一种复合液体速凝剂的研究

张述雄，梁鼎成，王栋民

（中国矿业大学（北京）混凝土与环境材料研究所，北京　10083）

一种复合液体速凝剂的研究

张述雄，梁鼎成，王栋民

（中国矿业大学（北京）混凝土与环境材料研究所，北京10083）

本文试验中 Al(OH)3、NaOH、Na2SiO3等合成了一种铝酸盐型改性复合液体速凝剂，并对其性能进行了评估。试验表明，速凝剂掺量为 5.6% 时，基准水泥初凝时间缩短至 2min50s，终凝时间为 6min30s；1d 抗折强度为 2.9MPa，1d 抗压强度为 10.0MPa，28d 抗压保留率为 94%。另外还探究了钠铝比对速凝剂性能的影响规律和速凝剂与不同水泥的相容性。

液体速凝剂；凝结时间；抗折强度；抗压强度

速凝剂是一种能够加快水泥或混凝土凝结和硬化速度的调节剂，也称促凝剂[1，2]。作为湿法喷射混凝土中最重要的化学外加剂，速凝剂的使用使得喷射料迅速凝结，从而增加一次性喷射厚度，减少回弹，降低粉尘污染，提高混凝土的早期强度，以便满足一些特殊工程的需要。现已广泛应用于地下工程、矿山工程、堤坝边坡加固、堵漏及抢险等工程[3]。就其发展来看，早期速凝剂主要由铝酸盐、碳酸盐等组成，多为粉体速凝剂，常被称为传统速凝剂。传统速凝剂存在碱含量过高、料浆粘聚性差、硬化浆体后期强度损失大和扬尘大，污染环境[4]等诸多问题。鉴于此，近年来国内外许多科研工作者做了大量的工作来克服传统速凝剂的缺陷，并取得了许多有价值的成果。其中，无碱液态速凝剂是当前主流研究方向之一。我国在速凝剂研究方面起步比较晚，尤其是无碱液态速凝剂的研究还不成熟[5，6]，不仅存在施工过程中放热量过大的工程技术问题，而且其掺量高、价格昂贵，故不利于大量推广应用[7，8，9]。综上可知，在目前实际工程应用中，传统速凝剂和无碱液态速凝剂都存在较大的使用问题。因此，在目前的发展水平前提下，研制速凝、低掺量、综合性能优良、价格合理的新型复合液态速凝剂就有着非常重要的现实意义。

1　试验

1.1原材料

水泥：试验选用基准水泥来检测速凝剂作用性能，并选用瑞丰 P•O 42.5，石林 P•O 42.5，定华 P•O 32.5 三种水泥考察速凝剂的相容性。基准水泥化学成分见表 1。

表1　水泥的化学成分分析　　　　　　%

砂：ISO 标准砂，满足 ISO 679 要求。

化学试剂：所用化学试剂如表 2 所示。

表2　化学试剂

1.2试验方法

（1）合成方法：先将一定量 NaOH 溶于水中，待其完全溶解后加入 Al(OH)3，钠铝比为 1.55∶1。升温至 85℃，搅拌使其反应，直至得到澄清液为止，历时约 3h。然后降至 30℃进行改性试验，利用蠕动泵以 3.2g/min 的速率滴加 Na2SiO3水溶液，在滴加的同时较快速搅拌，最终得澄清液体速凝剂。改性试验历时约 30min。

（2）物理性能测试方法：掺速凝剂的水泥净浆凝结时间和砂浆强度按照 JC 477—2005《喷射混凝土用速凝剂》进行测试；未掺速凝剂的水泥砂浆强度按照 GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》进行测试。

2　结果与讨论

2.1钠铝比对速凝剂性能的影响

所制备的速凝剂的促凝性能和稳定性都与体系中钠铝比（摩尔比）有直接的关系，故试验过程中探究了不同钠铝比对速凝剂的影响规律，试验结果如表 3 所示。

表3　钠铝比（摩尔比）对速凝剂的影响

由表 3 可知，钠铝比对速凝剂性能有显著的影响，尤其是对速凝剂稳定性。其原因主要是 Al(OH)3性质很不稳定，极易形成白色沉淀，影响体系稳定。另外，随着钠铝比的增加，水泥凝结时间和砂浆强度均受到不同程度的影响，水泥凝结时间随钠铝比的增加而增加，其主要原因是速凝剂中铝相组分减少，从而导致水泥与速凝剂作用生成钙矾石量的减少，而钙矾石的生成则是水泥能快速凝结的充分条件，故钠铝比的增加会延缓水泥凝结。砂浆强度随钠铝比增大而有所降低，其原因也主要是因为生成钙矾石量的减少，使得硬化水泥砂浆的早期强度有所下降。

2.2速凝剂的性能试验

分析测试速凝剂对基准水泥凝结时间和砂浆强度的影响，并针对多种水泥进行与水泥相容性的研究。试验结果如表 4、5 所示。

表4　速凝剂的基本性能

表5　速凝剂与水泥的相容性

由表 4 可以看出，使用基准水泥对速凝剂性能进行评价试验时，当采用相同掺量时，自制新型复合液体速凝剂比市售样品性能优越，掺量为 4% 时，市售样品已不能满足标准要求，而自制速凝剂仍属于合格品。从水泥凝结时间和砂浆抗压强度两方面综合比较，自制新型复合液体速凝剂性能更为优越。

由表 5 可知，该速凝剂与水泥相容性良好，均能使水泥在标准要求的时间内凝结，同时该速凝剂对水泥砂浆强度也不会造成严重的损害，不仅能产生早强的作用，而还能有效地保持后期强度。之所以会有这种效果，主要是因为该速凝剂组分并未含有有害离子，只引入了适量的钠、铝相，在活性铝相组分的作用下，水泥会与铝离子发生反应生成钙矾石，钙矾石的生成不仅能使水泥 快速凝结，而且还能起到早强的作用。

3　结论

（1）试验研究发现，钠铝比对速凝剂性能影响尤为显著，特别是对速凝剂稳定性更是起到决定性作用，该型速凝剂最佳钠铝比为 1.55∶1。

（2）新型液体速凝剂性能优越，当掺量为 5.6% 时，能使水泥凝结时间和砂浆抗压强度均满足标准要求。

（3）新型速凝剂与不同水泥有良好的相容性。

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［通讯地址］北京市海淀区学院路丁 11 号(中国矿业大学(北京)化环学院（100083）

A Research of composite liquid accelerating agent

Zhang Shuxiong, Liang Dingcheng, Wang Dongmin
(Research Institution of Concrete and Environmental Materials, China University of Mining & Technology, Beijing 100083)

A type of composite liquid accelerator was synthesized using Al(OH)3, NaOH and Na2SiO3, and the performance of accelerator was evaluated from the setting time of cement andthe strength of mortar block. The results show that the initial setting time and final setting time of the standard cement added with 5.6% accelerating agent are remarkably shortened to 2min50s and 6min30s respectively, and its 1d flexural strength and compressive strength reaches 2.92MPa and 10.0MPa respectively.

Liquid Accelerator; Setting Time; Flexural Strength; Compression Strength

张述雄， 男，研究生，混凝土与环境材料研究所。