鋁酸鹽型堿性液體速凝劑的制備及性能

逄建軍，魏中原

（唐山市龍億科技開發有限公司，河北 唐山 063000）

鋁酸鹽型堿性液體速凝劑的制備及性能

逄建軍，魏中原

（唐山市龍億科技開發有限公司，河北 唐山 063000）

本文采用氫氧化鈉和氫氧化鋁制備出了鋁酸鹽型堿性液體速凝劑，探討了反應濃度、氫氧化鈉與氫氧化鋁摩爾比、反應時間和反應溫度對其穩定性、凝結時間、1d 抗壓強度和 28d 抗壓強度的影響。試驗發現：當反應濃度為 65%、反應溫度為85℃、反應時間為 3h、鈉鋁摩爾比為 1.35 時，其穩定時間可達 100d；當摻量為 5% 時，水泥的初凝時間為 2min25s，終凝時間為 4min05s，1d 抗壓強度為 10.2MPa，28d 抗壓強度比為 76%；各項性能均符合 JC 477—2005的要求。

鋁酸鹽堿性速凝劑；凝結時間；抗壓強度

速凝劑是一種能促進水泥或混凝土快速凝結的化學外加劑，在井巷、隧道等工程錨噴支護以及堵漏和搶修工程中得到廣泛應用。速凝劑種類繁多，根據速凝劑的性質和狀態，大致可以分為堿性粉狀、無堿粉狀、堿性液態和無堿液態四大類[1,2]。衡量速凝劑優劣的性能指標主要包括：速凝劑本身性質和穩定性，混凝土的凝結時間、早期強度、后期強度、體積穩定性、耐久性基本性能，以及速凝劑的分散均勻性、揚塵、噴射回彈率和應用毒性等噴射作業特性[3]。目前我國速凝劑存在液體穩定性差、腐蝕性強、混凝土后期強度低、混凝土耐久性差、回彈量高、粉塵大和堿性高等缺點[4]。

因此從耐久性和工作狀態方面考慮，無堿液態速凝劑是主流方向，但我國無堿液體速凝劑的研究起步較晚，存在其摻量高、價格昂貴、穩定性差、早期強度偏低等缺陷，故不利于大量推廣應用[5,6]。因此，結合目前實際工程應用情況，發現研制低摻量速凝、穩定性好、綜合性能優良、價格合理的液態速凝劑就有著非常重要的現實意義。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗采用基準水泥測定其速凝劑凝結時間、1d 強度和28d 抗壓強度比等相關性能。

砂子：ISO 標準砂；氫氧化鋁，工業級，淄博韓錦；氫氧化鈉（96%），工業級，臨沂海星。

1.2 試驗方法

1.2.1 合成方法

稱取一定量的 NaOH 和 Al(OH)3置于有機械攪拌合回流裝置的 500mL 的三口燒瓶中，加入部分去離子水，升溫至一定溫度，攪拌一段時間使其反應，直至得到澄清液為止。降溫出料，即為鋁酸鹽型堿性液體速凝劑。其反應過程主要是：

NaOH + Al(OH)3→ NaAlO2＋2H2O

1.2.2 檢測方法

沉淀量測試方法：將反應結束后的液體速凝劑通過定性濾紙常壓過濾，并用去離子水洗干凈，然后將其放入溫度為85℃ 的鼓風干燥箱中干燥 3h 后，測其粉體物質的重量 m1，氫氧化鈉和氫氧化鋁總質量為 m0，則沉淀量

w= m1/m0×100%

摻速凝劑的水泥凈漿凝結時間和砂漿強度均按照 JC 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》進行測試，其要求見表 1所示。

2 結果與討論

2.1 反應濃度對鋁酸鹽型堿性液體速凝劑性能的影響

依據參考文獻 [7]，暫定氫氧化鈉與氫氧化鋁的摩爾比為1.55，設定反應溫度為 85℃、反應時間為 4h，探討其反應濃度（氫氧化鈉與氫氧化鋁質量之和與總質量之比）對其速凝劑基本性能的影響，其結果見表 2。表2中的沉淀量數據是在反應結束后就立即稱取而得。由表2可知，隨著堿性液體速凝劑的反應體系濃度的提高，反應結束后的沉淀量是逐漸減少的，并且沉淀量主要成分是未反應掉的氫氧化鋁，即反應體系反應濃度直接影響氫氧化鋁的轉化率，并且當反應體系濃度為 40%、攪拌時間為 10h 時，其沉淀量也并未降低。因此基本可確定高溫反應體系的反應濃度在 60%～70% 之間，既可以使之反應產物沒有沉淀，又可使速凝劑體系穩定。

表1　混凝土速凝劑評價標準

表2　反應濃度對速凝劑沉淀量的影響

2.2 氫氧化鈉與氫氧化鋁摩爾比對鋁酸鹽型堿性液體速凝劑性能的影響

在控制反應濃度為 65%、反應溫度為 85℃、反應時間為 3h 時，探討氫氧化鈉和氫氧化鋁摩爾比（1.1:1；1.25:1；1.35:1；1.5:1；1.7:1）對速凝劑的基本性能的影響。各摩爾比對速凝劑穩定性的影響結果見表 3。由表3可知，隨著氫氧化鈉與氫氧化鋁摩爾比的提高，其穩定時間也是逐漸增加的。

