一種新型的無堿速凝劑的研制

鄧 磊 蔣 禹 沈建榮 刁立柱

（貴州科之杰新材料有限公司，貴州 龍里 551206）

近年來，隨著國內(nèi)現(xiàn)代化建設的推進，高速公路及高速鐵路的修建規(guī)模日趨擴大。橋梁，隧道等工程項目也隨處可見。我國是一個多山區(qū)的發(fā)展中國家，現(xiàn)代化建設進程中隧道工程的施工質(zhì)量極為重要。這類工程需要使用一種快速凝結的特殊混凝土，即噴射混凝土。它是將水泥、砂、一定粒徑的石子及速凝劑按一定比例拌合后，裝入噴射機高速噴射至作業(yè)面上施工的混凝土。一定程度上，速凝劑的好壞決定了噴射混凝土的強度及耐久性，是噴射混凝土中必不可少的一種外加劑組分。目前，市場上速凝劑大多含有堿金屬離子，由于堿含量較高，速凝的同時也產(chǎn)生了許多負面的影響，如對人體腐蝕性強，后期強度損失大等缺點[1]。

為了降低堿含量，確保噴射混凝土的良好施工性能，速凝劑向低堿及無堿的方向發(fā)展。無堿速凝劑，其最常用的原材料為硫酸鋁，硫酸鋁本身不含堿金屬離子，對水泥水化又有良好的促進作用，已成為傳統(tǒng)堿金屬離子的良好替代物。然而，硫酸鋁參與反應也存在諸多問題，如鋁離子易水解，其合成的速凝劑不穩(wěn)定；硫酸鋁溶解性有限，高濃度的速凝劑不易合成。

針對以上問題，本文采用硫酸鋁、甲基丙烯酸、三乙醇胺及水合成一種50固含量的新型無堿速凝劑，很好的解決了速凝劑在實際工程應用中存在的問題。

1 實驗

1.1 實驗原材料

無水硫酸鋁：900元/噸，廣東齊力士石油化工有限公司；甲基丙烯酸，6900元/噸，泰州市江平油化有限公司；三乙醇胺，9600元/噸，鄭州福特化工產(chǎn)品有限公司；

水泥：西南 P.O 42.5 水泥，海螺 P.O 42.5 水泥。

1.2 無堿速凝劑的合成

向1000ml的四口燒瓶中加入無水硫酸鋁40g，水160g，緩慢升溫，硫酸鋁緩慢溶解；50ml的燒杯中加入甲基丙烯酸+水=16g+20g，計作A組分；50ml的燒杯中加入三乙醇胺+水=24g+20g，計作B組分。待溫度恒定在45℃時，開始滴加A、B兩組分，A組分滴加60h，B組分滴加90min，待兩組分滴加完成后，恒溫1h，得粉紅色無堿速凝劑Point-SN（III）。

1.3 實驗部分

以下實驗均以市場上效果最好使用最普遍的山西某公司生產(chǎn)的50%固含量的無堿速凝劑ZXSN作對比試驗。

1.3.1 凝結時間的測定

按照JC 477-2005《噴射混凝土用速凝劑》中的規(guī)定測定樣品凝結時間。其中水灰比為0.40，外加劑摻量7.0%。

1.3.2 砂漿性能實驗

將Point-SN（III）與市售山西某公司生產(chǎn)的等固含無堿速凝劑ZXSN作砂漿對比試驗，測定其28d抗壓強度比。參照TB 10424-2010《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準》進行砂漿性能實驗，砂漿配比見表1。

表1 砂漿實驗配合比（kg/m3）

2 討論

2.1 速凝劑性能測試

采用市售山西某公司產(chǎn)品ZXSN作標樣，使用海螺P.O 42.5 水泥和西南 P.O 42.5 水泥進行凝結時間和 28d抗壓強度對比。等摻量進行速凝劑的性能測定，具體結果見表2所示。

表2 速凝劑性能對比實驗

從表2可看出，兩種速凝劑pH均偏中性，且在兩種水泥中凝結時間及28d抗壓強度比均符合鐵路混凝土施工性能的要求。Point-SN（III）pH值低于山西公司生產(chǎn)的ZXSN系速凝劑，在P.O 42.5海螺水泥中應用效果比西南水泥好，初凝時間為2min40s，終凝時間4min27s，28d抗壓強度比達到80%，與同摻量的的ZXSN速凝劑相比，性能較好。

2.2 速凝劑成本對比

表3 速凝劑成本對比

從表3可進行兩種速凝劑價格的對比：按照Point-SN（III）的最佳反應配比，硫酸鋁：甲基丙烯酸：三乙醇胺：水=40：4：6：50進行生產(chǎn)，Point-SN（III）原材料成本費1213.5元/噸，加上生產(chǎn)管理費最終售價為1513.5元/噸，較ZXSN系速凝劑便宜300多元/噸，具有較高的性價比。

3 結語

1）本文采用硫酸鋁、甲基丙烯酸、三乙醇胺及水在45℃合成一種新型的無堿速凝劑Point-SN（III）。研究發(fā)現(xiàn)，合成該無堿速凝劑的原材料用量配比為，硫酸鋁：甲基丙烯酸：三乙醇胺：水=40：4：6：50。

2）Point-SN（III）均能適應西南 P.O 42.5 水泥和海螺 P.O 42.5 水泥，尤其在海螺 P.O 42.5 水泥中速凝效果較好，7%摻量初凝時間2min40s，終凝時間4min27s，符合鐵路工程施工質(zhì)量要求。

3）Point-SN（III）與市場上同類型速凝劑相比，單價便宜300多元，具有明顯性價比，宜工業(yè)化生產(chǎn)應用。