一种新型无碱液体速凝剂的制备和性能研究

李崇智，樊德庆，章超

（北京建筑大学 土木与交通工程学院，北京 100044）

0 引言

速凝剂是喷射混凝土使用的外加剂。湿法喷射混凝土由于回弹量低，对施工环境污染小，施工效率较高所以正逐渐取代传统干法喷射混凝土。有碱速凝剂对施工人员身体的损伤较大，而且过量的碱金属离子引入极易使混凝土后期产生碱骨料反应，严重影响混凝土的后期抗压强度[1-2]。

无碱速凝剂因为能保证喷射混凝土后期的强度并且可以提高混凝土的抗渗性能，逐渐被应用[3-4]。液体无碱速凝剂的使用引入大量Al3+和SO42-，它们与水泥中的C3A、石膏迅速反应得到大量的钙矾石AFt，伴随着大量水化热使水泥浆体温度快速升高，促进C3S的水化，致使水泥浆体在短时间内凝结硬化。

速凝剂的掺量增加使得Al3+和SO42-数量增加，水泥早期水化产物钙矾石的量增加，液相中的Ca2+同时被大量消耗，大大促进了水泥的水化，凝结时间进一步缩短。本研究开发了一种新型无碱液体速凝剂ALQA-3，其在不同牌号的P·O42.5水泥中掺量为8%时，性能符合JC 477—2005《喷射混凝土用速凝剂》规定的合格品要求。

1 试验

1.1 原材料

（1）合成原材料

丙烯酸、HPEG聚醚大单体、过硫酸铵、α-氢氧化铝、十八水硫酸铝、三乙醇胺：均为分析纯。

（2）试验材料

砂：ISO 标准砂；水：自来水；水泥：基准水泥、P·O42.5 金盾水泥、P·O42.5冀东水泥、P·O42.5金隅水泥。

1.2 速凝剂的合成方法

（1）将20 g丙烯酸、100 gHPEG聚醚大单体大单体，400 g水加入2 L三口烧瓶中搅拌，加热至65℃投入1.0 g 20%的过硫酸铵，搅拌45 min后再加入30 g α-氢氧化铝，得到聚羧酸铝盐分散剂。

（2）分别取聚羧酸铝盐分散剂 0、125、250、375、500 g，加水稀释至500 g后，再加入750 g十八水硫酸铝，在65℃条件下保温搅拌2 h，再加入10 g三乙醇胺，保温搅拌30 min，自然冷却，得到淡黄色透明无碱液体速凝剂。

1.3 性能测试方法

速凝剂性能参照JC 477—2005《喷射混凝土用速凝剂》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 聚羧酸铝盐对速凝剂稳定性及速凝效果的影响

某些化学试剂掺量适当时，对硫酸铝系速凝剂的稳定性改善明显。把适量有机酸络合剂加入到过饱和硫酸铝溶液中，充分搅拌反应完全。试验探讨不同含量的聚羧酸铝盐对速凝剂稳定性和速凝效果的影响，试验时速凝剂掺量均为水泥质量的6%，净浆水灰比为0.4，试验结果见表1。

表1 聚羧酸铝盐含量对速凝剂的稳定性及速凝效果影响

由表1可见：

（1）随着聚羧酸铝盐含量增多，速凝剂的稳定性提高。这是由于有机酸络合剂增多，能络合更多铝离子，降低了铝离子的过饱和度，不易从溶液中结晶析出。

（2）水泥净浆的凝结时间随着聚羧酸铝盐含量增多，先缩短后延长，聚羧酸铝盐的最佳含量在29.8%～39.7%，凝结时间能够较好满足技术要求，并且速凝剂可以存放90 d以上无沉淀，保持了产品的均匀稳定性。可见，速凝剂ALQA-3能基本符合JC 477—2005要求。

2.2 速凝剂ALQA-3掺量对水泥性能的影响

速凝剂的掺量是喷射混凝土施工首先要确定的参数，关系到喷射混凝土的凝结时间、回弹量及早期强度等技术指标。采用基准水泥试验了不同掺量ALQA-3对水泥的影响，试验结果见表2。

表2 ALQA-3掺量对基准水泥性能的影响

由表2可见：速凝剂ALQA-3掺量为6%时，初凝时间为4 min30 s，终凝时间为12 min5 s，符合JC 477—2005标准规定的合格品要求；ALQA-3掺量达到8%以上时，全部满足初凝时间≤3 min、终凝时间≤8 min、1 d抗压强度≥7.0 MPa、28 d抗压强比≥75%，符合JC 477—2005标准规定的一等品要求。

2.3 速凝剂ALQA-3与不同水泥的适应性

选择3种不同品牌的P·O42.5水泥及基准水泥，掺入8%的速凝剂ALQA-3，测试ALQA-3对不同水泥的适应性，结果见表3。

表3 速凝剂ALQA-3对水泥的适应性试验结果

由表3可见，对比基准水泥，无碱液体速凝剂ALQA-3与不同品牌P·O42.5水泥的适应性良好。ALQA-3在不同种类水泥中使用时速凝效果有所不同，原因是不同种类水泥矿物的组成存在差异，所以在喷射混凝土施工前必须进行水泥适应性试验，确定最经济的掺量。

3 结论

（1）聚羧酸铝盐含量小于10%时，速凝剂的稳定性随聚羧酸铝盐含量增大而提高，但对于相同速凝剂掺量6%的情况，净浆的凝结时间先缩短后延长，聚羧酸铝盐的最佳含量为29.8%～39.7%。

（2）新型无碱液体速凝剂ALQA-3掺量为8%时，基准水泥的初凝时间为2 min 45 s、终凝时间7 min 30 s，1 d抗压强度达到12.4 MPa，28 d抗压强度比为113%，符合JC 477—2005规定的一等品技术要求。

（3）ALQA-3与不同种类的水泥适应性良好，在P·O42.5水泥中掺量为8%时，可以使水泥净浆的凝结时间及砂浆的抗压强度均符合JC 477—2005规定的合格品技术要求。