無堿液體速凝劑的性能研究

鄭義文（貴州省建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院　貴州貴陽　550000）

無堿液體速凝劑的性能研究

鄭義文
（貴州省建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院貴州貴陽550000）

無論是從速凝效果、強度損失還是從噴射方法、長期耐久性方面考慮，速凝劑今后都應向新型高性能的無堿液態(tài)方向發(fā)展。本文重點就無堿液體速凝劑的性能，結(jié)合具體試驗進行了研究。

無堿液體；速凝劑；性能研究

引言

液體無堿（低堿）速凝劑也顯現(xiàn)出產(chǎn)品貯存期短、凝結(jié)時間長的問題。產(chǎn)品貯存期短，表現(xiàn)在正常施工溫度范圍內(nèi)（5～35℃），產(chǎn)品在生產(chǎn)后1個月左右出現(xiàn)分層沉淀或析晶現(xiàn)象；凝結(jié)時間長意味著要達到一定的速凝效果需提高速凝劑的摻量，這大大增加了使用成本。本試驗探索優(yōu)化液體速凝劑合成關(guān)鍵工藝參數(shù)，如反應溫度、攪拌速度、反應時間等，目標是在保證凝結(jié)時間合格的前提下提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

1　無堿液體速凝劑的

根據(jù)已有的文獻資料報道，關(guān)于無堿速凝劑的研究目前還比較薄弱，研究報道并不多，關(guān)于液體無堿速凝劑的速凝機理探討很不系統(tǒng)。目前對無堿速凝劑速凝機理的探討一般僅針對加入某一種無堿速凝劑產(chǎn)品后的水泥試樣水化1h，1d和28d進行了物相分析及微觀結(jié)構(gòu)分析，而對終凝后的水泥試樣的物相及微觀結(jié)構(gòu)分析以及單一組分對水泥試樣的速凝機理探討甚少。由于水泥凝結(jié)硬化過程本身的復雜性以及速凝劑種類多且組成成分不單一，目前速凝劑的速凝機理還不確定，存在分歧較多。因此有必要對單一的無堿速凝組分對水泥的早期促凝作用機理進行深入研究。在前人的研究基礎(chǔ)上，本文從組成無堿速凝劑的速凝組分著手，研究單一速凝組分對水泥及水泥熟料水化的作用機理。一方面進一步完善了速凝劑添加情況下水泥硬化理論，另一方面也將為新型速凝劑的推廣應用提供理論依據(jù)，為新一代高效無堿速凝劑的研制提供一些科學依據(jù)。

2　試驗方法

2.1穩(wěn)定性試驗

采用酸度計（F-20A，北京屹源電子儀器科技公司）測試合成液體速凝劑樣品的pH值，為初始pH-i。樣品合成后靜置24h使雜質(zhì)沉淀，然后取出部分樣品取放置于透明的樣品瓶中，置于溫度為（20±2）℃的環(huán)境下密封貯存，每天定時肉眼觀測一次樣品中溶液的狀態(tài)，記錄溶液的澄清度和顏色變化、沉淀分層情況。定義以液體底部沉淀層厚度達5mm，或液體分層后上部清液層厚度達5mm定為失穩(wěn)狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)樣品到達失穩(wěn)狀態(tài)時，立即采用酸度計再次測定溶液的pH值，為pH-f。從樣品合成完畢到剛出現(xiàn)失穩(wěn)狀態(tài)所經(jīng)歷的時間（以天數(shù)記）即為該樣品的穩(wěn)定期。用穩(wěn)定期和pH值的變化量（ΔpH=pH-f-pH-i。）來表征穩(wěn)定性。穩(wěn)定期越長，pH值變化量越小，說明樣品穩(wěn)定性越好。

2.2凝結(jié)時間試驗

初凝時間和終凝時間是速凝劑基本的性能指標，《噴射混凝土用速凝劑》（JC477-2005）標準對該項指標的技術(shù)要求見表1。樣品合成后靜置24h，參照《噴射混凝土用速凝劑》（JC477-2005）標準進行凈漿凝結(jié)時間測試。水泥使用的是曲阜中聯(lián)P·I42.5，速凝劑摻量為水泥質(zhì)量的6%。

表1　摻速凝劑凈漿凝結(jié)時間指標要求

2.3XRD試驗

取少量析晶或沉淀分層后的樣品置于布氏漏斗上，開通真空泵進行真空抽濾，濾干后用去離子水洗滌樣品，再進行真空抽濾，重復3次后，所得濾餅置于溫度為60℃的真空干燥箱內(nèi)干燥24h，將干燥后的濾餅研磨成粉末狀，用X射線衍射儀（日本理學Dmax-ⅢA型X射線衍射儀）進行分析。

