摘要

01前言

速凝劑（Accelerator）一詞，有些時候是名詞，有些時候被當作動詞。當它運用于混凝土的時候，一般被要求：需要 混凝土硬的時候，混凝土就應(yīng)該要硬（指強度，至于多少強 度，常因人想象而不同）。又有些時候，他被當作代名詞，意 味著混凝土加上它，理所當然，強度愈早提升、愈高愈好， 添加比例愈少愈好，不管是哪一種化學性的亦或物理性的 反應(yīng)。不同化學基底（主成份）的速凝劑，相對波特蘭水泥不同組成成份、不同階段產(chǎn)生交錯反應(yīng)。反應(yīng)的時間和產(chǎn)物，皆相對應(yīng)于波特蘭水泥的成份。本文期待，以理性邏輯思維，妥適面對速凝劑、噴射混凝土系統(tǒng)、噴射混凝土的操作與運用，藉由噴射混凝土特性需求、噴射混凝土系統(tǒng)發(fā) 展與限制，進而推演闡述不同化學基底的速凝劑對噴射混 凝土性能的影響，研討理論評估與實際操作的關(guān)鍵問題。

02噴射混凝土特性需求

在進入細節(jié)之前，設(shè)計噴射混凝土的主要目標參數(shù)，必須先行定義：

1）提高早期強；

2）減少晚期強度損失（相對于參考混凝土）；

3）可控制的拌合運輸延時；

4）必要的良好泵送性；

5）低反彈率；

6）良好的密實度等。

本文闡述運用的各種材料與操作目標，皆基于前述共同的噴射混凝 土目標參數(shù)。

噴射混凝土（Shotcrete；Sprayed Concrete）事實上代表了一個完整的技術(shù)組合，分別為:

·噴射混凝土材料及拌合；

·噴射混凝土系統(tǒng)；

·噴射混凝土噴布。 

這三種組合定義了噴射混凝土技術(shù)，也意味著多元影響的復(fù)雜因素。噴射混凝土材料及拌合內(nèi)部組合，分別將水泥、水、骨料、添加劑，有時還有硅灰、鋼纖維等，各種特性迥異的材料組合；藉由噴射混凝土系統(tǒng)穩(wěn)定傳送、氣動平衡、速凝劑協(xié)同相位轉(zhuǎn)換后；操作手在地質(zhì)變異、氣候、環(huán)境變化……等多重外部影響因素下，進行噴射混凝 土噴布。任何一個環(huán)節(jié)，若無法對于系統(tǒng)整體做出貢獻， 即對最終的噴射混凝土產(chǎn)生不盡人意的結(jié)果。換個角度來說，任何一個環(huán)節(jié)，都足以對最終的噴射混凝土的性能，產(chǎn)生決定性的影響，只是程度的多寡而已。速凝劑扮演著這諸多環(huán)節(jié)中的一環(huán)，本文嘗試說明，不同化學基底的速凝劑對噴射混凝土性能的影響。

2.1噴射混凝土材料及拌合

主要影響設(shè)計目標參數(shù)之部分為水泥（種類）、骨料（最大粒徑、級配）、添加劑、水灰比、稠度（Consistency）、 坍落度損失、混凝土溫度等等。

水泥是噴射混凝土強度的主要構(gòu)成要件，其作用是將骨料膠結(jié)包裹并粘結(jié)在一起。水泥質(zhì)量和噴射混凝土每立方米所含水泥重量（kg/m3），決定噴射混凝土噴布過程和強度。骨料最大粒徑和級配直接影響泵送性能和反彈量。添加劑用于獲得需要的噴射混凝土多方面特性，須具備高減水率；為維護噴布質(zhì)量及減低反彈量，須具備鍵結(jié)黏性（水泥顆粒間雙電層聯(lián)系力）；在動力傳送和氣動平衡期間，必須維持拌和物的穩(wěn)定性；應(yīng)增大噴射混凝土的耐久性；不得影響速凝劑和水泥的作用。

