杨彪

（中铁十二局集团第三工程有限公司 山西太原 030024）

随着国家现代化工程建设的标准化施工及砼实体质量要求越来越高，新材料新工艺也越来越多地研发出来，且应用在各种混凝土施工中。增黏剂又被称为增效剂、抑制剂，是一种新型混凝土外加剂，在自密实混凝土和水下不分散混凝土中应用较多，今后在喷射混凝土中也会得到推广。它能够减少材料组分的分离率，提高水泥胶材的黏结力和黏聚性，提高混凝土匀质性和硬化性能。

工程概况：高原铁路工程项目位于青藏高原的东南部，周边山高谷深，地势险要，高寒缺氧，高原低温，热量不足，高原强紫外线辐射，风沙大、温差大等，气候条件复杂，隧道工程掌子面大多面临渗水或涌水现象，这无疑增加了初期支护结构物的施工难度，对于喷射混凝土工作性能进行研究是面临的一个新的课题，引入增黏剂的应用能有效解决这一难题［1］。

1 湿喷混凝土施工技术

湿喷混凝土是利用湿喷机将速凝混凝土喷向隧道岩层表面或结构物工作面的技术，使岩石或结构物得到及时有效的支护。其凭借原材料来源广泛、施工简便、施工速度快、施工适用性强等优点，在隧道支护中得到了广泛的应用，但喷射砼存在回弹率高、粉尘大、强度低的缺陷。因此，优化出性能良好的喷射砼，对隧道工程初期支护的早期强度、作业环境、人身健康和减少浪费具有重要意义。

2 研究增黏剂应用目的和意义

喷射混凝土为隧道工程初期支护最为常见的支护结构，通过湿喷机械臂掺入速凝剂将混凝土喷射至岩面，能快速凝固形成一层支护结构，从而为围岩起到有效的支护作用。因此，要求喷射混凝土的一个重要性能就是与围岩的附着性，或者说喷射混凝土与围岩的附着强度，这就是隧道工程施作的初期支护。但普通喷射混凝土存在常见问题：回弹量大，拱顶或复水处喷上去后易剥落。目前，国内隧道施工通常采用湿喷机械臂施作，但技术不成熟，对喷射混凝土性能要求较高，现场容易堵管，通过加入增黏剂的喷射混凝土可以有效地改变这些弊端［2］。

3 增黏剂的技术性质

（1）增黏剂是通过选择系列聚合物无碱增效剂进行优化改性的外加剂。

（2）喷射混凝土的黏性程度是影响回弹率的重要因素，在喷射混凝土中加入增黏剂，可有效降低施工过程中的回弹率。

（3）由于速凝剂会使水泥浆体结构凝结过快，造成混凝土中的孔隙无法得到填充，从而导致前期强度低，且后期强度损失严重。因此，增黏剂可促进C3S（硅酸三钙）水化析出水化硅酸钙［C-S-H（CaOx.SiO2.（H2O）y）］凝胶的物质，以及时填充空隙。

4 增黏剂的作用机理

AFt——棒状钙矾石，互接形成“微钢筋”网状结构，如图1至图4所示。

图1 加增黏剂前

图2 加增黏剂1h

图3 加增黏剂1d

图4 加增黏剂28d

Mg（OH）2——为C-S-H 凝胶的形成提供晶核，促进C-S-H大量结晶。

C-S-H——CaOx.SiO2.（H2O）y凝胶填充空隙，使得浆体结构致密，保证强度。

（1）增黏剂水溶性高，分子链较长，在与水泥混合时伸展开来，起到了增黏作用，使新拌的混凝土具有触变性，可减少喷射时的回弹［3］。

（2）在高分子链上带有3种不同基因，可起到不同作用。在水泥刚与水混合时，水泥颗粒表面带正电荷，高聚合物所带阴离子基因可与水泥粒子相互吸引，加速水泥颗粒的凝聚。酰胺基因是亲水性基因，分布在水泥粒子的外层，有保水润湿作用，可形成一种絮凝结构，阻止水泥粒子飞散形成粉尘。但是，这种絮状结构会包裹过量的水，影响水泥水化，加入的第三基因则是要适当破坏这种絮凝结构，使水分子免受束缚，从而可以进行正常的水化反应，不至于因加入增黏剂影响各龄期强度。

（3）保证混凝土长期强度不受影响。因为高分子链上的阴离子基因可与水泥浆中存在的镁、钙等二价金属离子发生反应，形成了不溶于水的交联网状结构。

5 增黏剂在隧道工程喷射混凝土中的应用

5.1 增黏剂应用效果

通过掺加液体增黏剂来优化喷射混凝土配合比，降低喷射混凝土回弹率，且掺加增黏剂后，喷射混凝土实际用量为原配合比实际用量的82%，施工工期可缩短4.5%的时间，切实达到了提质增效的作用。加增黏剂后，初期支护的外观质量、回弹率及作业环境都得到了显著的改善［4］。

