水溫對混凝土速凝劑的凝結時間及強度的影響

劉育成 劉自蓮

(昆明理工大學土木工程學院，云南昆明 650500)

影響噴射混凝土凝結時間的因素很多，除與速凝劑本身成分、摻量和性能有關外，還取決于下列因素:1)水泥的品種;2)水灰比;3)水泥風化程度;4)水溫度。噴射混凝土的施工現場氣候條件千變萬化，不同季節的水溫，環境溫度千差萬別。而施工單位送到實驗室檢測的樣品是在試驗規程規定的環境溫度和水溫條件下進行試驗的，但在施工現場為了按時完成工期進度，施工單位會根據不同季節，不同地理環境條件下的水溫增減混凝土速凝劑的用量，以滿足施工要求。因此想通過試驗來說明水溫對混凝土速凝劑凝結時間和抗壓強度的影響，為在施工中使用混凝土速凝劑提供合理依據。

1 原材料與試驗方法

1．1 原材科

1)水泥:云南國資開遠水泥股份有限公司昆明分公司生產的P．O42．5級普通硅酸鹽水泥。其物理性能檢測數據見表1。2)速凝劑:昆明國森工程材料有限公司生產的GS速凝劑，產家推薦的摻量是4%。3)砂:(ISO)標準砂。4)水:自來水。

表1 P．O42．5級普通硅酸鹽水泥各項物理性能檢測結果

1．2 GS速凝劑基本性質的檢測

根據噴射混凝土用速凝劑JC 477-2005試驗規范對GS速凝劑的基本性質進行檢測，速凝劑摻量為4%。檢測時實驗室室溫20．2℃，相對濕度62%，試驗水溫20℃，試驗結果見表2。

表2 GS速凝劑及對照組檢測結果

根據試驗結果與噴射混凝土JC 477-2005試驗規范相比較，GS速凝劑滿足試驗規范的要求。

2 試驗

試驗方法按照JC 477-2005噴射混凝土中所規定的方法進行。試驗設備和儀器采用GB/T 17671-1999(水泥膠砂強度檢驗方法《ISO法》)中規定的設備和儀器。在試驗中只對GS速凝劑的摻量和拌合用水的水溫進行改變，討論不同條件下凝結時間和強度的變化。

2．1 GS速凝劑物理性質試驗

GS速凝劑凝結時間的試驗:水泥用量:400 g;加水量:160 mL;GS速凝劑摻量見表3。

表3 GS速凝劑用量(一)

GS速凝劑抗壓強度的試驗:水泥用量:900 g;標準砂用量:1 350 g;加水量:450 mL;GS速凝劑摻量見表4。

表4 GS速凝劑用量(二)

2．2 實驗結果對比

不同GS速凝劑摻量、不同拌合水溫的凝結時間和抗壓強度各項物理性能檢測結果見表5。

表5 凝結時間和抗壓強度各項物理性能檢測結果

3 試驗結果分析

3．1 速凝劑摻量、拌合水溫對凝結時間的影響

圖1 速凝劑摻量及水溫對初凝時間的影響

如圖1，圖2所示，速凝劑四個不同摻量在不同的拌合水溫下，對水泥試件的凝結時間有著不同程度的影響。在拌合用水為10℃時，速凝劑摻量2%，3%，4%的凝結時間均超出行業規范的要求，速凝劑摻量6%時的初凝時間達到行業規范的要求，但終凝時間則超出行業規范，均屬不合格，如表5所示。在拌合用水為10℃時試驗中，速凝劑摻量2%時，水泥凈漿試件成型后試件的表面會泌出一層水膜，這與不摻速凝劑的水泥凈漿試件成型后的情況很相似，只是消失的時間要快一些。這也說明隨著水溫降低，速凝劑對水泥的水化速度影響非常大，水泥的凝結時間被明顯的被延長了。摻速凝劑凈漿及硬化砂漿的性能要求見表6。

圖2 速凝劑摻量及水溫對終凝時間的影響

表6 摻速凝劑凈漿及硬化砂漿的性能要求

在20℃拌合用水的試驗中，速凝劑摻量在3%，4%，6%的三組試驗中，初凝時間和終凝時間都符合行業規范的規定，速凝劑摻量在2%的水泥試件的凝結時間達不到行業規范的要求，并且與其他三個摻量的凝結時間有很大的差距，如表5所示。這還是說明速凝劑摻量太低時也不會因為拌合水溫升高而能滿足規范要求，也就是速凝劑的摻量必須是一個合理的范圍。

30℃拌合水的試驗中，如圖1，圖2所示，速凝劑摻量2%的水泥試件的凝結時間仍然達不到行業規范的要求。速凝劑摻量在3%的初凝時間雖達到行業規范一等品的要求，但終凝時間只能達到行業規范合格品的要求。速凝劑摻量在4%，6%的時候初凝時間最快，經過多次試驗測定均低于60 s。這種情況對施工會產生很大影響，如:反彈率會大幅的增加。

3．2 速凝劑摻量、拌合水溫對抗壓強度的影響

如圖3，圖4所示，在10℃拌合水的試驗中，4個速凝劑摻量的1 d抗壓強度都達到行業規范規定的一等品的抗壓強度等級。速凝劑摻量2%的1 d抗壓強度值比速凝劑摻量3%，4%，6%的抗壓強度值分別低12．4%，17．0%，20%，而28 d的抗壓強度值又比3%，4%，6%速凝劑摻量的抗壓強度值分別高8．0%，10．7%，15%。這說明因速凝劑只摻了2%的摻量，凝結時間慢，水泥水化的速度減慢。但在28 d抗壓強度值中，速凝劑摻量2%的試件組，因速凝劑摻量低，比其他兩組速凝劑摻量的水泥水化的充分一些，抗壓強度也相應地增加一些。盡管如此，在拌合水溫只有10℃時，4%，6%摻量的28 d抗壓強度值與對照組28 d抗壓強度值相比，未達到規范所要求的一級品的75%。2%摻量達到了一級品，3%摻量的達到合格品。在圖4中可看出速凝劑依次減少摻量，而28 d抗壓強度值則呈現依次遞增的趨勢。這說明在低水溫拌合時，增加速凝劑的摻量只能提高噴射混凝土的早期強度，而后期強度則有極大的損失。

