一種復合液體速凝劑的研究

張述雄，梁鼎成，王棟民

（中國礦業大學（北京）混凝土與環境材料研究所，北京　10083）

一種復合液體速凝劑的研究

張述雄，梁鼎成，王棟民

（中國礦業大學（北京）混凝土與環境材料研究所，北京10083）

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

液體速凝劑；凝結時間；抗折強度；抗壓強度

速凝劑是一種能夠加快水泥或混凝土凝結和硬化速度的調節劑，也稱促凝劑[1，2]。作為濕法噴射混凝土中最重要的化學外加劑，速凝劑的使用使得噴射料迅速凝結，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度，以便滿足一些特殊工程的需要。現已廣泛應用于地下工程、礦山工程、堤壩邊坡加固、堵漏及搶險等工程[3]。就其發展來看，早期速凝劑主要由鋁酸鹽、碳酸鹽等組成，多為粉體速凝劑，常被稱為傳統速凝劑。傳統速凝劑存在堿含量過高、料漿粘聚性差、硬化漿體后期強度損失大和揚塵大，污染環境[4]等諸多問題。鑒于此，近年來國內外許多科研工作者做了大量的工作來克服傳統速凝劑的缺陷，并取得了許多有價值的成果。其中，無堿液態速凝劑是當前主流研究方向之一。我國在速凝劑研究方面起步比較晚，尤其是無堿液態速凝劑的研究還不成熟[5，6]，不僅存在施工過程中放熱量過大的工程技術問題，而且其摻量高、價格昂貴，故不利于大量推廣應用[7，8，9]。綜上可知，在目前實際工程應用中，傳統速凝劑和無堿液態速凝劑都存在較大的使用問題。因此，在目前的發展水平前提下，研制速凝、低摻量、綜合性能優良、價格合理的新型復合液態速凝劑就有著非常重要的現實意義。

1　試驗

1.1原材料

水泥：試驗選用基準水泥來檢測速凝劑作用性能，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。基準水泥化學成分見表 1。

表1　水泥的化學成分分析　　　　　　%

砂：ISO 標準砂，滿足 ISO 679 要求。

化學試劑：所用化學試劑如表 2 所示。

表2　化學試劑

1.2試驗方法

（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，直至得到澄清液為止，歷時約 3h。然后降至 30℃進行改性試驗，利用蠕動泵以 3.2g/min 的速率滴加 Na2SiO3水溶液，在滴加的同時較快速攪拌，最終得澄清液體速凝劑。改性試驗歷時約 30min。

（2）物理性能測試方法：摻速凝劑的水泥凈漿凝結時間和砂漿強度按照 JC 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》進行測試；未摻速凝劑的水泥砂漿強度按照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》進行測試。

2　結果與討論

2.1鈉鋁比對速凝劑性能的影響

所制備的速凝劑的促凝性能和穩定性都與體系中鈉鋁比（摩爾比）有直接的關系，故試驗過程中探究了不同鈉鋁比對速凝劑的影響規律，試驗結果如表 3 所示。

表3　鈉鋁比（摩爾比）對速凝劑的影響

由表 3 可知，鈉鋁比對速凝劑性能有顯著的影響，尤其是對速凝劑穩定性。其原因主要是 Al(OH)3性質很不穩定，極易形成白色沉淀，影響體系穩定。另外，隨著鈉鋁比的增加，水泥凝結時間和砂漿強度均受到不同程度的影響，水泥凝結時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的充分條件，故鈉鋁比的增加會延緩水泥凝結。砂漿強度隨鈉鋁比增大而有所降低，其原因也主要是因為生成鈣礬石量的減少，使得硬化水泥砂漿的早期強度有所下降。

2.2速凝劑的性能試驗

分析測試速凝劑對基準水泥凝結時間和砂漿強度的影響，并針對多種水泥進行與水泥相容性的研究。試驗結果如表 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，使用基準水泥對速凝劑性能進行評價試驗時，當采用相同摻量時，自制新型復合液體速凝劑比市售樣品性能優越，摻量為 4% 時，市售樣品已不能滿足標準要求，而自制速凝劑仍屬于合格品。從水泥凝結時間和砂漿抗壓強度兩方面綜合比較，自制新型復合液體速凝劑性能更為優越。

由表 5 可知，該速凝劑與水泥相容性良好，均能使水泥在標準要求的時間內凝結，同時該速凝劑對水泥砂漿強度也不會造成嚴重的損害，不僅能產生早強的作用，而還能有效地保持后期強度。之所以會有這種效果，主要是因為該速凝劑組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，水泥會與鋁離子發生反應生成鈣礬石，鈣礬石的生成不僅能使水泥 快速凝結，而且還能起到早強的作用。

3　結論

（1）試驗研究發現，鈉鋁比對速凝劑性能影響尤為顯著，特別是對速凝劑穩定性更是起到決定性作用，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越，當摻量為 5.6% 時，能使水泥凝結時間和砂漿抗壓強度均滿足標準要求。

（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］北京市海淀區學院路丁 11 號(中國礦業大學(北京)化環學院（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，混凝土與環境材料研究所。