一種復(fù)合液體速凝劑的研究

張述雄，梁鼎成，王棟民

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）混凝土與環(huán)境材料研究所，北京　10083）

一種復(fù)合液體速凝劑的研究

張述雄，梁鼎成，王棟民

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）混凝土與環(huán)境材料研究所，北京10083）

本文試驗(yàn)中 Al(OH)3、NaOH、Na2SiO3等合成了一種鋁酸鹽型改性復(fù)合液體速凝劑，并對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)估。試驗(yàn)表明，速凝劑摻量為 5.6% 時(shí)，基準(zhǔn)水泥初凝時(shí)間縮短至 2min50s，終凝時(shí)間為 6min30s；1d 抗折強(qiáng)度為 2.9MPa，1d 抗壓強(qiáng)度為 10.0MPa，28d 抗壓保留率為 94%。另外還探究了鈉鋁比對(duì)速凝劑性能的影響規(guī)律和速凝劑與不同水泥的相容性。

液體速凝劑；凝結(jié)時(shí)間；抗折強(qiáng)度；抗壓強(qiáng)度

速凝劑是一種能夠加快水泥或混凝土凝結(jié)和硬化速度的調(diào)節(jié)劑，也稱(chēng)促凝劑[1，2]。作為濕法噴射混凝土中最重要的化學(xué)外加劑，速凝劑的使用使得噴射料迅速凝結(jié)，從而增加一次性噴射厚度，減少回彈，降低粉塵污染，提高混凝土的早期強(qiáng)度，以便滿足一些特殊工程的需要?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于地下工程、礦山工程、堤壩邊坡加固、堵漏及搶險(xiǎn)等工程[3]。就其發(fā)展來(lái)看，早期速凝劑主要由鋁酸鹽、碳酸鹽等組成，多為粉體速凝劑，常被稱(chēng)為傳統(tǒng)速凝劑。傳統(tǒng)速凝劑存在堿含量過(guò)高、料漿粘聚性差、硬化漿體后期強(qiáng)度損失大和揚(yáng)塵大，污染環(huán)境[4]等諸多問(wèn)題。鑒于此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多科研工作者做了大量的工作來(lái)克服傳統(tǒng)速凝劑的缺陷，并取得了許多有價(jià)值的成果。其中，無(wú)堿液態(tài)速凝劑是當(dāng)前主流研究方向之一。我國(guó)在速凝劑研究方面起步比較晚，尤其是無(wú)堿液態(tài)速凝劑的研究還不成熟[5，6]，不僅存在施工過(guò)程中放熱量過(guò)大的工程技術(shù)問(wèn)題，而且其摻量高、價(jià)格昂貴，故不利于大量推廣應(yīng)用[7，8，9]。綜上可知，在目前實(shí)際工程應(yīng)用中，傳統(tǒng)速凝劑和無(wú)堿液態(tài)速凝劑都存在較大的使用問(wèn)題。因此，在目前的發(fā)展水平前提下，研制速凝、低摻量、綜合性能優(yōu)良、價(jià)格合理的新型復(fù)合液態(tài)速凝劑就有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　試驗(yàn)

1.1原材料

水泥：試驗(yàn)選用基準(zhǔn)水泥來(lái)檢測(cè)速凝劑作用性能，并選用瑞豐 P?O 42.5，石林 P?O 42.5，定華 P?O 32.5 三種水泥考察速凝劑的相容性?；鶞?zhǔn)水泥化學(xué)成分見(jiàn)表 1。

表1　水泥的化學(xué)成分分析　　　　　　%

砂：ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂，滿足 ISO 679 要求。

化學(xué)試劑：所用化學(xué)試劑如表 2 所示。

表2　化學(xué)試劑

1.2試驗(yàn)方法

（1）合成方法：先將一定量 NaOH 溶于水中，待其完全溶解后加入 Al(OH)3，鈉鋁比為 1.55∶1。升溫至 85℃，攪拌使其反應(yīng)，直至得到澄清液為止，歷時(shí)約 3h。然后降至 30℃進(jìn)行改性試驗(yàn)，利用蠕動(dòng)泵以 3.2g/min 的速率滴加 Na2SiO3水溶液，在滴加的同時(shí)較快速攪拌，最終得澄清液體速凝劑。改性試驗(yàn)歷時(shí)約 30min。

（2）物理性能測(cè)試方法：摻速凝劑的水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間和砂漿強(qiáng)度按照 JC 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》進(jìn)行測(cè)試；未摻速凝劑的水泥砂漿強(qiáng)度按照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO 法）》進(jìn)行測(cè)試。

