两种不同体系无碱液体速凝剂的性能研究

竹鹏翔 潘月欠 潘智江 宋振发1山西黄腾化工有限公司（04405） 山西众诺和建材有限公司（04405]）山西荣诚建材检测有限公司（04405）

0 引言

速凝剂在我国工程建设中用量巨大。主要用于高铁、地铁、高速公路等隧道修建。与传统干法喷射混凝土工艺相比较，湿法喷射混凝土具有施工效率高、施工环境污染小、回弹率低等优点，正逐步取代传统的干法喷射混凝土工艺。湿法喷射混凝土中采用的速凝剂为液体，目前我国市场上的液体速凝剂有两种：一种是有碱速凝剂，一种是无碱速凝剂。有碱速凝剂具有长期储存稳定性良好、掺量低、适应性好等优点，但因其碱含量高（有的产品达20%以上），对人体腐蚀性极大；混凝土收缩大，后期强度损失较大（28 d强度损失达30%左右）。而无碱液体速凝剂解决了传统速凝剂碱含量高的问题，降低了喷射混凝土发生碱集料反应的可能性，掺无碱液体速凝剂混凝土28 d抗压强度比可达90%以上。此外，无碱液体速凝剂无腐蚀性，施工环境友好，对施工人员伤害小。因此，无碱液体速凝剂取代碱性速凝剂是大势所趋。与碱性液体速凝剂相比，无碱液体速凝剂使混凝土后期强度得到了提升，但与空白混凝土相比，掺无碱液体速凝剂混凝土后期强度还会有不同程度下降。未来无碱速凝剂终将代替有碱速凝剂。文章通过氢氟酸体系与硫酸铝盐+醇胺体系的分析对比，探讨无碱液体速凝剂的发展方向。

1 试验部分

1.1 原材料

硫酸铝：三氧化二铝≥16%；氢氟酸：含量≥40%；氢氧化铝：三氧化二铝≥64%；硫酸镁；氟化钠；氟硅酸镁；氟硅酸钠；三乙醇胺；调节剂；悬浮剂等。所有原材料均为工业级。

1.2 试验仪器

恒温水浴锅；温度计；可调速搅拌装置；四口烧瓶；四氟反应装置；电子天平；酸度计等。

1.3 合成工艺

1）用氢氟酸、氢氧化铝、硫酸铝、氟化钠、三乙醇胺等在常温条件下合成一种淡黄色透明无碱液体速凝剂，记为1＃。（合成过程中，有大量刺激性白色烟气冒出，污染环境。）

2）用硫酸铝、硫酸镁、氟硅酸钠、氟硅酸镁、悬浮剂、调节剂、三乙醇胺等在60℃～70℃条件下合成一种乳白色无碱液体速凝剂，记为2＃（合成全过程无三废排出，对环境友好）。

1.4 检测方法

两种无碱液体速凝剂均按照GB/T 35159—2017《喷射混凝土用速凝剂》检测。

表1 匀质性指标检测结果

图1 不同时间的稳定性

1）由上图和表1可见，两种不同体系的无碱液体速凝剂的匀质性指标均符合国家标准，1＃氢氟酸体系的两项指标（碱含量、pH值）达到标准值的极限。

2）凝结时间试验选用9种水泥进行检测，除基准水泥外，其他8种均取自工程一线的P·O42.5水泥，速凝剂掺量统一为8%。

表2 净浆凝结时间检测结果

表3 砂浆强度对比试验结果

由表2、表3可知：

1#样虽然凝结时间短，但1 d强度很低,用其拌制的不同水泥砂浆1 d强度无一满足GB/T 35159—2017《喷射混凝土用速凝剂》要求。

2#样的初凝、终凝时间虽然都比1#样长，但都能满足标准要求，只有极个别水泥初、终凝时间接近标准极限值。砂浆试块1 d抗压强度、28 d抗压强度比均满足标准要求。

2 结论

通过两种不同方法制备的不同体系的无碱液体速凝剂的对比，得出如下结论：

1）氢氟酸体系的无碱液体速凝剂凝结时间短但是强度低，且生产原料氢氟酸具有强烈的刺激性与腐蚀性，严重伤害人的皮肤和骨骼。

2）氢氟酸体系的无碱液体速凝剂在生产过程中产生大量有毒的白色烟气，不仅严重危害工人的生命安全，还会对环境造成严重污染，在当前严峻的环保形势下，如不能探索出安全环保的生产工艺并有效地解决生产过程中的安全和排污问题，必将被市场所淘汰。

3）硫酸铝盐+醇胺体系无碱液体速凝剂的凝结时间合适、黏度较小；混凝土后期强度损失小；碱含量很低，不易产生碱骨料反应与碱收缩；但适应性较差，有时会出现凝结时间不合适的情况。总体来说，其性能优于氢氟酸体系的无碱液体速凝剂。

3 思考

3.1 掺量与稳定性

无碱液体速凝剂的掺量都比较大，要想降低掺量就必须提高硫酸铝的溶解度，但溶解过度的硫酸铝速凝剂的稳定性又会降低，这是当前急需解决的问题。

3.2 现场应用

检测合格的速凝剂在现场使用时又出现或多或少的问题，究其原因，大致有以下几点：

1）实验室检测采用固定的水灰比（W/C=0.35），然而现场采用固定的塌落度，湿拌法喷射混凝土塌落度应控制在不大于180 mm（TB 10424—2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》）。但现场工人为施工方便而采用200 mm塌落度，用水量的盲目增加使得实验室检测合格的速凝剂在现场出现凝结时间延长、回弹大等问题。

2）施工现场配置的喷射混凝土拌合物添加了一定量的缓凝剂和减水剂，有的施工方为了施工方便，在混凝土预拌时还会添加一些聚羧酸保坍剂，速凝剂与这些外加剂的适应性也是当前我们优先考虑的方向。

3）实际施工中搅拌站距离隧道和矿井现场较远，再加上混凝土运到现场后的等待喷射时间，使水泥产生一个“预水化”过程，影响速凝剂使用效果，造成回弹量大等问题。

4）不同水泥的标准稠度用水量不一致，需水量大的水泥，其检测合格，但现场回弹量大；需水量小的水泥，其检测可能不合格，不能在现场使用。

3.3 探讨方向

目前GB/T 35159—2017《喷射混凝土用速凝剂》中，只对碱含量、氯离子的值做了明确限量，氢氟酸体系的无碱液体速凝剂中的F-对混凝土的耐久性的影响也是巨大的，除了对环境造成污染，还会影响喷射混凝土的耐久性，寻找出安全可靠的原材料生产性价比高的无碱液体速凝剂，是我们应该研究和探讨的方向。