噴射混凝土用無堿速凝劑的制備與性能研究

摘 要：本文介紹了一種液體無堿速凝劑的合成方法及技術(shù)性能，并研究了速凝劑摻量以及不同類型水泥、減水劑等因素對凝結(jié)時間和砂漿強度的影響。結(jié)果表明，合成的液體無堿速凝劑具有良好的水泥適應(yīng)性，可以保證水泥砂漿的早期和后期抗壓強度，發(fā)展前景良好。

關(guān)鍵詞：噴射混凝土;液體無堿速凝劑;應(yīng)用技術(shù)

The Preparation and Properties of Liquid Alkali-free

Accelerator in Sprayed Concrete

Bai Xiaocheng

Abstract：This paper introduces the synthesis method and technical properties of a liquid alkali-free accelerator，and studies the effects of accelerator admixture and different types of cement，superplasticizer and other factors on the setting time and mortar strength.All results show that the adaptability of liquid alkali-free accelerator is good，and it can guarantee the early and late compressive strength of cement mortar.This liquid alkali-free accelerator has a good development prospect.

Key words：Sprayed concrete;Liquid alkali-free accelerator;Applied technic

1 緒論

速凝劑作為噴射混凝土中重要的外加劑，能顯著縮短混凝土的凝結(jié)硬化時間，廣泛應(yīng)用于礦山、地下、隧道、引水、堵漏、堤壩護(hù)坡加固、礦井巷道支護(hù)等工程。該產(chǎn)品經(jīng)歷了早期堿性粉狀到近期高堿、低堿及無堿液體速凝劑。[1-3]干噴法噴射混凝土配合使用粉狀速凝劑，由于粉狀速凝劑與拌合料混合不均勻，計量不精確，施工中粉塵量很大，回彈也很大，嚴(yán)重污染周圍大氣，干噴法已屬于淘汰落后的施工工藝。近年來，液態(tài)速凝劑伴隨濕法噴射混凝土施工已經(jīng)迅速發(fā)展起來，濕噴工藝由于施工質(zhì)量有保證、效率高、回彈量低等優(yōu)點，正逐步取代傳統(tǒng)的干噴工藝。同時，高堿性速凝劑腐蝕性極強，對施工人員可造成很大的傷害，極易引起堿骨料反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致混凝土耐久性下降，后期強度損失嚴(yán)重，其28d抗壓強度保留率一般只有65%左右。[4]因此，具有堿含量低、適應(yīng)范圍廣、性能優(yōu)越的新型液體速凝劑已成首選。

本研究從速凝劑的基料著手，采用無機、有機復(fù)合的手段，合成了一種普通硅酸鹽水泥混凝土用無堿液體速凝劑（DM-S）。產(chǎn)品可以有效的增加混凝土的黏聚性，降低回彈量和粉塵量，減少凝結(jié)時間，保障噴射混凝土后期強度。

2 試驗

2.1 原材料

（1）水泥：基準(zhǔn)水泥、西南P·O42.5級水泥、紅獅P·O42.5級水泥、冀東P·O42.5級水泥、海螺P·O42.5級水泥。

（2）砂：ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。

（3）化學(xué)試劑：硫酸鋁、氫氧化鋁、氫氟酸、有機酸、有機醇胺、聚丙烯酰胺，均為市售AR試劑。速凝劑物料組成質(zhì)量比為45：8：22：0.1：0.2：0.1，余量為水。

（4）減水劑：萘系減水劑，聚羧酸系減水劑。

2.2 合成方法

按質(zhì)量比稱量各組分，在常溫下，先將氫氧化鋁緩慢加入到氫氟酸中，邊加邊攪拌，待放熱反應(yīng)完全后，得到氟化鋁溶液備用;接著將硫酸鋁加入水中，在65℃左右下攪拌使其全部溶解;隨后將氟化鋁溶液和硫酸鋁溶液混合、攪拌，并緩慢添加有機醇胺、有機酸、聚丙烯酰胺，攪拌直至形成均勻的液體即可。

本速凝劑外觀呈乳白色液體，密度為1.3～1.4g/cm3，具有良好的流動性和穩(wěn)定性，在實際應(yīng)用過程中，凝結(jié)快、摻量低、對普通硅酸鹽水泥具有良好的適應(yīng)性。

2.3 測試方法

（1）摻速凝劑的水泥凝結(jié)時間和水泥砂漿強度：按照GB/T 35159-2017《噴射混凝土用速凝劑》，各項性能指標(biāo)見表1：

（2）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》。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1不同速凝劑摻量的作用效果

