鋁酸鹽型堿性液體速凝劑的制備及性能

逄建軍，魏中原

（唐山市龍億科技開發(fā)有限公司，河北 唐山 063000）

鋁酸鹽型堿性液體速凝劑的制備及性能

逄建軍，魏中原

（唐山市龍億科技開發(fā)有限公司，河北 唐山 063000）

本文采用氫氧化鈉和氫氧化鋁制備出了鋁酸鹽型堿性液體速凝劑，探討了反應(yīng)濃度、氫氧化鈉與氫氧化鋁摩爾比、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)其穩(wěn)定性、凝結(jié)時(shí)間、1d 抗壓強(qiáng)度和 28d 抗壓強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)反應(yīng)濃度為 65%、反應(yīng)溫度為85℃、反應(yīng)時(shí)間為 3h、鈉鋁摩爾比為 1.35 時(shí)，其穩(wěn)定時(shí)間可達(dá) 100d；當(dāng)摻量為 5% 時(shí)，水泥的初凝時(shí)間為 2min25s，終凝時(shí)間為 4min05s，1d 抗壓強(qiáng)度為 10.2MPa，28d 抗壓強(qiáng)度比為 76%；各項(xiàng)性能均符合 JC 477—2005的要求。

鋁酸鹽堿性速凝劑；凝結(jié)時(shí)間；抗壓強(qiáng)度

速凝劑是一種能促進(jìn)水泥或混凝土快速凝結(jié)的化學(xué)外加劑，在井巷、隧道等工程錨噴支護(hù)以及堵漏和搶修工程中得到廣泛應(yīng)用。速凝劑種類繁多，根據(jù)速凝劑的性質(zhì)和狀態(tài)，大致可以分為堿性粉狀、無堿粉狀、堿性液態(tài)和無堿液態(tài)四大類[1,2]。衡量速凝劑優(yōu)劣的性能指標(biāo)主要包括：速凝劑本身性質(zhì)和穩(wěn)定性，混凝土的凝結(jié)時(shí)間、早期強(qiáng)度、后期強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性、耐久性基本性能，以及速凝劑的分散均勻性、揚(yáng)塵、噴射回彈率和應(yīng)用毒性等噴射作業(yè)特性[3]。目前我國速凝劑存在液體穩(wěn)定性差、腐蝕性強(qiáng)、混凝土后期強(qiáng)度低、混凝土耐久性差、回彈量高、粉塵大和堿性高等缺點(diǎn)[4]。

因此從耐久性和工作狀態(tài)方面考慮，無堿液態(tài)速凝劑是主流方向，但我國無堿液體速凝劑的研究起步較晚，存在其摻量高、價(jià)格昂貴、穩(wěn)定性差、早期強(qiáng)度偏低等缺陷，故不利于大量推廣應(yīng)用[5,6]。因此，結(jié)合目前實(shí)際工程應(yīng)用情況，發(fā)現(xiàn)研制低摻量速凝、穩(wěn)定性好、綜合性能優(yōu)良、價(jià)格合理的液態(tài)速凝劑就有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用基準(zhǔn)水泥測定其速凝劑凝結(jié)時(shí)間、1d 強(qiáng)度和28d 抗壓強(qiáng)度比等相關(guān)性能。

砂子：ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂；氫氧化鋁，工業(yè)級(jí)，淄博韓錦；氫氧化鈉（96%），工業(yè)級(jí)，臨沂海星。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 合成方法

稱取一定量的 NaOH 和 Al(OH)3置于有機(jī)械攪拌合回流裝置的 500mL 的三口燒瓶中，加入部分去離子水，升溫至一定溫度，攪拌一段時(shí)間使其反應(yīng)，直至得到澄清液為止。降溫出料，即為鋁酸鹽型堿性液體速凝劑。其反應(yīng)過程主要是：

NaOH + Al(OH)3→ NaAlO2＋2H2O

1.2.2 檢測方法

沉淀量測試方法：將反應(yīng)結(jié)束后的液體速凝劑通過定性濾紙常壓過濾，并用去離子水洗干凈，然后將其放入溫度為85℃ 的鼓風(fēng)干燥箱中干燥 3h 后，測其粉體物質(zhì)的重量 m1，氫氧化鈉和氫氧化鋁總質(zhì)量為 m0，則沉淀量

w= m1/m0×100%

摻速凝劑的水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間和砂漿強(qiáng)度均按照 JC 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》進(jìn)行測試，其要求見表 1所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)濃度對(duì)鋁酸鹽型堿性液體速凝劑性能的影響

依據(jù)參考文獻(xiàn) [7]，暫定氫氧化鈉與氫氧化鋁的摩爾比為1.55，設(shè)定反應(yīng)溫度為 85℃、反應(yīng)時(shí)間為 4h，探討其反應(yīng)濃度（氫氧化鈉與氫氧化鋁質(zhì)量之和與總質(zhì)量之比）對(duì)其速凝劑基本性能的影響，其結(jié)果見表 2。表2中的沉淀量數(shù)據(jù)是在反應(yīng)結(jié)束后就立即稱取而得。由表2可知，隨著堿性液體速凝劑的反應(yīng)體系濃度的提高，反應(yīng)結(jié)束后的沉淀量是逐漸減少的，并且沉淀量主要成分是未反應(yīng)掉的氫氧化鋁，即反應(yīng)體系反應(yīng)濃度直接影響氫氧化鋁的轉(zhuǎn)化率，并且當(dāng)反應(yīng)體系濃度為 40%、攪拌時(shí)間為 10h 時(shí)，其沉淀量也并未降低。因此基本可確定高溫反應(yīng)體系的反應(yīng)濃度在 60%～70% 之間，既可以使之反應(yīng)產(chǎn)物沒有沉淀，又可使速凝劑體系穩(wěn)定。