在20℃拌合用水的抗壓強度試驗中，速凝劑摻量多的試件組的1 d抗壓強度值就高，四組摻量的水泥試件的抗壓強度值均達一等品的要求，只是速凝劑摻量在2%的抗壓強度最低，速凝劑摻量6%水泥試件的1 d抗壓強度值高出行業規范一等品要求的136%。圖3中說明在適合的拌合水溫水中，速凝劑摻量6%的水泥試件的1 d抗壓強度值最高。圖4中，拌合用水20℃時，速凝劑摻量2%的試件在28 d的抗壓強度值中高于其他三組速凝劑摻量的抗壓強度值，這與圖3中拌合用水水溫10℃時，28 d抗壓強度值的情況十分接近，在同一水溫的條件下，1 d的抗壓強度值與28 d的抗壓強度值在不同速凝劑摻量的情況下出現相反的情況。如表5所示，說明速凝劑摻量少時會影響噴射混凝土的早期強度，速凝劑摻量多時會影響噴射混凝土后期的強度。這是因為水泥在水化過程中，水化速度因速凝劑摻量的多少而加快或減慢，水化物(鈣礬石)的數量或增加或減少而造成的。

圖3 速凝劑摻量及水溫對1 d強度的影響

圖4 速凝劑摻量及水溫對28 d強度的影響

如圖3，圖4所示，在30℃拌合用水的試驗中，4個速凝劑摻量在1 d抗壓強度試驗時，1 d的抗壓強度值仍然是:速凝劑摻量高，抗壓強度就高。但在28 d的抗壓強度的試驗時，速凝劑摻量2%與速凝劑3%的抗壓強度值相差不多。但速凝劑摻量4%的抗壓強度下降的較多，只能達到對比試驗組抗壓強度的73%。摻量6%的28 d抗壓強度最低，只有對照組的60．4%的強度。

1)作為噴射混凝土的拌合用水在水溫10℃偏低時，對四種速凝劑摻量混凝土的凝結時間和抗壓強度都會有影響，尤其是速凝劑摻量不足的影響就會更加明顯。四個速凝劑摻量的終凝時間均不合格，說明在低溫條件下施工，會影響到噴射混凝土的凝結時間，進而影響到施工質量。對噴頂的施工就更加突出，混凝土會因凝結時間過長，強度增強緩慢，與粘結面粘結強度不足而發生掉塊、下滑等。盡管抗壓強度達到規范的要求，但還是會因凝結時間太長，對大面積噴射混凝土施工質量造成不利的影響。2)作為噴射混凝土的拌合用水水溫30℃偏高時，對四種摻量的水泥試件的凝結時間和抗壓強度都會有影響。尤其是在低速凝劑摻量時，試件的初凝時間和終凝時間都達不到規范要求。高速凝劑摻量時，凝結時間過快。這些情況均會影響到噴射混凝土的現場施工。另外，水溫高對28 d水泥試件的抗壓強度也有降低的影響。3)在20℃拌合用水的試驗中，可以看到4%摻量無論是凝結時間還是抗壓強度的兩重要指標都達到行業規范一等品的要求。雖然28 d的抗壓強度值低于摻量2%和3%的強度值，但其他指標優于摻量2%和3%，6%的試件組。這說明噴射混凝土在施工中對水溫的要求比較苛刻。針對上述情況，施工單位在施工現場根據當地的施工實際條件和現場的氣候條件，選擇不同的速凝劑摻量，實際只能解決一時的問題，噴射混凝土的凝結時間可以解決，但噴射混凝土后期的強度就很難解決。這會涉及到生產安全及影響到之后的施工質量。

［1］吳一鵬．液體速凝劑試驗中的問題探討［J］．江蘇建筑，2009，130(sup):71-72．

［2］趙 蘇，郭興華，夏義兵，等．鋁酸鈉液體速凝劑性能及作用機理［J］．沈陽建筑大學學報，2009(11):16-18．

［3］武 萍，尚建麗，劉 北，等．液體速凝劑對水泥膠砂強度影響的試驗研究［J］．建筑科學，2007(5):54．

［4］楊仁樹，肖同社，劉 波，等．噴射混凝土的應用與發展［J］．中國礦業，2005(7):39-40．

［5］張正安，丁向群，潘 陽，等．液態無堿速凝劑性能及其作用機理［J］．混凝土，2011(1):101-102．

［6］陳文耀，李文偉．濕噴混凝土速凝劑選擇及配合比設計方案探討［J］．水科水電技術，2006(12):19．

［7］李 瓊，王子明，劉艷霞，等．SL型液體低堿速凝劑的速凝機理研究［J］．混凝土，2003(4):86-87．

［8］石 建，何水清．噴射混凝土速凝劑影響因素及應用［J］．混凝土，2003(4):99．

［9］林小濤．液體速凝劑凝結時間試驗及探討［J］．鐵道標準設計，2003(3):112-113．

［10］秦 廉，張 雄，張永娟．新型噴射混凝土用無堿液體速凝劑的研制與伏化［J］．西南科技大學學報，2007(12):28．

［11］葛北明．混凝土外加劑［M］．北京:化學工業出版社，2005．