兩種不同體系無堿液體速凝劑的性能研究

竹鵬翔 潘月欠 潘智江 宋振發(fā)1山西黃騰化工有限公司（04405） 山西眾諾和建材有限公司（04405]）山西榮誠建材檢測有限公司（04405）

0 引言

速凝劑在我國工程建設中用量巨大。主要用于高鐵、地鐵、高速公路等隧道修建。與傳統(tǒng)干法噴射混凝土工藝相比較，濕法噴射混凝土具有施工效率高、施工環(huán)境污染小、回彈率低等優(yōu)點，正逐步取代傳統(tǒng)的干法噴射混凝土工藝。濕法噴射混凝土中采用的速凝劑為液體，目前我國市場上的液體速凝劑有兩種：一種是有堿速凝劑，一種是無堿速凝劑。有堿速凝劑具有長期儲存穩(wěn)定性良好、摻量低、適應性好等優(yōu)點，但因其堿含量高（有的產(chǎn)品達20%以上），對人體腐蝕性極大；混凝土收縮大，后期強度損失較大（28 d強度損失達30%左右）。而無堿液體速凝劑解決了傳統(tǒng)速凝劑堿含量高的問題，降低了噴射混凝土發(fā)生堿集料反應的可能性，摻無堿液體速凝劑混凝土28 d抗壓強度比可達90%以上。此外，無堿液體速凝劑無腐蝕性，施工環(huán)境友好，對施工人員傷害小。因此，無堿液體速凝劑取代堿性速凝劑是大勢所趨。與堿性液體速凝劑相比，無堿液體速凝劑使混凝土后期強度得到了提升，但與空白混凝土相比，摻無堿液體速凝劑混凝土后期強度還會有不同程度下降。未來無堿速凝劑終將代替有堿速凝劑。文章通過氫氟酸體系與硫酸鋁鹽+醇胺體系的分析對比，探討無堿液體速凝劑的發(fā)展方向。

1 試驗部分

1.1 原材料

硫酸鋁：三氧化二鋁≥16%；氫氟酸：含量≥40%；氫氧化鋁：三氧化二鋁≥64%；硫酸鎂；氟化鈉；氟硅酸鎂；氟硅酸鈉；三乙醇胺；調(diào)節(jié)劑；懸浮劑等。所有原材料均為工業(yè)級。

1.2 試驗儀器

恒溫水浴鍋；溫度計；可調(diào)速攪拌裝置；四口燒瓶；四氟反應裝置；電子天平；酸度計等。

1.3 合成工藝

1）用氫氟酸、氫氧化鋁、硫酸鋁、氟化鈉、三乙醇胺等在常溫條件下合成一種淡黃色透明無堿液體速凝劑，記為1＃。（合成過程中，有大量刺激性白色煙氣冒出，污染環(huán)境。）

2）用硫酸鋁、硫酸鎂、氟硅酸鈉、氟硅酸鎂、懸浮劑、調(diào)節(jié)劑、三乙醇胺等在60℃～70℃條件下合成一種乳白色無堿液體速凝劑，記為2＃（合成全過程無三廢排出，對環(huán)境友好）。

1.4 檢測方法

兩種無堿液體速凝劑均按照GB/T 35159—2017《噴射混凝土用速凝劑》檢測。

表1 勻質性指標檢測結果

圖1 不同時間的穩(wěn)定性

1）由上圖和表1可見，兩種不同體系的無堿液體速凝劑的勻質性指標均符合國家標準，1＃氫氟酸體系的兩項指標（堿含量、pH值）達到標準值的極限。

2）凝結時間試驗選用9種水泥進行檢測，除基準水泥外，其他8種均取自工程一線的P·O42.5水泥，速凝劑摻量統(tǒng)一為8%。

表2 凈漿凝結時間檢測結果

表3 砂漿強度對比試驗結果

由表2、表3可知：

1#樣雖然凝結時間短，但1 d強度很低,用其拌制的不同水泥砂漿1 d強度無一滿足GB/T 35159—2017《噴射混凝土用速凝劑》要求。

2#樣的初凝、終凝時間雖然都比1#樣長，但都能滿足標準要求，只有極個別水泥初、終凝時間接近標準極限值。砂漿試塊1 d抗壓強度、28 d抗壓強度比均滿足標準要求。

2 結論

通過兩種不同方法制備的不同體系的無堿液體速凝劑的對比，得出如下結論：

1）氫氟酸體系的無堿液體速凝劑凝結時間短但是強度低，且生產(chǎn)原料氫氟酸具有強烈的刺激性與腐蝕性，嚴重傷害人的皮膚和骨骼。

2）氫氟酸體系的無堿液體速凝劑在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量有毒的白色煙氣，不僅嚴重危害工人的生命安全，還會對環(huán)境造成嚴重污染，在當前嚴峻的環(huán)保形勢下，如不能探索出安全環(huán)保的生產(chǎn)工藝并有效地解決生產(chǎn)過程中的安全和排污問題，必將被市場所淘汰。

3）硫酸鋁鹽+醇胺體系無堿液體速凝劑的凝結時間合適、黏度較??；混凝土后期強度損失??；堿含量很低，不易產(chǎn)生堿骨料反應與堿收縮；但適應性較差，有時會出現(xiàn)凝結時間不合適的情況?？傮w來說，其性能優(yōu)于氫氟酸體系的無堿液體速凝劑。

3 思考

3.1 摻量與穩(wěn)定性

無堿液體速凝劑的摻量都比較大，要想降低摻量就必須提高硫酸鋁的溶解度，但溶解過度的硫酸鋁速凝劑的穩(wěn)定性又會降低，這是當前急需解決的問題。

3.2 現(xiàn)場應用

檢測合格的速凝劑在現(xiàn)場使用時又出現(xiàn)或多或少的問題，究其原因，大致有以下幾點：

1）實驗室檢測采用固定的水灰比（W/C=0.35），然而現(xiàn)場采用固定的塌落度，濕拌法噴射混凝土塌落度應控制在不大于180 mm（TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》）。但現(xiàn)場工人為施工方便而采用200 mm塌落度，用水量的盲目增加使得實驗室檢測合格的速凝劑在現(xiàn)場出現(xiàn)凝結時間延長、回彈大等問題。

2）施工現(xiàn)場配置的噴射混凝土拌合物添加了一定量的緩凝劑和減水劑，有的施工方為了施工方便，在混凝土預拌時還會添加一些聚羧酸保坍劑，速凝劑與這些外加劑的適應性也是當前我們優(yōu)先考慮的方向。

3）實際施工中攪拌站距離隧道和礦井現(xiàn)場較遠，再加上混凝土運到現(xiàn)場后的等待噴射時間，使水泥產(chǎn)生一個“預水化”過程，影響速凝劑使用效果，造成回彈量大等問題。

4）不同水泥的標準稠度用水量不一致，需水量大的水泥，其檢測合格，但現(xiàn)場回彈量大；需水量小的水泥，其檢測可能不合格，不能在現(xiàn)場使用。

3.3 探討方向

目前GB/T 35159—2017《噴射混凝土用速凝劑》中，只對堿含量、氯離子的值做了明確限量，氫氟酸體系的無堿液體速凝劑中的F-對混凝土的耐久性的影響也是巨大的，除了對環(huán)境造成污染，還會影響噴射混凝土的耐久性，尋找出安全可靠的原材料生產(chǎn)性價比高的無堿液體速凝劑，是我們應該研究和探討的方向。