无碱液体速凝剂的性能研究

郑义文（贵州省建材产品质量监督检验院　贵州贵阳　550000）

无碱液体速凝剂的性能研究

郑义文
（贵州省建材产品质量监督检验院贵州贵阳550000）

无论是从速凝效果、强度损失还是从喷射方法、长期耐久性方面考虑，速凝剂今后都应向新型高性能的无碱液态方向发展。本文重点就无碱液体速凝剂的性能，结合具体试验进行了研究。

无碱液体；速凝剂；性能研究

引言

液体无碱（低碱）速凝剂也显现出产品贮存期短、凝结时间长的问题。产品贮存期短，表现在正常施工温度范围内（5～35℃），产品在生产后1个月左右出现分层沉淀或析晶现象；凝结时间长意味着要达到一定的速凝效果需提高速凝剂的掺量，这大大增加了使用成本。本试验探索优化液体速凝剂合成关键工艺参数，如反应温度、搅拌速度、反应时间等，目标是在保证凝结时间合格的前提下提高产品的稳定性。

1　无碱液体速凝剂的

根据已有的文献资料报道，关于无碱速凝剂的研究目前还比较薄弱，研究报道并不多，关于液体无碱速凝剂的速凝机理探讨很不系统。目前对无碱速凝剂速凝机理的探讨一般仅针对加入某一种无碱速凝剂产品后的水泥试样水化1h，1d和28d进行了物相分析及微观结构分析，而对终凝后的水泥试样的物相及微观结构分析以及单一组分对水泥试样的速凝机理探讨甚少。由于水泥凝结硬化过程本身的复杂性以及速凝剂种类多且组成成分不单一，目前速凝剂的速凝机理还不确定，存在分歧较多。因此有必要对单一的无碱速凝组分对水泥的早期促凝作用机理进行深入研究。在前人的研究基础上，本文从组成无碱速凝剂的速凝组分着手，研究单一速凝组分对水泥及水泥熟料水化的作用机理。一方面进一步完善了速凝剂添加情况下水泥硬化理论，另一方面也将为新型速凝剂的推广应用提供理论依据，为新一代高效无碱速凝剂的研制提供一些科学依据。

2　试验方法

2.1稳定性试验

采用酸度计（F-20A，北京屹源电子仪器科技公司）测试合成液体速凝剂样品的pH值，为初始pH-i。样品合成后静置24h使杂质沉淀，然后取出部分样品取放置于透明的样品瓶中，置于温度为（20±2）℃的环境下密封贮存，每天定时肉眼观测一次样品中溶液的状态，记录溶液的澄清度和颜色变化、沉淀分层情况。定义以液体底部沉淀层厚度达5mm，或液体分层后上部清液层厚度达5mm定为失稳状态。发现样品到达失稳状态时，立即采用酸度计再次测定溶液的pH值，为pH-f。从样品合成完毕到刚出现失稳状态所经历的时间（以天数记）即为该样品的稳定期。用稳定期和pH值的变化量（ΔpH=pH-f-pH-i。）来表征稳定性。稳定期越长，pH值变化量越小，说明样品稳定性越好。

2.2凝结时间试验

初凝时间和终凝时间是速凝剂基本的性能指标，《喷射混凝土用速凝剂》（JC477-2005）标准对该项指标的技术要求见表1。样品合成后静置24h，参照《喷射混凝土用速凝剂》（JC477-2005）标准进行净浆凝结时间测试。水泥使用的是曲阜中联P·I42.5，速凝剂掺量为水泥质量的6%。

表1　掺速凝剂净浆凝结时间指标要求

2.3XRD试验

取少量析晶或沉淀分层后的样品置于布氏漏斗上，开通真空泵进行真空抽滤，滤干后用去离子水洗涤样品，再进行真空抽滤，重复3次后，所得滤饼置于温度为60℃的真空干燥箱内干燥24h，将干燥后的滤饼研磨成粉末状，用X射线衍射仪（日本理学Dmax-ⅢA型X射线衍射仪）进行分析。