噴射混凝土依混凝土拌合方式，分為干拌混凝土（或干式工法）施工和濕拌混凝土（或濕式工法） 施工，各有其特點。隧道開挖期間，究竟應(yīng)該采用干或濕式工法，現(xiàn) 仍有討論空間。由于機具及混凝土添加劑的進步，基于健康、安全與衛(wèi)生方面的考慮，以及工作環(huán)境條件的改善，本文僅針對濕拌混凝土施工評論，主要因為：使用濕拌混凝土施工可徹底減少反彈，易于控制噴射混凝土質(zhì)量，工作環(huán)境條件大幅的改善。濕拌混凝土，主要目標為工作性（可泵性、噴布作用）及拌合運輸延時，下述幾點必須在意：

·確保早期強度迅速提高

·確�；炷�土達到設(shè)計要求之性能指標

·確保使用者足夠的可工作時間（足夠的運輸時間和 可能發(fā)生的延誤）

·容易輸送（好的泵送性能）

·容易噴布（高黏性、較高的一次噴層厚度） 噴射混凝土拌合程序，決定了其使用時的效果。

噴射混凝土拌合完成后，運送到噴漿機之位置，隨即被置入噴射混凝土系統(tǒng)，然后再噴布完成于施作位置。在過去，由于噴射混凝土機具以及拌合運輸?shù)南拗疲ㄓ薪?jīng)驗的施工業(yè)者應(yīng)當深知，噴射混凝土的拌合本身并不成問題，拌合運輸?shù)臅r間長短，才是所有關(guān)鍵之處），各種形式的噴漿機（干拌合和濕拌合），以及各種形式的速凝劑（干粉和液 狀）被混合使用。因此，不易保證噴射混凝土的質(zhì)量。試驗數(shù)據(jù)明確指出，濕拌混凝土運送到現(xiàn)場，再加上液態(tài)速凝劑立即噴布的工藝，可以獲得最佳的噴射混凝土質(zhì)量。

水灰比仍然是強度控制的主要機制，在不影響強度的情況下，適當?shù)氖褂脧娝軇�，調(diào)整混凝土漿液的粘稠度，使拌和運輸時間增加，噴射混凝土噴布能力增加，噴射混 凝土質(zhì)量控制較容易確保。

根據(jù)需求以及設(shè)計主要目標參數(shù)，調(diào)整決定之配比組合。只有技術(shù)上正確以及經(jīng)濟上可行的解決方案，才能使人人滿意。并由于噴射混凝土經(jīng)常被運用于特殊或相對 較困難施工的位置，噴射混凝土設(shè)計，必須容易應(yīng)用于不同機具、設(shè)備。

2.2 添加劑

添加劑用于獲得需要的噴射混凝土多方面特性，諸如高混凝土拌和物穩(wěn)定性、粘聚性、泵送性能、低反彈量、高早期強度、較高的后期強度和耐久性，等等。綜整相關(guān)需 求，對添加劑有如下要求:

·具備高減水率

·具備鍵結(jié)黏性

·能增進噴射混凝土的耐久性

·維持足夠且可控制的拌和物穩(wěn)定性

·不得影響速凝劑和水泥的作用

·不得使用醣類。

噴射混凝土在用于噴射施工系統(tǒng)前，必須先行確認性能是否滿足要求，噴射混凝土一離開噴射系統(tǒng)的噴嘴（混 合速凝劑）后，到達附著點即凝結(jié)和發(fā)展強度，噴射混凝土結(jié)構(gòu)立即定型，沒有機會進行任何調(diào)整。

當我們費盡心思，調(diào)整并拌合完成合適的噴射混凝土材料，經(jīng)由噴射混凝土機具內(nèi)部鋼管、橡膠軟管泵送傳遞、壓氣吹送后，噴射混凝土必須穩(wěn)定地附著于隧道巖盤 上，形成完整的支護結(jié)構(gòu)。

噴射混凝土系統(tǒng)必須擔負穩(wěn)定傳送、氣動平衡、相位轉(zhuǎn)換的基本職責。

03噴射混凝土系統(tǒng)

系統(tǒng)需求的主要目標參數(shù)為：

·符合設(shè)計期待的噴射混凝土；

·高輸出負載能力；

·迅速提供高早期強度；

·低反彈量；

·不能造成強度損失；

·安全和健康需求。

為使噴射混凝土材料在整個過程中，確保連續(xù)、規(guī)則而穩(wěn)定的傳送，需要特別對噴射混凝土設(shè)備的輸送泵、傳輸管徑、噴嘴系統(tǒng)、速凝劑流量控制單元說明:

