CN100570127C - 一种采用液体速凝剂喷射混凝土的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用液体速凝剂进行喷射混凝土的施工方法，施工设备包括搅拌机、运输车、湿喷机，湿喷机通过输料软管连接有喷嘴，其特征在于，施工设备还包括计量泵以及和计量泵相连的雾化器，雾化器通过管路连接于输料软管和喷嘴上，首先在搅拌机中制成混凝土拌合料，用罐车或翻斗车运至施工现场，用罐车或人工加入湿喷机中；用压缩空气将混凝土拌合料通过输料软管送至喷嘴处；将规定量的1/2到3/4液体速凝剂加1-4倍的水稀释，通过计量泵进入雾化器，用压缩空气将雾化器雾化后的液体速凝剂同时送至喷嘴处与混凝土拌合料混合后喷射到受喷面上。本发明的方法可以大幅减少商品速凝剂的用量，降低喷射混凝土成本，提高喷射混凝土的28天强度指标。

Description

一种采用液体速凝剂喷射混凝土的施工方法

技术领域

本发明涉及隧道工程、地下工程，建筑基坑、道路护坡的施工方法，特别是一种采用液体速凝剂湿法喷射混凝土的施工方法，该方法对于需要支护及加固的部位进行喷射混凝土施工，所使用的速凝剂用量可以减少、并且能够提高喷射混凝土的强度。

背景技术

喷射混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将按一定比例的混凝土拌合料添加速凝剂后，通过输送软管输送，并以高速喷射到受喷岩面，构筑物及建筑物上，而能迅速凝结硬化的一种混凝土。能有效防止隧道或地下室、边坡、建筑基坑发生崩塌、滑坡，起到临时支护或永久支护的作用，对已有建筑，构筑物起到加固作用。在施工过程常用的方法有：

湿法喷射混凝土施工流程如图1所示，该方法先将水泥、砂、豆石、掺合料(粉煤灰、矿粉、硅粉等)、水加入搅拌机中混合均匀，配制成坍落度为8cm～16cm的混凝土拌合料，用罐车或翻斗车运至施工现场，用罐车或人工加入湿喷机中，用压缩空气将拌合料通过输料软管送至喷嘴处喷出，液体速凝剂通过计量泵用压缩空气经雾化器雾化后同时送至喷嘴处与拌合料混合后喷到受喷面上。

而常用的干法喷射混凝土施工流程如图2。先将水泥、砂、豆石、掺合料(粉煤灰、矿粉、硅粉等)、干粉速凝剂加入搅拌机中混合均匀，用翻斗车运到施工现场，人工加入干喷机中，用压缩空气将拌合料通过输料软管送至喷嘴处，与喷嘴处加入的水混合后喷到受喷面上。如果用液体速凝剂则在拌料时不加干粉速凝剂，用计量泵将液体速凝剂送到雾化器与压缩空气雾化后送至喷嘴处，与水及拌合料混合后喷到受喷面上。

现有的潮法喷射混凝土的施工流程如图3所示。先将水泥、砂、豆石、掺合料(粉煤灰、矿粉、硅粉)及少量的水在搅拌机中拌合均匀，使拌合料成松散但无粉尘状态。用翻斗车运到施工现场，同时用人工按比例将拌合料与干粉速凝剂加入干喷机中，用压缩空气将拌合料与速凝剂通过输送软管送至喷嘴处，与喷嘴处加入的水混合后喷到受喷面上。如果要使用液体速凝剂，则需用计量泵将液体速凝剂送到雾化器与压缩空气雾化后有由喷嘴处加入，与水及拌合料混合后喷射到受喷面上。

干法喷射混凝土是最早使用的一种喷射混凝土方法，具有设备简单、可靠性好、投资少，施工方便等优点，但是由于原料是干拌，不加水，施工现场粉尘大，严重危害工人身体健康，回弹大，浪费严重，而且由于水是在喷嘴处加入，喷射混凝土的水灰比难以控制，水灰比时大时小，造成喷射混凝土强度离散性较大。