5.2 喷射混凝土强度试验

试验室数据表明，掺加5%掺量增黏剂的喷射混凝土每方混凝土速凝剂掺量相应减少2%，且混凝土24h强度提高5.3MPa，试验强度如表1所示。

表1 强度数据表

5.3 现场喷射混凝土回弹率检测

喷射混凝土在生产过程中，水泥、砂、石、减水剂、拌和水均采用S180 强制式搅拌机智能系统计量投料搅拌，检测拌合物性能，罐车运输至施工现场。喷射混凝土用增黏剂采用自吸泵自动投料进入水秤进行计量。现场喷射砼回弹率检测数据如表2所示。

表2 现场喷射砼回弹率检测数据表

根据现场实测喷射回弹率比较，用普通喷射混凝土测得回弹率3次平均值为（30%+31%+29%）/3=30%；掺加增黏剂后，测得回弹率3 次平均值为（5.9%+8.3%+5.5%）/3=6.6%，得到了明显的改善和降低。

5.4 增黏剂的应用优势

添加增黏剂的优点有：（1）回弹量小于10%，降低了成本，且缩短工期；（2）早期强度大于10MPa，满足规范要求；（3）28d 强度（后期强度）保留率大于90%；（4）新型增黏剂无腐蚀，施工环境友好，对施工人员身体伤害小。

6 增黏剂在喷射混凝土中性能研究

掺增黏剂喷射混凝土配合比设计如表3所示。

表3 掺增黏剂喷射混凝土配合比设计参数表

6.1 改善混凝土工作性能

通过试验表明，加入增黏剂后，与普通喷射混凝土相比，增黏剂明显改善了喷射混凝土拌合物的工作性、稳定性，对混凝土结构的匀质性非常有利，可以保障混凝土结构强度和耐久性，最主要的功效还在于提高了喷射混凝土拌合物的工作性能，并确保喷射混凝土具有良好和易性，在施作时减少了堵管概率，节约了工作时间和降低了人工成本［5］。

增黏剂掺入喷射混凝土中，使混凝土黏度增加，赋予其触变性，降低了混凝土流动性，即当剪切力达到一定程度时才可以流动，这种性能随着增黏剂掺量的增大，坍落度随着减小，但不影响砼浇筑性能，能够明显减少砼离析、泌水现象。

6.2 提高速凝剂与喷射砼水化速度，减少凝结时间

对于喷射砼施工，凝结时间会在很大程度上影响混凝土的应用性能，喷射砼在保持一个较快的凝固速度下可更有效地起到支护作用。加入增黏剂后，初凝时间控制在50～80s，终凝时间控制在1～3min，有效地扼制了喷射砼因自重导致的掉落［6］。

6.3 降低喷射回弹量

加入增黏剂后的喷射混凝土凝结时间较快，可以有效地减少回弹量，回弹率基本可以控制在10%以内，有效地控制喷射混凝土的超耗，并比单掺速凝剂喷射砼的综合成本得到了节约，在喷射混凝土施工过程中，可以有效抑制混凝土喷上去掉块现象，减少二次补喷引起的不密实风险，加快了每循环施作时间。

6.4 提高喷射混凝土早期强度

从现场喷射砼施工配合比数据比对情况可以看出，掺加增黏剂后，每方喷射混凝土速凝剂和减水剂的用量都明显减少，且喷射混凝土的早期强度不降反增。

7 增黏剂应用的经济效益

掺加增黏剂的喷射混凝土每方混凝土速凝剂用量相应减少2%。用普通配合比喷射混凝土实测回弹率为30%左右；掺加增黏剂后，测得3次实测回弹率分别为5.9%、8.3%、5.5%，回弹率平均值为6.6%，回弹率大大降低，洞内环境进一步改善。

喷射混凝土在加入增黏剂后，不仅解决了混凝土超耗问题，还极大地节约了混凝土的用量及外加运输和人工机械成本，同时缩短了施工工期，降低了混凝土回弹率，提高了喷射混凝土强度，优化了作业面的作业环境，因工期提前带来了成本和经济效益。

8 结语

中国铁路在“十三五”期间按下了发展“加速键”，为贯彻落实党中央、国务院决策部署，围绕将高原铁路工程建成“精品工程、安全工程、绿色工程、创新工程、廉洁工程”要求，在科学施工、安全施工、绿色施工高质量推进工程建设等方面谱写新时代铁路高质量发展的新篇章。因此，智能化新材料、新技术、新工艺等应用不断创新，在工程建设中的各种难题不断被攻克。本文中关于增黏剂在高原铁路隧道喷射砼中的应用得到了很好的施工效果，不仅在工艺上得到了很大的改观，在工作环境上得到了显著的优化，在突水、突泥等恶劣的隧道地质条件下遏制了掉块现象，提高了人身、设备、财产质量安全保障，更重要的是，有效地降低了砼回弹率，缩短了施工时间，促进了经济效益，为建设“五优”工程奠定了坚实基础。