一種新型無堿液體速凝劑的制備和性能研究

李崇智，樊德慶，章超

（北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，北京 100044）

0 引言

速凝劑是噴射混凝土使用的外加劑。濕法噴射混凝土由于回彈量低，對施工環(huán)境污染小，施工效率較高所以正逐漸取代傳統(tǒng)干法噴射混凝土。有堿速凝劑對施工人員身體的損傷較大，而且過量的堿金屬離子引入極易使混凝土后期產(chǎn)生堿骨料反應(yīng)，嚴(yán)重影響混凝土的后期抗壓強(qiáng)度[1-2]。

無堿速凝劑因?yàn)槟鼙ＷC噴射混凝土后期的強(qiáng)度并且可以提高混凝土的抗?jié)B性能，逐漸被應(yīng)用[3-4]。液體無堿速凝劑的使用引入大量Al3+和SO42-，它們與水泥中的C3A、石膏迅速反應(yīng)得到大量的鈣礬石AFt，伴隨著大量水化熱使水泥漿體溫度快速升高，促進(jìn)C3S的水化，致使水泥漿體在短時間內(nèi)凝結(jié)硬化。

速凝劑的摻量增加使得Al3+和SO42-數(shù)量增加，水泥早期水化產(chǎn)物鈣礬石的量增加，液相中的Ca2+同時被大量消耗，大大促進(jìn)了水泥的水化，凝結(jié)時間進(jìn)一步縮短。本研究開發(fā)了一種新型無堿液體速凝劑ALQA-3，其在不同牌號的P·O42.5水泥中摻量為8%時，性能符合JC 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》規(guī)定的合格品要求。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）合成原材料

丙烯酸、HPEG聚醚大單體、過硫酸銨、α-氫氧化鋁、十八水硫酸鋁、三乙醇胺：均為分析純。

（2）試驗(yàn)材料

砂：ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂；水：自來水；水泥：基準(zhǔn)水泥、P·O42.5 金盾水泥、P·O42.5冀東水泥、P·O42.5金隅水泥。

1.2 速凝劑的合成方法

（1）將20 g丙烯酸、100 gHPEG聚醚大單體大單體，400 g水加入2 L三口燒瓶中攪拌，加熱至65℃投入1.0 g 20%的過硫酸銨，攪拌45 min后再加入30 g α-氫氧化鋁，得到聚羧酸鋁鹽分散劑。

（2）分別取聚羧酸鋁鹽分散劑 0、125、250、375、500 g，加水稀釋至500 g后，再加入750 g十八水硫酸鋁，在65℃條件下保溫?cái)嚢? h，再加入10 g三乙醇胺，保溫?cái)嚢?0 min，自然冷卻，得到淡黃色透明無堿液體速凝劑。

1.3 性能測試方法

速凝劑性能參照J(rèn)C 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚羧酸鋁鹽對速凝劑穩(wěn)定性及速凝效果的影響

某些化學(xué)試劑摻量適當(dāng)時，對硫酸鋁系速凝劑的穩(wěn)定性改善明顯。把適量有機(jī)酸絡(luò)合劑加入到過飽和硫酸鋁溶液中，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)完全。試驗(yàn)探討不同含量的聚羧酸鋁鹽對速凝劑穩(wěn)定性和速凝效果的影響，試驗(yàn)時速凝劑摻量均為水泥質(zhì)量的6%，凈漿水灰比為0.4，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 聚羧酸鋁鹽含量對速凝劑的穩(wěn)定性及速凝效果影響

由表1可見：

（1）隨著聚羧酸鋁鹽含量增多，速凝劑的穩(wěn)定性提高。這是由于有機(jī)酸絡(luò)合劑增多，能絡(luò)合更多鋁離子，降低了鋁離子的過飽和度，不易從溶液中結(jié)晶析出。

（2）水泥凈漿的凝結(jié)時間隨著聚羧酸鋁鹽含量增多，先縮短后延長，聚羧酸鋁鹽的最佳含量在29.8%～39.7%，凝結(jié)時間能夠較好滿足技術(shù)要求，并且速凝劑可以存放90 d以上無沉淀，保持了產(chǎn)品的均勻穩(wěn)定性。可見，速凝劑ALQA-3能基本符合JC 477—2005要求。

2.2 速凝劑ALQA-3摻量對水泥性能的影響

速凝劑的摻量是噴射混凝土施工首先要確定的參數(shù)，關(guān)系到噴射混凝土的凝結(jié)時間、回彈量及早期強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)。采用基準(zhǔn)水泥試驗(yàn)了不同摻量ALQA-3對水泥的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 ALQA-3摻量對基準(zhǔn)水泥性能的影響

由表2可見：速凝劑ALQA-3摻量為6%時，初凝時間為4 min30 s，終凝時間為12 min5 s，符合JC 477—2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合格品要求；ALQA-3摻量達(dá)到8%以上時，全部滿足初凝時間≤3 min、終凝時間≤8 min、1 d抗壓強(qiáng)度≥7.0 MPa、28 d抗壓強(qiáng)比≥75%，符合JC 477—2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一等品要求。

2.3 速凝劑ALQA-3與不同水泥的適應(yīng)性

選擇3種不同品牌的P·O42.5水泥及基準(zhǔn)水泥，摻入8%的速凝劑ALQA-3，測試ALQA-3對不同水泥的適應(yīng)性，結(jié)果見表3。

表3 速凝劑ALQA-3對水泥的適應(yīng)性試驗(yàn)結(jié)果

由表3可見，對比基準(zhǔn)水泥，無堿液體速凝劑ALQA-3與不同品牌P·O42.5水泥的適應(yīng)性良好。ALQA-3在不同種類水泥中使用時速凝效果有所不同，原因是不同種類水泥礦物的組成存在差異，所以在噴射混凝土施工前必須進(jìn)行水泥適應(yīng)性試驗(yàn)，確定最經(jīng)濟(jì)的摻量。

3 結(jié)論

（1）聚羧酸鋁鹽含量小于10%時，速凝劑的穩(wěn)定性隨聚羧酸鋁鹽含量增大而提高，但對于相同速凝劑摻量6%的情況，凈漿的凝結(jié)時間先縮短后延長，聚羧酸鋁鹽的最佳含量為29.8%～39.7%。

（2）新型無堿液體速凝劑ALQA-3摻量為8%時，基準(zhǔn)水泥的初凝時間為2 min 45 s、終凝時間7 min 30 s，1 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到12.4 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度比為113%，符合JC 477—2005規(guī)定的一等品技術(shù)要求。

（3）ALQA-3與不同種類的水泥適應(yīng)性良好，在P·O42.5水泥中摻量為8%時，可以使水泥凈漿的凝結(jié)時間及砂漿的抗壓強(qiáng)度均符合JC 477—2005規(guī)定的合格品技術(shù)要求。