潮法喷射混凝土是在干法喷射混凝土的基础上改进的，主要改进是，拌合料中不加干粉速凝剂而加少量的水，使拌合料处于微潮湿状态，这样就可以减少干喷机旁及喷射过程中的粉尘。但是由于干粉速凝剂是用人工在干喷机进料口与拌合料一同加入干喷机中，干粉速凝剂无法准确加入。而且有时拌合料湿度稍大时，会发生拌合料在干喷机中凝结硬化而堵塞干喷机，与干法喷射相比同样存在难以解决的喷射回弹大和强度离散性大的问题。

干法喷射与潮法喷射一般使用干粉速凝剂，也可以使用液体速凝剂，但由于干粉速凝剂价格比液体速凝剂低，经常被施工单位所选用；而使用液体速凝剂，由于需增加计量泵与雾化器，致使施工工艺复杂化，体现不出干喷与潮喷设备简单，施工方便的优势。所以，在干喷与潮喷施工中很少使用液体速凝剂。

为了克服干法喷射和潮法喷射存在的问题，出现了湿喷混凝土的方法，湿喷混凝土由于混凝土各种材料与水在搅拌机中预先拌合均匀，保证喷射混凝土水灰比的一致性，即保证了凝结硬化后混凝土强度的离散性小，粉尘小，对工人健康危害小，湿法喷射与干法喷射和潮法喷射相比喷射回弹小，节约原料。但是湿法喷射设备昂贵，施工复杂，使用液体速凝剂成本较高。

干法喷射、潮法喷射、湿法喷射混凝土用的速凝剂，无论是干粉速凝剂还是液体速凝剂其碱含量都很高，如果加量少，混凝土初凝时间达不到要求，回弹量大；若加量大时，喷射混凝土28天强度损失过大，喷射混凝土钻芯取样强度难以达到设计要求，对于碱活性骨料还会引起碱骨料反应，影响喷射混凝土的耐久性。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种采用液体速凝剂进行喷射混凝土的施工方法，该方法可以减少液体速凝剂的用量、降低成本、保证喷射强度(钻芯取样强度)，减少喷射回弹。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种使用液体速凝剂进行喷射混凝土的施工方法，该方法的施工设备包括搅拌机、运输车、湿喷机，湿喷机通过输料软管连接有喷嘴，其特征在于，施工设备还包括计量泵以及和计量泵相连的雾化器，雾化器通过管路连接于输料软管和喷嘴上，具体施工包括下列步骤：

步骤一，首先在搅拌机中制成混凝土拌合料，用罐车或翻斗车运至施工现场，用罐车或人工加入湿喷机中；

步骤二，用压缩空气将混凝土拌合料通过输料软管送至喷嘴处；

步骤三，将规定量的液体速凝剂加1-4倍的水稀释，通过计量泵进入雾化器，用压缩空气将雾化器雾化后的液体速凝剂同时送至喷嘴处与混凝土拌合料混合后喷射到受喷面上。

本发明的方法可以大幅减少商品液体速凝剂的用量，降低喷射混凝土成本，提高喷射混凝土的28天强度指标。

附图说明

图1是现有的湿法喷射混凝土施工工艺流程图；

图2是现有的干法喷射混凝土施工工艺流程图；

图3是现有的潮法喷射混凝土施工工艺流程图；

图4是本发明单个计量泵、单雾化器速凝剂添加方法示意图；

图5是本发明双计量泵、双雾化器速凝剂添加方法示意图。

以下结合附图与发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明的采用液体速凝剂进行喷射混凝土的施工方法，施工设备包括搅拌机、运输车、湿喷机，湿喷机通过输料软管连接有喷嘴，施工设备还包括计量泵以及和计量泵相连的雾化器，雾化器通过管路连接于输料软管和喷嘴上，具体施工包括下列步骤：

步骤一，首先在搅拌机中制成混凝土拌合料，用罐车或翻斗车运至施工现场，用罐车或人工加入湿喷机中；

步骤二，用压缩空气将混凝土拌合料通过输料软管送至喷嘴处；

步骤三，将规定量的1/2到3/4液体速凝剂加1-4倍的水稀释，得到液体速凝剂，液体速凝剂通过计量泵进入雾化器，用压缩空气将雾化器雾化后的液体速凝剂同时送至喷嘴处与混凝土拌合料混合后喷射到受喷面上。