輸送泵：輸送泵也稱作噴漿機，濕式噴漿機一般區(qū)分為兩大類：

轉(zhuǎn)子式（Rotorly Type，Squeeze Pump）；

活 塞式往復(fù)式（Piston Type，Duplex Pump）。

轉(zhuǎn)子式噴漿機 主要利用壓縮空氣將噴射混凝土送出，噴射混凝土在噴漿管輸送過程中與壓縮空氣混合噴出。一般而言，所使用的空氣壓力為5kg/cm2~7kg/cm2。由于噴射混凝土在輸送過程中與壓縮空氣充分混合，降低了噴射混凝土的容重，加上后端一直有壓縮空氣持續(xù)不斷吹送，使得噴射混凝土在噴漿管中分布較為均勻，在傳輸過程中呈現(xiàn)稀薄流動方式， 或可稱為稀流控制（Thin stream）。由于設(shè)計上的限制，轉(zhuǎn)子式噴漿機目前最大的輸出流量約為20m3/hr 左右。

活塞式噴漿機則與工地常見的混凝土泵送車相類似， 主要利用活塞壓力將噴射混凝土輸送至噴嘴處，速凝劑在噴嘴系統(tǒng)以精準計量且高壓方式，侵入濕拌混凝土達 成混合，并吹送出噴嘴。活塞式噴漿機只能使用濕拌混凝土。由于活塞運動的泵壓作用于噴射混凝土，使混凝土容重較轉(zhuǎn)子式大，在輸送的過程為一段一段的濃稠流動，或可稱為稠流控制（Dense stream）。活塞式噴漿機的瞬間最大壓力可達50kg/cm2以上，零件損耗率較轉(zhuǎn)子式噴漿機為大；目前最大的輸出流量約為50m3/hr。由于輸出能量與特性的不同，混凝土的工作度與黏滯度，務(wù)必因應(yīng)機具種類的不同而調(diào)整。

傳輸管徑：不管是轉(zhuǎn)子式泵或活塞式泵，都必須經(jīng)過剛性管路和橡膠軟管的交替?zhèn)鬏�。為避免噴射混凝土材料析離，或產(chǎn)生不連續(xù)，剛性管路以及橡膠軟管的材質(zhì)、管徑，都必須經(jīng)過計算及設(shè)計。許多實際的經(jīng)驗使人訝異，在剛性管路（尤其是轉(zhuǎn)彎處）和橡膠軟管的交替?zhèn)鬏斶^程中， 如果噴射混凝土材料產(chǎn)生析離，機具表面以及動作并不會有太大差異；然而，噴嘴系統(tǒng)內(nèi)部的速凝劑，只能與波特蘭水泥反應(yīng)，離析的骨料因缺乏水泥膠結(jié)而回歸大地，導(dǎo)致噴射混凝土產(chǎn)生空隙及不連續(xù)面，強度降低、反彈量增加、速凝劑用量增加，以及諸多莫名而毫無頭緒的爭議。

速凝劑流量控制單元：速凝劑劑量調(diào)整單元，或稱為的性能與質(zhì)量。目前，市場上粉狀速凝劑與液狀速凝劑計量器都有供應(yīng)和使用。粉狀速凝劑計量器，主要利用齒輪將速凝劑壓送出，計量方面較難掌控。由于粉狀速凝劑難以在短時間內(nèi)與混凝土充分混和，其所導(dǎo)致的反彈量及粉塵量亦較大，對于隧道作業(yè)環(huán)境以及工作人員的損害極大。液狀速凝劑計量器以液體流量控制，利用壓縮空氣輸送，計量相當精準，且反彈量及粉塵量的產(chǎn)生亦較小。