以基準(zhǔn)水泥為膠凝材料，測定DM-S添加量與水泥凝結(jié)時間和強度的關(guān)系，結(jié)果見表2。

根據(jù)表2可知，DM-S促進(jìn)了水泥的水化進(jìn)程，凝結(jié)時間隨著摻量的增加而逐漸變短，當(dāng)其摻量大于5%時，凝結(jié)時間、1d抗壓強度和28d抗壓強度比均滿足表1中的要求，為合格品。當(dāng)DM-S用量從5%增加到7%時，終凝時間減小了8.9min，可見對終凝時間的影響更為顯著;從試驗結(jié)果還可看出，當(dāng)DM-S摻量在5%～8%時，1d抗壓強度均達(dá)到十幾個兆帕，28d抗壓強度比未損失且均大于100%，可以認(rèn)為DM-S在合適的用量范圍內(nèi)，能夠明顯增加砂漿的后期強度。綜合凝結(jié)時間、抗壓強度及經(jīng)濟因素考慮，取7%作為后續(xù)速凝劑試驗的摻量標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 速凝劑與水泥的適應(yīng)性

由于不同的水泥廠商生產(chǎn)水泥時所使用的原材料不同，礦物組成和化學(xué)成分也不盡相同，加之摻合料的品種繁多，可能會造成速凝劑與不同品種水泥存在適應(yīng)性問題。[5]因此，為研究DM-S與水泥之間的適應(yīng)性，選取幾種常用的噴射混凝土用普通硅酸鹽水泥進(jìn)行凝結(jié)時間和抗壓強度試驗，結(jié)果如表3所示。

由表3可看出，所列5種水泥的凝結(jié)時間和抗壓強度均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，DM-S不但對后期強度沒有破壞，反而少量的提高了砂漿的后期強度，其僅僅對紅獅水泥的適應(yīng)性稍差，造成這一現(xiàn)象的可能原因是該水泥的C3A/CaSO4值相對較小，但可通過適當(dāng)增加摻量解決。總之，DM-S與不同品種水泥之間的適應(yīng)性良好，有推廣價值。

3.3 速凝劑對減水劑的適應(yīng)性

在高性能噴射混凝土施工中往往需要摻加減水劑，作用是確保混凝土具有良好的流動性，還可以降低水灰比，提高混凝土強度及耐久性。然而，減水劑通常含有一些緩凝成分，對速凝劑的促凝效果會產(chǎn)生一定的影響，因此很有必要對DM-S與減水劑間的相容性進(jìn)行研究。

從表4可知，DM-S對萘系和聚羧酸系減水劑促凝效果的影響非常明顯。在水灰比為0.35，萘系摻量為0.8%，DM-S摻量為7%以及水灰比為0.35，聚羧酸系摻量為0.3%，DM-S摻量為7%這兩種情況下，凝結(jié)時間都不能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，但如果把水灰比降低到0.3或者將DM-S摻量增加到8%，9%時，兩者的凝結(jié)時間均能夠滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求;在相同水灰比的條件下，與只摻加了速凝劑相比，同時摻加減水劑和速凝劑可以顯著地提高砂漿1d的強度，28d強度也有一定的提高，原因是減水劑的靜電斥力和空間位阻共同效應(yīng)將水泥顆粒充分分散，速凝劑與水泥顆粒接觸的幾率大大增加，反應(yīng)形成的鈣礬石更加均勻地分布于漿體中，漿體更為密實，強度明顯提高。總之，在實際施工過程中，影響因素較多，為了使速凝劑和減水劑的復(fù)摻效果達(dá)到最佳，事先應(yīng)進(jìn)行試驗，通過增加速凝劑摻量或減小水灰比進(jìn)行調(diào)整，克服減水劑引起的緩凝作用，以確保速凝劑的速凝效果。

4 結(jié)語

本速凝劑為一種普通硅酸鹽水泥混凝土用液體無堿速凝劑，各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到GB/T35159-2017《噴射混凝土用速凝劑》中的要求，對水泥適應(yīng)性廣，性能優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于各種工程中。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯志新.拌和水的溫度對堿性速凝劑凝結(jié)時間的影響[J].科技風(fēng)，2018（2）：43+103.

[2]周偉玲，張建綱.液體無堿速凝劑的制備與應(yīng)用技術(shù)研究[J].混凝土與水泥制品，2009（3）：6-8.

[3]楊力遠(yuǎn)，田俊濤，胡小峰，楊藝博.新型無堿液體速凝劑的制備與性能研究[J].新型建筑材料，2017，44（5）：29-32+40.

[4]青義琢.混凝土速凝劑的研究成果與展望[J].云南冶金，1998，17（1）：16-20.

[5]尤啟俊，陸守穩(wěn).外加劑對幾種特殊水泥適應(yīng)性的解決措施.混凝土，2007（11）：110-111.

作者簡介：白曉成（1991-），男，陜西西安人，碩士，助理工程師，主要從事混凝土外加劑的研究。