目前商品液体碱性速凝剂(主要成分为碱金属铝酸盐)，碱含量均大于15％，对不同水泥加量为2％-6％可以达到中国建材行业标准JC477-2005技术要求，但28天强度指标，在喷大板时勉强可达到强度要求，而在实际喷射中钻芯取样强度往往达不到设计要求。而且速凝剂加量小不能满足初结凝要求，若加量加大，则28天强度指标损失过大。申请人经过实验室研究及现场试验发现，将现有的商品碱性速凝剂(主要成分为碱金属铝酸盐)加1-4倍的水稀释后，以相同加量加入喷射混凝土中，与未加水稀释的速凝剂相比，具有更明显的速凝效果，即稀释后的液体速凝剂初终凝时间甚至比原来未稀释的速凝剂还要快，28天强度指标均能达到空白样的85％以上，这样可以减少速凝剂的用量。本发明在施工现场将现有的商品液体速凝剂使用量的1/2到3/4加1-4倍的水稀释，然后加入到喷射混凝土中，液体速凝剂的加量可以减少到原来加量的1/2到1/4，初终凝时间明显快于未稀释的速凝剂；由于碱含量减少，所以28天强度指标大幅提高，可以达到空白试验的85％以上。

目前商品碱性速凝剂稳定贮存期为3个月以上，若在其中加1-4倍的水，由于破坏了化学平衡，致使逆向反应发生，生成氢氧化铝沉淀。所以稀释后的速凝剂稳定性较差，贮存时间6h-24h。显然稀释后的速凝剂不宜作为商品速凝剂出售，只适合于在施工现场稀释后当天使用，稀释比为1.5-3.5倍可以得到最佳的使用效果。

不同稀释的方法不妨碍本发明的实施。

实验结果和现场施工表明，单纯的减少商品液体速凝剂(主要是碱金属铝酸盐)用量，是无法达到以上稀释后速凝剂的效果。

需要说明的是，本发明的方法对无碱液体速凝剂效果并不明显，但并不限制本方法在无碱液体速凝剂中的应用。

实验证明，仅仅减少速凝剂的用量并不能减少喷射混凝土的回弹率，喷射混凝土的回弹率与许多因素有关，如喷射风压、角度、速凝剂用量、拌合料的和易性，操作手的技术等。本发明的施工方法是假设在前述条件均相同的情况下，在速凝剂用量相同的情况下可以有效的降低喷射混凝土的回弹，或在相同的回弹率下，可以降低速凝剂的用量。

在其他条件相同的的情况下，喷射混凝土的回弹率与喷射混凝土的稠度成反比，稠度小则回弹率大，稠度大则回弹小。目前，液体速凝剂均是在喷嘴处加入喷射混凝土中(如图1、2、3)，速凝剂与拌合料混合后到喷到受喷面的时间非常短，约在0.2s左右，所以速凝剂与拌合料中的水泥反应时间很短，喷射混凝土还未凝结增稠，部分速凝剂被包裹未参加反应即喷到受喷面上，从而造成回弹率过大。

本发明的速凝剂添加方法就是要增加速凝剂与拌合料的反应时间，使喷射混凝土增稠后喷射到受喷面上，从而减少喷射混凝土的回弹率。

具体的实施例如图4、5所示，在喷射机与喷嘴之间的输送软管上增加一处液体速凝剂的加入点，加入点可以是喷射机与喷嘴之间软管上的任何一点，但距喷嘴应在1米以上，加入的方法和设备与喷嘴处相同，可以用一台计量泵、雾化器也可以用二台计量泵和二台雾化器(图5)。用一台计量泵、雾化器更便于控制(图4)，增加的加入点与喷嘴处的加入点速凝剂加量与一个加入点的加量相同，在喷射机至喷嘴之间的输送管上也可以增加2-3个加入点，虽然设备与控制将变的较为复杂，但不影响本发明的实施。

亦可取消喷嘴处的加入点，只在输料软管处加入液体速凝剂也可以达到目的。

这种加入方法相当于将拌合料首先和加入的速凝剂中的一半进行反应，然后再与另一半速凝剂进行反应，增加了速凝剂与拌合料的反应时间，使得拌合料不产生包裹，拌合料增稠好，回弹小。