表3　反應摩爾比對速凝劑穩定性能的影響

不同氫氧化鈉與氫氧化鋁摩爾比制備出的速凝劑，在摻量為 5% 時，其對基準水泥的凝結時間、1d 抗壓強度和 28d抗壓強度比的影響見表 4。由表4可知，隨著氫氧化鈉與氫氧化鋁摩爾比的提高，其凝結時間是逐漸延長的，當摩爾比超過 1.5:1 時，其初凝時間已經超過速凝劑一等品要求。通過對強度的試驗發現，反應摩爾比越大，堿含量越大，強度會越小，當摩爾比為 1.35:1 時，其凝結時間、1d 抗壓強度和 28d抗壓強度比均達到 JC 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》中一等品的要求。并且發現，其摩爾比是決定速凝劑產品是否合格的主要影響因素。因此確定氫氧化鈉與氫氧化鋁的摩爾比為 1.35:1。

2.3 反應時間和溫度對鋁酸鹽型堿性液體速凝劑性能的影響

當氫氧化鈉和氫氧化鋁的摩爾比為 1.35:1、反應濃度為65% 時，探討反應時間（2h、3h、4h）和反應溫度（70℃、85℃、100℃）對速凝劑出料沉淀量、凝結時間（摻量5%）、1d 抗壓強度的相關性能影響，其結果見表 5。由表 5可以看出，隨著反應溫度的提高和反應時間的延長，其出料沉淀量是逐漸減少的，當反應溫度為 70℃、攪拌時間為 4h時，仍然有沉淀。當反應溫度為 100℃、反應時間為 2h 時，就無沉淀。因此本著節能減排的要求，將其反應溫度定為85℃，攪拌時間為 3h，所制備的速凝劑各項性能達標。

表4　反應摩爾比對水泥凝結時間和強度性能的影響

表5　反應溫度和時間對鋁酸鹽型堿性液體速凝劑性能的影響

3 結論

當反應體系濃度為 65%～70%、反應溫度為 85℃ 以上、攪拌時間為 3h、鈉鋁摩爾比為 1.35:1 時，制備出的鋁酸鹽型堿性液體速凝劑的穩定性良好，出料沉淀量為 0%，穩定時間可達 100d，摻量為 5% 時初凝時間為 2min25s，終凝時間為4min5s，1d 抗壓強度為 10.2MPa，28d 抗壓強度比為 76%。均符合 JC 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》各項要求。

[1] 程建坤．無堿液態水泥速凝劑合成方法的研究[D]．南京：南京工業大學，2005．

[2] 李瓊，王子明，劉艷春，等．SL 型液體低堿速凝劑的速凝機理研究[J]．混凝土，2003(4): 28-30．

[3] 陳建奎．混凝土外加劑原理與應用（第二版）[M]．北京：中國計劃出版社．2004．

[4] 張冠倫，張云理．混凝土外加劑原理及應用技術[M]．上海：上海科學技術文獻出版社．1985: 109-115．

[5] T P Dinoia, P J Sandberg. Alkali-free shotcrete accelerator interactions with cement and admixtures[J]. More Engineering Developments, 2004: 137-144．

[6] 李學峰，張元繼，呂玉娥．無堿速凝劑在噴射混凝土中的推廣應用[J]．四川水利發電，2010,29(2): 37-41．

[7] 張述雄，梁鼎成，王棟民．一種復合液體速凝劑的研究[J].商品混凝土，2015(3): 41-42．

［通訊地址］河北省唐山市豐潤區小張各莊鎮（063000）

The synthesisand proprety of aluminate type of alkaline accelerator

Pang Jianjun, Wei Zhongyuan
(Tangshan Longyi Technology Development limitedcompany,Tangshan, Hebei 063000)

In this paper, aluminate type of alkaline accelerator was synthesised by using sodium hydroxide and aluminium hydroxide, and the influenced of reaction concentration, molar ratio of sodium hydroxide and aluminium hydroxide, time and temperature for stability, setting-time, 1d compression strength and the ratio of 28d compression strength were studied. It was found that, when the reaction concentration was 65%, reaction temperature was 85℃, reaction time was 3h, the molar ratio of sodium hydroxide and aluminium hydroxide was 1.35, the accelerator would not have sediment for 100d, and when the dosage was 5%, initial setting-time was 2min25s, final setting-time was 4min05s, 1d compression strength was 10.2MPa, the ratio of 28d compression strength was 76%. All the performance of the aluminate type of alkaline accelerator meets the requirement of JC 477-2005.

aluminate type alkaline accelerator; setting time; compression strength

逄建軍（1990—），男，工程師，主要從事水泥、混凝土添加劑的結構設計與優化的研究。