噴嘴系統(tǒng)：前述所有設(shè)備，職司噴射混凝土系統(tǒng)中穩(wěn)定傳送、氣動平衡的部分。噴嘴系統(tǒng)必須促使速凝劑協(xié)同進行相位轉(zhuǎn)換。值得特別注意的是，速凝劑于此時始與噴射混凝土材料相結(jié)合，噴嘴系統(tǒng)必須創(chuàng)造速凝劑與波特蘭水泥均勻混合的方式，并迅速、連續(xù)的、穩(wěn)定的、完整的 將噴射混凝土材料噴出，架構(gòu)于隧道巖盤上。不合適的混合系統(tǒng)，由于空氣壓力及物理性作動環(huán)，將使得噴射混 凝土材料與速凝劑混合不勻，反應(yīng)不完整，導(dǎo)致噴射混凝 土強度波動，孔隙率、反彈量、速凝劑使用劑量等增大。多數(shù)時候，人們會選擇使用較高劑量的速凝劑，試圖解決這 種混合反應(yīng)不完整的現(xiàn)象，但不僅消耗更多的速凝劑，反 而產(chǎn)生更大的反彈量和質(zhì)量更不好的噴射混凝土結(jié)構(gòu)。

每立方米的噴射混凝土約重2400kg，相當于一頭象的重量；其中波特蘭水泥約重4 00kg，速凝劑一般約匹配12kg~20kg。12kg~20kg的噴射混凝土速凝劑，如何使 2400kg大象重量般的噴射混凝土迅速的凝結(jié)起來，憑借的不是神奇的力量，而是噴嘴系統(tǒng)創(chuàng)造的理想化學反應(yīng)環(huán)境，與物理性混合模式，促使速凝劑與波特蘭水泥結(jié)合進行化學反應(yīng)。

圖1左顯示一座臺灣地區(qū)公路隧道噴射混凝土損耗量實際案例，Y軸為噴射混凝土損耗量（實際噴射混凝土使 用量-噴射混凝土設(shè)計量=噴射混凝土損耗量；一般籠統(tǒng)稱呼為反彈量，這是不正確的；它包含超挖、反彈及損耗；此處正名為噴射混凝土損耗），X軸為輪進數(shù)。紅色方格點顯示為噴射混凝土系統(tǒng)未整合時，噴射混凝土損耗量分布情形，發(fā)散區(qū)間趨大，沒有收斂的現(xiàn)象，平均值為 179.74%，意味著噴射混凝土損耗量是噴射混凝土設(shè)計量 的2.8倍（一般通稱反彈量為2.8倍）。經(jīng)診斷審視后，決定初步先行由系統(tǒng)整合著手調(diào)整；綠色圓點顯示為噴射混凝土系統(tǒng)經(jīng)初步調(diào)整后，噴射混凝土損耗量分布情形，發(fā)散混凝土配比及拌合調(diào)整，最后再合并整個技術(shù)組合進行調(diào)整，完備整體需求，以符合各方期待。依照圖左的進度 以及噴射混凝土損耗量推估，圖1右虛線表示未整合系統(tǒng)+損耗+系統(tǒng)耗能…等等的總體支出，圓點實線表示整合系統(tǒng)的總體支出。整合系統(tǒng)的圓點實線表明整合的初期成本較高，約六個月后，虛線和圓點實線將交叉轉(zhuǎn)換。實際上，依本案使用一般噴射混凝土的實例，六個月?lián)p耗的總支出，足以添購全新的噴射混凝土系統(tǒng)；若是使用鋼纖維噴射混凝土，三個月或更少一點，就可添購全新的噴射混凝 土系統(tǒng)。在未整合匹配的噴射混凝土系統(tǒng)中，執(zhí)行噴射混凝土作業(yè)，損耗量可能會是不可避免的噩夢。

圖 1  臺灣地區(qū)隧道噴射混凝土損耗量實際案例，多數(shù)隧道幾乎都有相同現(xiàn)象

在整合的噴射混凝土系統(tǒng)中，速凝劑是最重要之添加劑。含堿金屬的水溶性鹽類，均可用來誘發(fā)波特蘭水泥里不同的組成成分，作為速凝劑來使用，最常見的是氯（Cl）、硅（Si）、鈣（Ca）及鋁（Al）。