在输料软管处增加液体速凝剂的加入点，可能会带来喷射混凝土堵管的风险，这种风险主要来自突然停电、停风。若发生突然停电、停风等事故应迅速将输料软管拆下清洗。

本发明的这种将商品液体速凝剂加水稀释然后通过计量泵加液体速凝剂至输料软管加入点的喷射混凝土的施工方法，可以大幅度减少速凝剂的用量，显著降低喷射混凝土的回弹率和强度损失，提高喷射混凝土的耐久性，增加喷射混凝土的强度(钻芯取样强度)。是一种高效低成本、易操作的新型喷射混凝土施工方法。

当然，也可以采用申请人专门配制的低碱液体速凝剂，该低碱液体速凝剂由碱金属铝酸盐和稀释剂按1∶(1～6)的比例混合成；较优的配比为：1份碱金属铝酸盐添加1-4倍稀释剂。

碱金属铝酸盐由以下原料按重量百分比组成：

氢氧化铝：20％～70％，碱金属氢氧化物：15％～50％，余量为水；

稀释剂由以下原料按重量百分比组成：

氢氟酸：2％～30％，金属氢氧化物4％～25％，余量为水；或

氟硅酸：2％～30％，金属氢氧化物3％～25％，余量为水；或

链烷醇胺：3％～25％，有机酸或无机酸：3％～25％，余量为水。

氢氧化铝的优选重量百分比为30％～55％。碱金属氢氧化物优选重量百分比20％～30％。

碱金属氢氧化物可以是氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钠，优选符合国家标准的工业级合格品或一级品。

链烷醇胺是三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺及它们的衍生物；所述的有机酸是硬脂酸、油酸、乳酸、三聚磷酸或六偏磷酸。

上述低碱液体速凝剂的碱含量在3％～6％之间，对水泥适应性好，可广泛适用于各种型号水泥中，如硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥、早强水泥，超早强水泥、中热水泥及低热水泥等。其用量占喷射混凝土中水泥水量的2％～6％即可达到中国建材行业标准JC477-2005的技术要求，具体加量应以所用的水泥根据实验确定。

将氢氧化铝、碱金属氢氧化物、水按以上配比，加入容器中加热一定时间。即可得到碱金属铝酸盐。合成反应所用的容器可以是敞开式容器也可以是密封式容器，或带回流装置的反应釜，优选带回流装置的反应釜。加热方式可以是明火加热，电加热或水蒸气夹套加热，优选通过反应釜夹套用水蒸气加热，反应温度可以控制在80℃～140℃之间，优选的温度是90℃～130℃，反应时间控制在20min至5h之间，优选反应时间30min至2h。

本发明的方法特别适合湿法喷射混凝土，也适合于干法、潮法使用液体速凝剂时的喷射混凝土施工方法。

Claims (5)

1.一种使用液体速凝剂进行喷射混凝土的施工方法，该方法的施工设备包括搅拌机、运输车、湿喷机，湿喷机通过输料软管连接有喷嘴，其特征在于，施工设备还包括计量泵以及和计量泵相连的雾化器，雾化器通过管路连接于输料软管和喷嘴上，具体施工包括下列步骤：

步骤一，首先在搅拌机中制成混凝土拌合料，用罐车或翻斗车运至施工现场，用罐车或人工加入湿喷机中；

步骤二，用压缩空气将混凝土拌合料通过输料软管送至喷嘴处；

步骤三，将规定量的1/2到3/4液体速凝剂加1-4倍的水稀释，通过计量泵进入雾化器，用压缩空气将雾化器雾化后的液体速凝剂同时送至输料软管和喷嘴处与混凝土拌合料混合后喷射到受喷面上；

所述的液体速凝剂为低碱液体速凝剂；

所述的低碱液体速凝剂由碱金属铝酸盐和稀释剂按1∶(1～6)的比例混合成；

碱金属铝酸盐由以下原料按重量百分比组成：

氢氧化铝：20％～70％，碱金属氢氧化物：15％～50％，余量为水；

稀释剂由以下原料按重量百分比组成：

氢氟酸：2％～30％，金属氢氧化物4％～25％，余量为水；或

氟硅酸：2％～30％，金属氢氧化物3％～25％，余量为水。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的计量泵和雾化器分别有2套。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氢氧化铝为30％～55％，碱金属氢氧化物为20％～30％，余量为水。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碱金属氢氧化物是氢氧化钾、氢氧化锂或氢氧化钠。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属氢氧化物是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铝或氢氧化镁。

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