3　试验结果

3.1搅拌速度对产品稳定性和凝结时间的影响

恒定反应温度T=55℃，保温时间t=1h，改变合成反应的搅拌速度v，测试合成产品的凝结时间、稳定期以及pH的变化，以评估搅拌速度对产品稳定性和凝结时间的影响，测试结果见表2。

表2　搅拌速度对LAFA性能的影响

试验发现，对于本体系配合比而言，当搅拌速度超过200r/min时，搅拌会使溶液产生气泡，冷却后气泡处出现结块，严重影响稳定性。由表3得出，所制备速凝剂稳定期均较短，最多只能稳定15d，分层样品的pH值相比于合成结束时均有所降低，降低的幅度在1.02～1.07之间。从凝结时间看，低速搅拌下（<200r/min）的凝结时间都能满足JC477的要求；而高速搅拌（≥200r/min）下初凝和终凝时间都有所延长。综合稳定性、凝结时间和生产效率看，搅拌速度控制在不超过150r/min为宜。

3.2反应温度T对稳定性和凝结时间的影响

选定保温时间t=1h，搅拌速度v=150r/min，改变合成反应的温度T，研究反应温度对产品稳定性和凝结时间的影响，测试结果见表3。

表3　反应温度对速凝剂稳定性的影响

由表3可知，合成反应温度越高，最终速凝剂产品的稳定性趋于变差。试验过程发现，45℃、55℃下合成的样品早期沉淀不明显，随着时间的延长，溶液出现析晶，对于65℃、75℃、85℃、95℃下合成的样品，前几天出现轻微沉淀，而后期沉淀很明显，随着时间的延长，沉淀全部聚沉，溶液上层析出清液。随着合成温度的升高，合成溶液pH值呈下降的趋势，pH差值变化没有明显规律，差值最小的是75℃下合成的样品，但其稳定期仅为5d。对于凝结时间来说，不同温度下合成的样品凝结时间均能满足国标的要求，且初凝时间相差不大，终凝时间相差较大，终凝时间最长的是65℃下的合成样品，最短的是85℃下的合成样品。综合稳定性、凝结时间和能耗，合成温度控制为在55～65℃较为适宜。

3.3优化合成液体速凝剂样品性能

通过上述温度、搅拌速度、保温时间对速凝剂稳定性与凝结时间影响规律的研究，得到优化的关键工艺参数。按照这些优化参数，并对其他工艺参数也进行优化调整后，最后合成出液体速凝剂样品U-LAFA，该样品呈乳白色胶状物，含固量49%，密度1.42g/cm3，pH值（2.20±0.10），按6%掺量掺入水泥净浆时，净浆初凝为4min，终凝为7.5min，凝结时间符合标准要求。在（20±2）℃下贮存期超过90d，长于文献记录中显示的国内外其他同类型产品的稳定期。

4　结束语

从试验结果看，搅拌速度对稳定性的影响主要是高速搅拌会使稠状液体起气泡，由于稠状液体黏度较大，以致冷却后气泡无法消除。气泡对体系的影响可能是气泡的存在降低了过饱和硫酸铝溶液的成核势垒，进而结晶，影响稳定性的同时也影响凝结时间。合成温度对稳定性的影响是温度越高，硫酸铝溶解度增大，有利于形成过饱和溶液状；另一方面，反应温度越高越有利于铝离子的水解，体系形成胶体状。

[1]刘晨，龙世宗，等.混凝土速凝剂机理新探[J].建筑材料学报，2000，3 （2）：175～181.

[2]朱文华，李宏祥，等.无碱速凝剂在溪洛渡水电站的运用[J].水利水电技术，2011，42（7）：67～70.

[3]马强，张乐，等.ANS无碱液体速凝剂的研制与应用[J].科技创新导报，2012（29）：60～61.

TU528.042

A

1673-0038（2015）06-0074-02

2014-12-26

郑义文（1978-），回族，福建福州人，工程师，主要从事建材检测方面的工作。