04不同化學基底的速凝劑作用于噴射混凝土的影響

不同化學基底（成分）的速凝劑，相對波特蘭水泥不同組成成份、不同階段產(chǎn)生交錯反應(yīng)。反應(yīng)的時間和組 成相對應(yīng)波特蘭水泥的成分，亦皆有局限。多次試驗的結(jié)果，是不同化學基底的速凝劑，相對波特蘭水泥會有最佳的劑量區(qū)間。過多的速凝劑劑量，多數(shù)會導(dǎo)致強度的損失。在實驗室理想環(huán)境操作中，得到如此結(jié)果，實際操作中有更多元的影響。此處強度的損失，是指相對于參考混凝土強度較低之現(xiàn)象。

噴射混凝土速凝劑的種類，依型態(tài)可區(qū)分為粉狀速凝劑和液狀速凝劑。分述如下:

4.1  粉狀速凝劑（Powder accelerator）

鋁酸鹽類粉狀速凝劑，是第一種用來加速噴射混凝土凝結(jié)的速凝劑，主要應(yīng)用于干拌混凝土噴漿。由于并沒有全面發(fā)展出精確的速凝劑混合系統(tǒng)及控制單元，通常施 以手工加料，因而很難確保使用比例的準確性。其結(jié)果，往往使速凝劑劑量難以預(yù)期，分配較不均勻。一些數(shù)據(jù)顯 示，這種狀況常使得噴射混凝土比未加速凝劑的參考混凝土28天強度低35%以上，嚴重降低了噴射混凝土質(zhì)量。

水泥系粉狀速凝劑，主要應(yīng)用于日本。為了以侵蝕性較少的產(chǎn)品，取代腐蝕性強的鋁酸鹽類，日本粉體工業(yè)積極發(fā)展以硫鋁酸鈣（Calcium-Sulph-Aluminates）、鋁酸鈣聚合物（Polymer Calcium-Aluminates）及其他無機鹽類為基礎(chǔ)的粉狀速凝劑。

由于堿（Alkali）直接影響噴射混凝土的強度損失，且會增加其干縮及鹽類的結(jié)晶析出。一種簡易運用，初步滿足一般基本需求的中間技術(shù)產(chǎn)品，硫酸鋁（aluminumsulfate， Al2（SO4）3）以及添加其他小量化學成分的粉狀低堿性速凝劑（酸性，具腐蝕性），于1980年左右出現(xiàn)于市場。由于具腐蝕性，硫酸鋁的濃度應(yīng)予在意。

這些使用粉體技術(shù)的速凝劑，往往參與波特蘭水泥水化反應(yīng)不均勻或不完全，整體噴射混凝土質(zhì)量需再一步確認。

4.2 液狀速凝劑（Liquid accelerator）

我們嘗試將實驗室理想環(huán)境所得結(jié)果，結(jié)合實際噴 射混凝土系統(tǒng)，并固定一些影響因子（早 期強度、泵送性、壓實度……等），搭配不同化學基底的液狀速凝劑，進行實際操作。原則上，噴射混凝土配比設(shè)計，采用早強特性較佳的波特蘭水泥CEM I 42.5，用量425kg/m3；骨 料最大粒徑8mm，其中0～4mm粒徑占55%，4mm～8mm 粒徑占45%；水灰比（W/C）為0.44；高性能減水劑（聚羧酸類，Polycarboxylates）摻量1%；噴射混凝土系統(tǒng)采用分布較為均勻，稀流控制（Thin  stream）的轉(zhuǎn)子式系統(tǒng)（為 AlivaRotorly Type，Squeeze Pump），空氣壓力為5Pa；噴射混凝土輸出量約7m3/hr。

4.2.1 鋁酸鹽類液狀速凝劑（Aluminate liquid accelerator）

鋁酸鹽類速凝劑是最早用來加速噴射混凝土凝結(jié)的速凝劑，多數(shù)地區(qū)仍有一般應(yīng)用，但法國禁止使用，主要是因為在操作期間，此類高堿性材料可能導(dǎo)致工作人員發(fā)生了意外事件。鋁酸鹽類速凝劑主要為鋁酸鈉（sodium aluminate， Na2O·Al2O3）和鋁酸鉀（potassium aluminate，K2O·Al2O3），由 鋁工業(yè)廢料與強堿氫氧化鉀、鈉反應(yīng)取得。

