新一代高性能无碱液态速凝剂的研制与应用

王朝友，惠海涛

（中铁一局集团，陕西 西安 710054）

新一代高性能无碱液态速凝剂的研制与应用

王朝友，惠海涛

（中铁一局集团，陕西 西安 710054）

本文介绍了 HT-WL 无碱液体速凝剂的制备工艺及性能特点，研究了其与不同地区、不同品牌水泥的适应性，并对比了其与萘系减水剂及与聚羧酸减水剂的适应性。HT-WL 无碱液体速凝剂制备工艺简单，与各种水泥及减水剂之间均有很好的适应性，发展前景广阔。

无碱速凝剂；研制；应用

0 前言

速凝剂是一种能使混凝土快速硬化的外加剂，是喷射混凝土不可缺少的外加剂之一。广泛应于地下工程、矿山工程、引水工程、隧道工程、堤坝护坡加固及抢险工程等。传统的速凝剂主要分为粉状速凝剂和液态速凝剂。通过水解得到的强碱加速水泥水化速度并激发水泥中混合材料的活性，从而加速混凝土快速硬化。其大多适用于干喷施工工艺，其喷射质量难以得到保证，且粉尘量和回弹量均大，在质量控制、环境保护和职业健康要求更高的今天，干喷法已属于淘汰的落后施工工艺了。近年来湿喷混凝土工艺由于质量有保证、回弹量低、不至于严重破坏施工环境及提高施工效率等优点逐步取代传统的干喷工艺。目前市场上常用的液体速凝剂包括硅酸钠、铝酸钠为主的碱性或低碱性液体速凝剂。高碱性速凝剂和碱金属发生反应产生大量刺鼻的气味对施工人员的身体伤害大，且强碱特性极易导致碱骨料反应造成混凝土强度降低，并导致混凝土开裂。其中碱性速凝剂掺入混凝土后，会使混凝土的后期强度明显降低，抗渗等级下降。

本产品研发目的就是开发一种无碱液体速凝剂，拓宽速凝剂的适应性，既能满足湿喷混凝土的速凝要求，又能实现绿色环保无污染的施工环境，在保证喷射混凝土质量稳定的同时，还能大大提高喷射混凝土的后期强度及抗渗等级。

1 HT-WL 无碱液体速凝剂的制备

1.1 原材料

本产品主要采用硫酸铝，其它成分包括络合剂、有效增强剂、pH 调节剂及有机胺等。

1.2 制备工艺

首先将 40g 硫酸铝融入一定量的水中，然后在水浴或者油浴加热条件下加热，缓慢加入 5g 有机胺和 5g 的络合物形成剂。然后在 70～80℃ 条件下反应 3 小时，随后加入适量的有机增强剂搅拌均匀。降温后得淡绿色透明液体即为无碱液体速凝剂。该产品含固量 50%、密度为 1.4g/cm³、pH 值3.2。

1.3 性能

由于本产品大量引入了三价的铝离子和硫酸根离子，由于硫酸根离子和铝离子与水泥原有的铝酸三钙及石膏共同反应成二水石膏和钙矾石晶体，产生大量网状结构的钙矾石并放出水化热，使混凝土浆体在短时间内快速凝结。

1.4 性能试验

1.4.1 试验方法

掺速凝剂的砂浆凝结时间和强度根据 JC 477—2005《喷射混凝土用速凝剂》进行检测，未掺速凝剂的水泥砂浆强度按照 GB/T 17671—1999《水泥胶砂检测法（ISO 法）》进行检测。

1.4.2 试验结果与影响

以基准水泥为胶凝材料性能试验结果见表1。

由表1 可以看出 HT-WL 液态无碱速凝剂掺量大于 5% 能满足 JC 477—2005《喷射混凝土用速凝剂》标准中的合格品要求（初凝时间≤5min、终凝时间≤12min，1d 抗压强度大于6.0MPa，28d 抗压强度比大于 70%），随着掺量的增大，水泥净浆的凝结时间明显缩短，且 1d 抗压强度值和 28d 抗压强度比能满足 JC 477—2005《喷射混凝土用速凝剂》一等品要求。本产品为无碱环保产品，无氯无碱砂浆早期强度只能增加胶凝材料掺量才能满足一等品指标。

