者研究了單方用水量與混凝土凝結時間的變化關係。試驗時Point-S聚羧酸高性能減水劑從0%到1.5%，間隔0.25%摻量，速凝劑摻量5%，控制坍落度在（180±10）mm。試驗結果如圖2。
圖2 混凝土單方用水量—凝結時間關係
從圖2可以看出，採用固定5%速凝劑摻量及坍落度控制在（180±10）mm的情況下，當高性能減水劑摻量1.5%時，用水量最低為155kg/m³，凝結時間最長，達到70min，此時由於高性能減水劑摻量過高，導致混凝土泌水，骨料分層，和易性不好，影響了速凝劑的使用效果；當高性能減水劑摻量為0%時，單方用水量最高，此時混凝土的凝結時間也很長，達68min；當單方用水量在170～190kg/m³之間變化時，混凝土凝結時間相差並不大，都能滿足施工要求；當水膠比增加至0.45時，混凝土凝結時間則顯著延長。
試驗得出，在固定速凝劑摻量和控制坍落度的情況下，存在一個最佳單方用水量，此時混凝土即能滿足施工要求，同時凝結時間又最短。因此，在確定的配合比和固定的速凝劑摻量下，控制好單方用水量是保證噴射混凝土質量的重要措施。
3）混凝土坍落度對凝結時間的影響
為了確定出適合噴射混凝土施工的最佳坍落度控制範圍，本文作者做了不同混凝土坍落度對凝結時間的影響試驗。
試驗配合比按表4，固定單方用水量為170kg/m³，速凝劑摻量為5%，通過調整高性能減水劑摻量來配製不同坍落度的混凝土，試驗結果如圖3所示。
圖3 混凝土坍落度—凝結時間關係
從圖3可以看出，隨著混凝土坍落度的增加，凝結時間也延長，坍落度在80～200mm之間變化時，凝結時間增加幅度較小；當坍落度220mm以上時，凝結時間卻顯著延長到100min。此試驗現象說明，噴射混凝土在滿足施工的情況下，不能一味地提高坍落度來提高噴射速度，如果坍落度過大，混凝土凝結時間將顯著延長，從而導致混凝土現場回彈量大。
4.1工程應用1：金臺鐵路
位於浙江省台州境內，線路長度38.92km，工程共有7座隧道，總長16780m，佔線路長度43.11%，總投資15.1億元，建設工期44個月。
前期通過調整速凝劑與水泥的適應性，現場根據砂子的細度模數調整砂率，控制混凝土的坍落度小於200mm等技術措施，使得噴射的混凝土效果較好，回彈量小，得到了施工單位的認可。
4.2工程應用2：穿山港鐵路
寧波樞紐，正線長度18.243km，沿途經寧波市柴橋鎮、北倉區白峰鎮至寧波穿山港區。正線隧道共6座12.294km。
在控制混凝土單方用水量及坍落度的情況下，根據該項目具體噴射部位及噴射厚度的差異，通過調整速凝劑的摻量，來滿足噴射的使用要求，取得了良好的應用效果。如噴射邊牆部位，採用適當降低速凝劑摻量；遇拱頂及較大厚度的部位，適當提高速凝劑的摻量。
4.3工程應用3：杭紹臺高速
杭紹臺高速是浙江交通“十二五”規劃中單體投資最大的項目，橋隧比較高，建設難度較大的山區高速公路。線路全長約162.3km，起點紹興齊賢，終點臨海括蒼，全線設計速度為100km/h，項目總投資約368.4億元。
該項目使用速凝劑過程中存在噴射的回彈量大，經過現場調研，發現噴射材料中使用機制砂進行噴射作業，且存在機制砂含粉量大、用水量高的現象。通過適當調整減水劑的用量和控制單方用水量在（180±10）kg/m³等措施後，現場噴射效果取得了極大的改善。經驗證，現場速凝劑噴射流量降低到4%～6%時，回彈量較小。
結語
速凝劑在使用中應結合具體工程要求和原材料狀況，在滿足施工要求的條件下，應通過現場試驗，確定混凝土配合比和最佳速凝劑摻量，以達到既符合操作要求，又最大限度地減少回彈量。
今後，速凝劑的研究方向將是朝著相容性及穩定性好、回彈率低、後期強度保留率高的環保型速凝劑發展。此外，在使用過程中，環境溫度、攪拌時間、噴射前混凝土的等待時間、混凝土流動性控制、速凝劑與其他化學外加劑的相容性、速凝劑與水泥的適應性等問題，目前還缺乏系統深入的研究成果來指導工程實踐應用，以為速凝劑的產品質量提升和工程技術應用提供基礎理論支撐。
溼噴技術取代幹噴技術，是噴射混凝土施工工藝發展的必然。液體速凝劑解決了傳統粉劑速凝劑的諸多問題，且更加環保，是混凝土速凝劑發展中的一次突破。因此，液體速凝劑取代傳統粉狀速凝劑是大勢所趨。
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