圖2 左上顯示鋁酸鹽類速凝 劑（alu minate  l iquid accelerator），應(yīng)用于噴射混凝土實際操作的一般結(jié)果，印證于實際隧道施工所得經(jīng)驗，也有相同接近的數(shù)據(jù)。不管是化學組成交互影響，或是噴射混凝土混合速凝劑過程物理性的影響，添加鋁酸鹽類速凝劑的噴射混凝土，抗壓強度的損失都很明顯。大家最關(guān)注的速凝劑添加劑量（為波特蘭水泥用量的百分比），在較佳的劑量區(qū)間4%～6%，顯現(xiàn)出較低的反彈量和強度損失率。添加劑量偏高時，強度損失暨反彈量明顯較大。前文提到，在較高速凝劑劑量時，因混合不均勻，對各種化學基底的速凝劑都有直接的 不利影響。這并非單純噴射混凝土化學組成問題，而是兼含速凝劑和噴射混凝土系統(tǒng)混合問題。多數(shù)時候（極端惡劣地質(zhì)狀況除外），速凝劑相對波特蘭水泥在合適的劑量區(qū)間，都能滿足隧道對噴射混凝土的要求；過量的速凝劑，犧牲的是噴射混凝土的質(zhì)量、強度、速凝劑及反彈量。使用這類型的速凝劑必須采取完備的保護措施，運輸和操作噴漿作業(yè)人員，必須注意戴手套、口罩、護目鏡等，以避免與這類型的速凝劑直接接觸。

圖 2  不同化學基底的速凝劑應(yīng)用于噴射混凝土實際操作的一般結(jié)果

此類型速凝劑借助水溶性硅酸鹽（多為硅酸 鈉）與水泥中的鈣反應(yīng)， 生成不溶性硅酸鈣析出，高黏性硅酸鈣膠體使混凝土快速凝結(jié)。其用量取決于水灰比，水灰比越高，需要越大的劑量才能確保速凝 。由于硅酸鹽類速凝劑的活性高，能爭奪拌和水優(yōu)先與水泥的鈣反應(yīng)，且加入劑量相當高，造成噴射混凝土固結(jié)后孔隙率大增，滲透性很高，早期和后期強度均有較大損失，整體噴射混凝土質(zhì)量大幅降低。此外這類速凝劑會溶解析出，干燥結(jié)塊可能造成排水系統(tǒng)的阻塞�，F(xiàn)在，硅酸鹽類速凝劑在德國、澳大利亞及瑞士被禁止使用。圖2右上顯示硅酸鹽類速凝劑（silicate liquid accelerator），應(yīng)用于噴射混凝土實際操作的一般結(jié)果。基本上，硅酸鹽類速凝劑相對于波特蘭水泥用量的百分比越高，相對應(yīng)的反彈量越低，強度損失也越大，噴射混凝土的質(zhì)量、強度則越低。

4.2.3 硫酸鋁液狀速凝劑（Aluminumsulph liquid accelerator ）

為避免堿（alkali）對于人體傷害和強度損失，硫酸鋁（a luminumsulfate，Al2（SO4）3）以及添加其他小量化學成分的低堿性速凝劑，于1980 年左右用作噴射混凝土速凝劑。這種低堿性液狀速凝劑，是一種避免問題和簡單運用的中間產(chǎn)品。圖2左下示意硫酸鋁速凝劑（aluminumsulphliquid  accelerator），應(yīng)用于噴射混凝土實際操作的一般效果。較佳的速凝劑添加劑量區(qū)間在 7%～9%，反彈量較低，強度損失率在可接受的范圍。速凝劑添加劑量偏高時，反彈量亦趨升高。

較高的硫酸鋁速凝劑劑量，會改變噴射混凝土中硫酸鹽（sulfate）平衡，進而對噴射混凝土系統(tǒng)的強度及整體行為產(chǎn)生影響。噴射混凝土系統(tǒng)（噴射混凝土+速凝劑）中的硫酸鋁比例（aluminumsulfateratio）必須適當控制[1]。