2　結(jié)果與討論

2.1鈉鋁比對(duì)速凝劑性能的影響

所制備的速凝劑的促凝性能和穩(wěn)定性都與體系中鈉鋁比（摩爾比）有直接的關(guān)系，故試驗(yàn)過(guò)程中探究了不同鈉鋁比對(duì)速凝劑的影響規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果如表 3 所示。

表3　鈉鋁比（摩爾比）對(duì)速凝劑的影響

由表 3 可知，鈉鋁比對(duì)速凝劑性能有顯著的影響，尤其是對(duì)速凝劑穩(wěn)定性。其原因主要是 Al(OH)3性質(zhì)很不穩(wěn)定，極易形成白色沉淀，影響體系穩(wěn)定。另外，隨著鈉鋁比的增加，水泥凝結(jié)時(shí)間和砂漿強(qiáng)度均受到不同程度的影響，水泥凝結(jié)時(shí)間隨鈉鋁比的增加而增加，其主要原因是速凝劑中鋁相組分減少，從而導(dǎo)致水泥與速凝劑作用生成鈣礬石量的減少，而鈣礬石的生成則是水泥能快速凝結(jié)的充分條件，故鈉鋁比的增加會(huì)延緩水泥凝結(jié)。砂漿強(qiáng)度隨鈉鋁比增大而有所降低，其原因也主要是因?yàn)樯赦}礬石量的減少，使得硬化水泥砂漿的早期強(qiáng)度有所下降。

2.2速凝劑的性能試驗(yàn)

分析測(cè)試速凝劑對(duì)基準(zhǔn)水泥凝結(jié)時(shí)間和砂漿強(qiáng)度的影響，并針對(duì)多種水泥進(jìn)行與水泥相容性的研究。試驗(yàn)結(jié)果如表 4、5 所示。

表4　速凝劑的基本性能

表5　速凝劑與水泥的相容性

由表 4 可以看出，使用基準(zhǔn)水泥對(duì)速凝劑性能進(jìn)行評(píng)價(jià)試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)采用相同摻量時(shí)，自制新型復(fù)合液體速凝劑比市售樣品性能優(yōu)越，摻量為 4% 時(shí)，市售樣品已不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而自制速凝劑仍屬于合格品。從水泥凝結(jié)時(shí)間和砂漿抗壓強(qiáng)度兩方面綜合比較，自制新型復(fù)合液體速凝劑性能更為優(yōu)越。

由表 5 可知，該速凝劑與水泥相容性良好，均能使水泥在標(biāo)準(zhǔn)要求的時(shí)間內(nèi)凝結(jié)，同時(shí)該速凝劑對(duì)水泥砂漿強(qiáng)度也不會(huì)造成嚴(yán)重的損害，不僅能產(chǎn)生早強(qiáng)的作用，而還能有效地保持后期強(qiáng)度。之所以會(huì)有這種效果，主要是因?yàn)樵撍倌齽┙M分并未含有有害離子，只引入了適量的鈉、鋁相，在活性鋁相組分的作用下，水泥會(huì)與鋁離子發(fā)生反應(yīng)生成鈣礬石，鈣礬石的生成不僅能使水泥 快速凝結(jié)，而且還能起到早強(qiáng)的作用。

3　結(jié)論

（1）試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，鈉鋁比對(duì)速凝劑性能影響尤為顯著，特別是對(duì)速凝劑穩(wěn)定性更是起到?jīng)Q定性作用，該型速凝劑最佳鈉鋁比為 1.55∶1。

（2）新型液體速凝劑性能優(yōu)越，當(dāng)摻量為 5.6% 時(shí)，能使水泥凝結(jié)時(shí)間和砂漿抗壓強(qiáng)度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）新型速凝劑與不同水泥有良好的相容性。

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［通訊地址］北京市海淀區(qū)學(xué)院路丁 11 號(hào)(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化環(huán)學(xué)院（100083）

A Research of composite liquid accelerating agent

Zhang Shuxiong, Liang Dingcheng, Wang Dongmin
(Research Institution of Concrete and Environmental Materials, China University of Mining & Technology, Beijing 100083)

A type of composite liquid accelerator was synthesized using Al(OH)3, NaOH and Na2SiO3, and the performance of accelerator was evaluated from the setting time of cement andthe strength of mortar block. The results show that the initial setting time and final setting time of the standard cement added with 5.6% accelerating agent are remarkably shortened to 2min50s and 6min30s respectively, and its 1d flexural strength and compressive strength reaches 2.92MPa and 10.0MPa respectively.

Liquid Accelerator; Setting Time; Flexural Strength; Compression Strength

張述雄， 男，研究生，混凝土與環(huán)境材料研究所。