鋁酸鈉對(duì)水泥性能的影響研究

支登有

（金華品裕建材有限公司，浙江 金華 321015）

速凝劑是噴射混凝土的重要添加劑，良好的速凝劑可以降低噴射混凝土的回彈率、保證強(qiáng)度、提高噴射混凝土的施工效率[1]。目前速凝劑按照堿度主要分為有堿速凝劑、低堿速凝劑和無堿速凝劑[2]，目前的速凝劑在應(yīng)用過程中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，也存在相應(yīng)的弱點(diǎn)，速凝劑技術(shù)的發(fā)展也伴隨著新的速凝組分功能的發(fā)揮。國(guó)內(nèi)外部分學(xué)者認(rèn)為速凝劑的作用在于消除水泥中石膏的緩凝作用，促進(jìn)更多鈣礬石和水化產(chǎn)物的形成，潘志華[3]認(rèn)為鋁酸鈉可以使得水泥早期水化生成大量鈣礬石，促進(jìn)水泥速凝，并進(jìn)行機(jī)理分析。鋁酸鈉的應(yīng)用與水泥組成有關(guān)，也造成了其摻量的變化，需要更多研究數(shù)據(jù)支持。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1） 水泥：市售P.O42.5 水泥，水泥的性能指標(biāo)分別見表1。

表1 水泥的性能指標(biāo)結(jié)果

（2） 鋁酸鈉：白色粉體，分析純，國(guó)藥集團(tuán)生產(chǎn)。

（3） 砂為ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂。

1.2 試驗(yàn)方法

（1） 水泥凝結(jié)時(shí)間按照GB/T 1346-2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》 進(jìn)行測(cè)試。

（3） 采用內(nèi)摻法稱取一定量的鋁酸鈉粉體，與水泥攪拌混合，按照GB/T 17671-2005 水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法） 進(jìn)行成型40mm×40mm×160mm 的試件，覆膜養(yǎng)護(hù)至1d后拆模，測(cè)試指定齡期的抗折和抗壓強(qiáng)度值。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 鋁酸鈉對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響

鋁酸鈉作為速凝組分，重要的性能就是保證水泥凝結(jié)時(shí)間，提升施工效率，為此，研究了鋁酸鈉對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響，測(cè)試結(jié)果見圖1。

圖1 的結(jié)果顯示，鋁酸鈉在水泥中的摻量增加，水泥的凝結(jié)時(shí)間呈現(xiàn)先降低又增加的趨勢(shì)，當(dāng)鋁酸鈉摻量從0.2%到0.6%時(shí)，水泥初凝和終凝時(shí)間緩慢下降，鋁酸鈉摻量0.6%-1.2%，水泥凝結(jié)時(shí)間降低較快，鋁酸鈉摻量超過1.2%，水泥初凝和終凝時(shí)間反而有所延長(zhǎng)。

鋁酸鈉遇水溶解，電離產(chǎn)生的AlO2-和Na+,鋁酸鈉和石膏在一定堿度下發(fā)生反應(yīng)，生成鈣礬石和氫氧化鈉，使得水泥中的CaSO4含量降低，堿度的提高又促使反應(yīng)快速進(jìn)行，表現(xiàn)出促凝。當(dāng)鋁酸鹽含量繼續(xù)增加時(shí)，由于石膏含量不足，生成的鈣礬石不穩(wěn)定，易分解成為單硫型水化硫鋁酸鈣[4]，阻礙水泥水化的繼續(xù)進(jìn)行，進(jìn)而使得水泥凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。

圖1 鋁酸鈉對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響

2.2 鋁酸鈉對(duì)水泥強(qiáng)度的影響

適量鋁酸鈉能夠促進(jìn)水泥的凝結(jié)時(shí)間，但水泥水化時(shí)間加快，水化產(chǎn)物無法充分成核分布，容易造成內(nèi)部缺陷增多，進(jìn)而影響水泥強(qiáng)度。

選取鋁酸鈉0.4、0.8%、1.2%、1.6%，研究摻量變化對(duì)水泥強(qiáng)度的影響，測(cè)試結(jié)果見圖2。

圖2 的結(jié)果顯示，鋁酸鈉的加入后水泥1d、7d、28d 抗折強(qiáng)度都出現(xiàn)不同程度的下降，抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。羅云峰[5]的研究表明，水泥抗折強(qiáng)度和C3S 相關(guān)度較高，鋁酸鈉過低或過高都會(huì)影響水泥的水化，鋁酸鈉含量較低時(shí)，水泥凝結(jié)時(shí)間較快，水泥水化生成的水化硅酸鈣發(fā)育不良，鋁酸鈉含量較高時(shí)，石膏不足以與鋁酸鹽發(fā)生反應(yīng)，生成的鈣礬石不穩(wěn)定，易分解，造成水泥強(qiáng)度降低。當(dāng)鋁酸鈉摻量為1.2%時(shí)，此時(shí)水泥中的鋁酸鹽能夠促進(jìn)水泥水化，生成足夠的鈣礬石，并能穩(wěn)定存在，1d、7d 和28d 抗壓強(qiáng)度比也達(dá)到115%、103%，28d 強(qiáng)度有所降低，結(jié)果表明鋁酸鈉能夠?qū)λ?d 和28d 起到顯著增強(qiáng)作用。

圖2 鋁酸鈉摻量對(duì)水泥強(qiáng)度的影響

3 結(jié)語

（1） 鋁酸鈉摻量增加，水泥的初凝時(shí)間先降低后延長(zhǎng)，鋁酸鈉摻量低于0.6%時(shí)，水泥凝結(jié)時(shí)間緩慢下降，鋁酸鈉摻量0.6%-1.2%，水泥凝結(jié)時(shí)間顯著縮短，鋁酸鈉摻量超過1.2%，水泥有所緩凝。

（2） 鋁酸鈉加入后1d、7d、28d 抗折強(qiáng)度都出現(xiàn)下降，水泥抗壓強(qiáng)度先增加后降低，當(dāng)鋁酸鈉摻量為1.2%時(shí)，水泥1d 和7d 強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，28d 強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度比達(dá)到95%，滿足速凝劑規(guī)范要求。

（3） 鋁酸鈉在水泥存在最佳摻量1.2%，此時(shí)水泥促凝效果最佳，水泥早期強(qiáng)度較好，后期強(qiáng)度降低最小。