對于硫酸鋁液狀速凝劑的一般評論：

1）堿含量使堿 骨料反應(yīng)的風險減少；

2）相對于參考混凝土強度損失較 小；

3）硫酸鋁的絮凝特性，促進沉淀和凝結(jié)；

4）pH值在 1~3范圍，有腐蝕性；

5）噴射混凝土系統(tǒng)中的硫酸鋁比例 必須適當控制。

3.2.4 偏鋁酸鹽類液狀速凝劑（Meta-aluminate liquid accelerator ）

另一種效能較佳的低堿、無硫酸鹽類速凝劑—偏鋁酸鹽（meta-aluminate）類高分子化合物（macro molecular compound）液態(tài)低堿速凝劑，一方面可改進技術(shù)性能，另一方面避免酸堿腐蝕性，改進與生態(tài)環(huán)境的親和性。圖2右下顯示低堿性高分子化合物液狀速凝劑（macro molecular compoundliquid ccelerator）

應(yīng)用于噴射混凝土 實際操作的一般效果。

液狀低堿高分子化合物速凝劑，較佳的劑 量在5%～7%之間，反彈量最低，且不會明顯降低噴射混凝土的抗壓強度。一些隧道工程實測試驗數(shù)據(jù)顯示，這種速凝劑對28天抗壓強度幾乎沒有影響。

必須再次強調(diào)，在相對化學反應(yīng)合適區(qū)間外，在較高速凝劑劑量時，因混合不均勻，對各種化學基底的速凝劑都有直接的不利影響。這并非單純噴射混凝土化學組成問題，而是兼含速凝劑和噴射混凝土系統(tǒng)混合問題。多數(shù)時候（極端惡劣地質(zhì)狀況除外），噴射混凝土速凝劑相對波特蘭水泥，合適的劑量區(qū)間，都能滿足隧道噴射混凝土的需求；過量的速凝劑，犧牲的是噴射混凝土的質(zhì)量、強度、速凝劑及反彈量。對于液狀偏鋁酸鹽類速凝劑的一般評論：

弱酸性（pH為4左右），需避免皮膚灼傷、保護眼睛、防止呼吸道侵蝕；

有腐蝕性，避免儲存與機具的腐 蝕損壞；

改善作業(yè)環(huán)境以及生態(tài)親和性；

相對于參考 混凝土強度損失很��；

低堿含量，使堿骨料反應(yīng)的風險 減少。

05噴射混凝土的速凝劑

傳統(tǒng)上，干拌混凝土以運輸車運送，噴漿手以控制水的方式，控制噴射混凝土的噴布，噴射混凝土水灰比不是固定的，并由于沒有精準的速凝劑劑量設(shè)備，噴射混凝 土、速凝劑的混合常流于形式。常見的方式是:  運輸車運送二立方米的干拌混凝土材料，搭配一包25kg的速凝劑， 意味著添加3%速凝劑劑量。有時直接手動約略計量混合，有時進入機具后，憑印象中的想象混合。噴射混凝土混合狀況、噴射混凝土質(zhì)量和反彈量，轉(zhuǎn)眼間變成了操作手的 “原罪”。

噴射混凝土受多元復(fù)雜因素的影響，從各種特性迥異的材料混合而成噴射混凝土材料，經(jīng)由噴射混凝土系統(tǒng)穩(wěn)定傳送、氣動平衡、速凝劑協(xié)同相位轉(zhuǎn)換后，由操作手進行噴射混凝土噴布。任何一個環(huán)節(jié)，若無法對于系統(tǒng)整體做出貢獻，對最終的噴射混凝土就可能產(chǎn)生不盡人意的結(jié)果。

波特蘭水泥的水化過程，交錯著物理性粘聚和化學 性反應(yīng)變化同時發(fā)生，這些交互影響效應(yīng)及內(nèi)容，并未完全地被了解。迄今，并沒有相關(guān)嚴謹?shù)睦碚摵蛯嶒炇业脑囼�，可提供有關(guān)水泥兼容性、添加劑及速凝劑相互影響的 代表性結(jié)果。很多工程實踐，結(jié)果往往使人驚訝，因為得到的并不是預(yù)期的結(jié)果。傳統(tǒng)干拌混凝土施工，由于沒有精準的速凝劑劑量設(shè)備，噴射混凝土、速凝劑的混合常常僅是形式上的，無法保證噴射混凝土質(zhì)量。