表1　混凝土速凝劑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表2　反應(yīng)濃度對(duì)速凝劑沉淀量的影響

2.2 氫氧化鈉與氫氧化鋁摩爾比對(duì)鋁酸鹽型堿性液體速凝劑性能的影響

在控制反應(yīng)濃度為 65%、反應(yīng)溫度為 85℃、反應(yīng)時(shí)間為 3h 時(shí)，探討氫氧化鈉和氫氧化鋁摩爾比（1.1:1；1.25:1；1.35:1；1.5:1；1.7:1）對(duì)速凝劑的基本性能的影響。各摩爾比對(duì)速凝劑穩(wěn)定性的影響結(jié)果見表 3。由表3可知，隨著氫氧化鈉與氫氧化鋁摩爾比的提高，其穩(wěn)定時(shí)間也是逐漸增加的。

表3　反應(yīng)摩爾比對(duì)速凝劑穩(wěn)定性能的影響

不同氫氧化鈉與氫氧化鋁摩爾比制備出的速凝劑，在摻量為 5% 時(shí)，其對(duì)基準(zhǔn)水泥的凝結(jié)時(shí)間、1d 抗壓強(qiáng)度和 28d抗壓強(qiáng)度比的影響見表 4。由表4可知，隨著氫氧化鈉與氫氧化鋁摩爾比的提高，其凝結(jié)時(shí)間是逐漸延長的，當(dāng)摩爾比超過 1.5:1 時(shí)，其初凝時(shí)間已經(jīng)超過速凝劑一等品要求。通過對(duì)強(qiáng)度的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)摩爾比越大，堿含量越大，強(qiáng)度會(huì)越小，當(dāng)摩爾比為 1.35:1 時(shí)，其凝結(jié)時(shí)間、1d 抗壓強(qiáng)度和 28d抗壓強(qiáng)度比均達(dá)到 JC 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》中一等品的要求。并且發(fā)現(xiàn)，其摩爾比是決定速凝劑產(chǎn)品是否合格的主要影響因素。因此確定氫氧化鈉與氫氧化鋁的摩爾比為 1.35:1。

2.3 反應(yīng)時(shí)間和溫度對(duì)鋁酸鹽型堿性液體速凝劑性能的影響

當(dāng)氫氧化鈉和氫氧化鋁的摩爾比為 1.35:1、反應(yīng)濃度為65% 時(shí)，探討反應(yīng)時(shí)間（2h、3h、4h）和反應(yīng)溫度（70℃、85℃、100℃）對(duì)速凝劑出料沉淀量、凝結(jié)時(shí)間（摻量5%）、1d 抗壓強(qiáng)度的相關(guān)性能影響，其結(jié)果見表 5。由表 5可以看出，隨著反應(yīng)溫度的提高和反應(yīng)時(shí)間的延長，其出料沉淀量是逐漸減少的，當(dāng)反應(yīng)溫度為 70℃、攪拌時(shí)間為 4h時(shí)，仍然有沉淀。當(dāng)反應(yīng)溫度為 100℃、反應(yīng)時(shí)間為 2h 時(shí)，就無沉淀。因此本著節(jié)能減排的要求，將其反應(yīng)溫度定為85℃，攪拌時(shí)間為 3h，所制備的速凝劑各項(xiàng)性能達(dá)標(biāo)。

表4　反應(yīng)摩爾比對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度性能的影響

表5　反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)鋁酸鹽型堿性液體速凝劑性能的影響

3 結(jié)論

當(dāng)反應(yīng)體系濃度為 65%～70%、反應(yīng)溫度為 85℃ 以上、攪拌時(shí)間為 3h、鈉鋁摩爾比為 1.35:1 時(shí)，制備出的鋁酸鹽型堿性液體速凝劑的穩(wěn)定性良好，出料沉淀量為 0%，穩(wěn)定時(shí)間可達(dá) 100d，摻量為 5% 時(shí)初凝時(shí)間為 2min25s，終凝時(shí)間為4min5s，1d 抗壓強(qiáng)度為 10.2MPa，28d 抗壓強(qiáng)度比為 76%。均符合 JC 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》各項(xiàng)要求。

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[2] 李瓊，王子明，劉艷春，等．SL 型液體低堿速凝劑的速凝機(jī)理研究[J]．混凝土，2003(4): 28-30．

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[7] 張述雄，梁鼎成，王棟民．一種復(fù)合液體速凝劑的研究[J].商品混凝土，2015(3): 41-42．

［通訊地址］河北省唐山市豐潤區(qū)小張各莊鎮(zhèn)（063000）

The synthesisand proprety of aluminate type of alkaline accelerator

Pang Jianjun, Wei Zhongyuan
(Tangshan Longyi Technology Development limitedcompany,Tangshan, Hebei 063000)

In this paper, aluminate type of alkaline accelerator was synthesised by using sodium hydroxide and aluminium hydroxide, and the influenced of reaction concentration, molar ratio of sodium hydroxide and aluminium hydroxide, time and temperature for stability, setting-time, 1d compression strength and the ratio of 28d compression strength were studied. It was found that, when the reaction concentration was 65%, reaction temperature was 85℃, reaction time was 3h, the molar ratio of sodium hydroxide and aluminium hydroxide was 1.35, the accelerator would not have sediment for 100d, and when the dosage was 5%, initial setting-time was 2min25s, final setting-time was 4min05s, 1d compression strength was 10.2MPa, the ratio of 28d compression strength was 76%. All the performance of the aluminate type of alkaline accelerator meets the requirement of JC 477-2005.

aluminate type alkaline accelerator; setting time; compression strength

逄建軍（1990—），男，工程師，主要從事水泥、混凝土添加劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的研究。