3　試驗結(jié)果

3.1攪拌速度對產(chǎn)品穩(wěn)定性和凝結(jié)時間的影響

恒定反應溫度T=55℃，保溫時間t=1h，改變合成反應的攪拌速度v，測試合成產(chǎn)品的凝結(jié)時間、穩(wěn)定期以及pH的變化，以評估攪拌速度對產(chǎn)品穩(wěn)定性和凝結(jié)時間的影響，測試結(jié)果見表2。

表2　攪拌速度對LAFA性能的影響

試驗發(fā)現(xiàn)，對于本體系配合比而言，當攪拌速度超過200r/min時，攪拌會使溶液產(chǎn)生氣泡，冷卻后氣泡處出現(xiàn)結(jié)塊，嚴重影響穩(wěn)定性。由表3得出，所制備速凝劑穩(wěn)定期均較短，最多只能穩(wěn)定15d，分層樣品的pH值相比于合成結(jié)束時均有所降低，降低的幅度在1.02～1.07之間。從凝結(jié)時間看，低速攪拌下（<200r/min）的凝結(jié)時間都能滿足JC477的要求；而高速攪拌（≥200r/min）下初凝和終凝時間都有所延長。綜合穩(wěn)定性、凝結(jié)時間和生產(chǎn)效率看，攪拌速度控制在不超過150r/min為宜。

3.2反應溫度T對穩(wěn)定性和凝結(jié)時間的影響

選定保溫時間t=1h，攪拌速度v=150r/min，改變合成反應的溫度T，研究反應溫度對產(chǎn)品穩(wěn)定性和凝結(jié)時間的影響，測試結(jié)果見表3。

表3　反應溫度對速凝劑穩(wěn)定性的影響

由表3可知，合成反應溫度越高，最終速凝劑產(chǎn)品的穩(wěn)定性趨于變差。試驗過程發(fā)現(xiàn)，45℃、55℃下合成的樣品早期沉淀不明顯，隨著時間的延長，溶液出現(xiàn)析晶，對于65℃、75℃、85℃、95℃下合成的樣品，前幾天出現(xiàn)輕微沉淀，而后期沉淀很明顯，隨著時間的延長，沉淀全部聚沉，溶液上層析出清液。隨著合成溫度的升高，合成溶液pH值呈下降的趨勢，pH差值變化沒有明顯規(guī)律，差值最小的是75℃下合成的樣品，但其穩(wěn)定期僅為5d。對于凝結(jié)時間來說，不同溫度下合成的樣品凝結(jié)時間均能滿足國標的要求，且初凝時間相差不大，終凝時間相差較大，終凝時間最長的是65℃下的合成樣品，最短的是85℃下的合成樣品。綜合穩(wěn)定性、凝結(jié)時間和能耗，合成溫度控制為在55～65℃較為適宜。

3.3優(yōu)化合成液體速凝劑樣品性能

通過上述溫度、攪拌速度、保溫時間對速凝劑穩(wěn)定性與凝結(jié)時間影響規(guī)律的研究，得到優(yōu)化的關(guān)鍵工藝參數(shù)。按照這些優(yōu)化參數(shù)，并對其他工藝參數(shù)也進行優(yōu)化調(diào)整后，最后合成出液體速凝劑樣品U-LAFA，該樣品呈乳白色膠狀物，含固量49%，密度1.42g/cm3，pH值（2.20±0.10），按6%摻量摻入水泥凈漿時，凈漿初凝為4min，終凝為7.5min，凝結(jié)時間符合標準要求。在（20±2）℃下貯存期超過90d，長于文獻記錄中顯示的國內(nèi)外其他同類型產(chǎn)品的穩(wěn)定期。

4　結(jié)束語

從試驗結(jié)果看，攪拌速度對穩(wěn)定性的影響主要是高速攪拌會使稠狀液體起氣泡，由于稠狀液體黏度較大，以致冷卻后氣泡無法消除。氣泡對體系的影響可能是氣泡的存在降低了過飽和硫酸鋁溶液的成核勢壘，進而結(jié)晶，影響穩(wěn)定性的同時也影響凝結(jié)時間。合成溫度對穩(wěn)定性的影響是溫度越高，硫酸鋁溶解度增大，有利于形成過飽和溶液狀；另一方面，反應溫度越高越有利于鋁離子的水解，體系形成膠體狀。

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[2]朱文華，李宏祥，等.無堿速凝劑在溪洛渡水電站的運用[J].水利水電技術(shù)，2011，42（7）：67～70.

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TU528.042

A

1673-0038（2015）06-0074-02

2014-12-26

鄭義文（1978-），回族，福建福州人，工程師，主要從事建材檢測方面的工作。