噴射混凝土被要求能夠形成一定強度的結(jié)構(gòu)，必須完整且穩(wěn)定的附著于隧道巖盤上，與一般混凝土具有相似的強度特性；但，作用原理、特性需求不同，其結(jié)構(gòu)形成特性、凝結(jié)硬化過程、施工方法與觀念又大不相同。混凝土的工作度以及黏滯性，相對應(yīng)于噴射混凝土系統(tǒng)，以及速凝劑的反應(yīng)程度，同等重要。速凝劑必須能與噴射混凝土混合均勻，使速凝劑充分發(fā)揮其特性。不同化學基底的速凝劑，相對波特蘭水泥化學反應(yīng)，會有不同的作用區(qū)間。過多或過少的速凝劑劑量，就經(jīng)濟和質(zhì)量兩個方面，并不全然為現(xiàn)代噴射混凝土技術(shù)所能接受。噴射混凝土輸出流量與速凝劑添加劑量必須精準控制，實際輸出劑量應(yīng)盡量接近理論的輸出量，噴射混凝土質(zhì)量更趨穩(wěn)定易于管控。唯有技術(shù)上正確，以及經(jīng)濟上可行的解決方案，才能使人人滿意。

06結(jié)束語

（1）就經(jīng)濟角度而言，速凝劑相對波特蘭水泥的劑量，最好是1%、0.1%，甚至趨近于0%是最理想的，但這種想法是不切實際的。由于不同化學基底的速凝劑，相對波特蘭水泥的不同成份會有最佳的劑量區(qū)間，過多或過少的速凝劑劑量，犧牲的是反彈量、噴射混凝土質(zhì)量、噴射混凝土強度，以及背負“原罪”的操作手。然而，如何使實驗室理想環(huán)境操作中所得結(jié)果，盡量實現(xiàn)于受多元影響的實際操作，噴射混凝土系統(tǒng)的整合，是噴射混凝土技術(shù)的關(guān)鍵所在。

（2）添加劑對于噴射混凝土的影響非常重要，因為在噴漿期間或等待期間，過多的工作度損失不可被接受；工作度有一定損失時，整個噴射混凝土系統(tǒng)必須進行調(diào)整， 以避免操作手為了工作度，而加水在混凝土中。由于隧道施工變異空間較大，混凝土添加劑必須具備高減水率及足夠且可控制的拌合運輸延時。在噴射混凝土系統(tǒng)中動力傳送和氣動平衡期間，必須維持混凝土拌和物的良好泵送性。添加劑必須有效提高混凝土的鍵結(jié)黏性。需注意，噴射混凝土一旦離開噴嘴系統(tǒng)立即凝結(jié)硬化，沒有機會進行 任何調(diào)整，添加劑絕對不能影響速凝劑和水泥的作用。

（3）“堿”（alkali）這個字來自阿拉伯文，意思是“植 物的灰燼”，一般可理解為兩種意思：其一，它是一種堿性溶液（pH值介于7~14）；另一，它是一種含堿陽離子，這些元素最外層都只具有一個電子，活性高，溶于水，易與存在于骨料內(nèi)的一些敏感物質(zhì)（如SiO2、碳酸鹽類等）發(fā)生堿性反應(yīng)形成凝膠（堿-骨料反應(yīng)），吸水產(chǎn)生膨脹。也就是說，速凝劑中的“堿”有引發(fā)堿-骨料反應(yīng)危險，對混凝土耐久性不利；也會對人體和環(huán)境造成傷害。“無堿”之意義在于避免這類危險或傷害。

（4）噴射混凝土損耗量正以其龐大而強悍的能耐，嚴重侵蝕著隧道工程正常的運作。這些莫可名狀的爭議，天天不斷的持續(xù)存在，日復(fù)一日的累積。無可幸免的，首先受到指責的絕對是弱勢的坑夫（噴漿手）。但，這絕對是技術(shù)上而且可解決的問題。然而，不幸的是，最終皆以協(xié)調(diào)認知的方式解決。最終的最大輸家一般是業(yè)主，不管是資金投入或是工程質(zhì)量。面對噴射混凝土技術(shù)高度不確定性，理性邏輯分析，妥適利用階段程序適理判斷，可達收斂風險之效果。唯有技術(shù)上正確，以及經(jīng)濟上可行的解決方案，才能使人人滿意。