表1 HT-WL 液态无碱速凝剂的掺量对水泥凝结时间的影响

2 有机胺作为早强剂对本产品的影响

考虑到传统的无机类早强剂大部分是以碱性盐为主，对混凝土的早期强度有大大的提高，但是随着碱含量的增加会对混凝土的耐久性产生负面影响，因此在本产品生产中使用有机胺替代了传统的无机类早强剂。有机胺能加速水泥的水化，是一种水性催化剂，在本产品里面也是一种络合剂。有机胺含量对速凝剂的稳定性和凝结时间影响见表2。

表2 有机胺含量对速凝剂的稳定性和凝结时间的影响

3 高分子增稠剂对本产品的性能影响

传统的高碱液体速凝剂在喷射混凝土中由于回弹量比较高，造成极大的浪费，本产品结合施工现场需求通过试验在本产品里引入一定量的高分子增黏成分提高液体速凝剂的粘聚力。通过试验表明最佳引入量为 2% 时，可大大降低喷射混凝土回弹率，增加一次性喷射层厚度。

4 适应性

4.1 与不同区域、不同品种的水泥适应性

考察 HT-WL 液态无碱速凝剂与不同品种水泥的适应性，试验结果见表3。

从表3 中可以看到，本产品对以上品种水泥有着良好的适应性，能够使不同品牌不同区域普通硅酸盐水泥凝结时间且强度满足 JC 477—2005《喷射混凝土用速凝剂》标准要求。本产品对不同水泥凝结时间和强度存在一些差异，也是因为水泥里的掺合料不同所致。在实际应用中，喷射混凝土的具体施工可根据水泥品种的不同调整速凝剂掺量来达到最佳效果。

表3 HT-WL 液态无碱速凝剂掺量在 6% 时不同水泥的凝结时间变化

4.2 与萘系减水剂及聚羧酸减水剂的适应性

由于施工的需要，需同时使用速凝剂和高效减水剂，在湿喷工艺中由于对混凝土的水灰比要求一般控制在 0.4 左右，坍落度一般控制在 80～120mm，坍落度一个小时的保留值符合规范要求，因此在配合比设计时需要加入一定量的高效减水剂来满足施工要求。通过实验，对传统的萘系减水剂及 PC聚羧酸减水剂的适应性分析，如表4、表5 所示。

由表4、表5 可以看出来，HT-WL 液态无碱速凝剂和高效减水剂复合使用时，适当调整水灰比和速凝剂的掺量都可以使速凝剂符合 JC 477—2005《喷射混凝土用速凝剂》标准要求。由于隧道施工在山区没有充分的原材，利用就地取材，可能会用到机制砂，本身机制砂石粉含量大，导致了混凝土的胶凝材料增多，使混凝土浆体增大影响喷射混凝土的凝结时间。这对外加剂的适应性提出了很高的要求，通过实验 HT-WL 液态无碱速凝剂可以很好地适应材料的变化，可以通过调整配合比达到湿喷的最佳效果。

表4 HT-WL 液态无碱速凝剂与传统萘系减水剂适应性

表5 HT-WL 液态无碱速凝剂与PC 聚羧酸减水剂的适应性

5 结论

HT-WL 液态无碱速凝剂中所用的有机胺是一种很理想的早强物质，虽然促凝效果不是很明显，但是有利于砂浆1天的强度增长，而且对产品的整体稳定性起到一定的作用。其效果受制备工艺、湿喷工艺、水胶比、混凝土配合比、试验温度及水泥质量的较大影响，不同的速凝剂掺入量都能满足 JC-477—2005《喷射混凝土用速凝剂》标准要求的凝结时间和强度。本产品随着掺量的增大，主要性能指标能达到或超过国内外同类产品，湿喷回弹能控制在 5%～10%，是目前国内市场理想的更新换代产品，有很广阔的市场前景。

[1] 唐明，邱晴，王博．现代混凝土外加剂及掺合料[M]．沈阳：东北大学出版社，1999.6．

[2] 程良奎．喷射混凝土[M]．北京：中国建筑工业出版社，1990．

[3] JC477—2005．喷射混凝土及外加剂[S]．

[4] 程建坤．液体无碱速凝剂合成与研究[D]．南京：南京工业大学，2005．

［通讯地址］西安市雁塔北路 1 号（710054）

王朝友（1977—），辽宁建昌人，毕业于长安大学材料学院。