铝酸盐型碱性液体速凝剂的制备及性能

逄建军，魏中原

（唐山市龙亿科技开发有限公司，河北 唐山 063000）

铝酸盐型碱性液体速凝剂的制备及性能

逄建军，魏中原

（唐山市龙亿科技开发有限公司，河北 唐山 063000）

本文采用氢氧化钠和氢氧化铝制备出了铝酸盐型碱性液体速凝剂，探讨了反应浓度、氢氧化钠与氢氧化铝摩尔比、反应时间和反应温度对其稳定性、凝结时间、1d 抗压强度和 28d 抗压强度的影响。试验发现：当反应浓度为 65%、反应温度为85℃、反应时间为 3h、钠铝摩尔比为 1.35 时，其稳定时间可达 100d；当掺量为 5% 时，水泥的初凝时间为 2min25s，终凝时间为 4min05s，1d 抗压强度为 10.2MPa，28d 抗压强度比为 76%；各项性能均符合 JC 477—2005的要求。

铝酸盐碱性速凝剂；凝结时间；抗压强度

速凝剂是一种能促进水泥或混凝土快速凝结的化学外加剂，在井巷、隧道等工程锚喷支护以及堵漏和抢修工程中得到广泛应用。速凝剂种类繁多，根据速凝剂的性质和状态，大致可以分为碱性粉状、无碱粉状、碱性液态和无碱液态四大类[1,2]。衡量速凝剂优劣的性能指标主要包括：速凝剂本身性质和稳定性，混凝土的凝结时间、早期强度、后期强度、体积稳定性、耐久性基本性能，以及速凝剂的分散均匀性、扬尘、喷射回弹率和应用毒性等喷射作业特性[3]。目前我国速凝剂存在液体稳定性差、腐蚀性强、混凝土后期强度低、混凝土耐久性差、回弹量高、粉尘大和碱性高等缺点[4]。

因此从耐久性和工作状态方面考虑，无碱液态速凝剂是主流方向，但我国无碱液体速凝剂的研究起步较晚，存在其掺量高、价格昂贵、稳定性差、早期强度偏低等缺陷，故不利于大量推广应用[5,6]。因此，结合目前实际工程应用情况，发现研制低掺量速凝、稳定性好、综合性能优良、价格合理的液态速凝剂就有着非常重要的现实意义。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验采用基准水泥测定其速凝剂凝结时间、1d 强度和28d 抗压强度比等相关性能。

砂子：ISO 标准砂；氢氧化铝，工业级，淄博韩锦；氢氧化钠（96%），工业级，临沂海星。

1.2 试验方法

1.2.1 合成方法

称取一定量的 NaOH 和 Al(OH)3置于有机械搅拌合回流装置的 500mL 的三口烧瓶中，加入部分去离子水，升温至一定温度，搅拌一段时间使其反应，直至得到澄清液为止。降温出料，即为铝酸盐型碱性液体速凝剂。其反应过程主要是：

NaOH + Al(OH)3→ NaAlO2＋2H2O

1.2.2 检测方法

沉淀量测试方法：将反应结束后的液体速凝剂通过定性滤纸常压过滤，并用去离子水洗干净，然后将其放入温度为85℃ 的鼓风干燥箱中干燥 3h 后，测其粉体物质的重量 m1，氢氧化钠和氢氧化铝总质量为 m0，则沉淀量

w= m1/m0×100%

掺速凝剂的水泥净浆凝结时间和砂浆强度均按照 JC 477—2005《喷射混凝土用速凝剂》进行测试，其要求见表 1所示。

2 结果与讨论

2.1 反应浓度对铝酸盐型碱性液体速凝剂性能的影响

依据参考文献 [7]，暂定氢氧化钠与氢氧化铝的摩尔比为1.55，设定反应温度为 85℃、反应时间为 4h，探讨其反应浓度（氢氧化钠与氢氧化铝质量之和与总质量之比）对其速凝剂基本性能的影响，其结果见表 2。表2中的沉淀量数据是在反应结束后就立即称取而得。由表2可知，随着碱性液体速凝剂的反应体系浓度的提高，反应结束后的沉淀量是逐渐减少的，并且沉淀量主要成分是未反应掉的氢氧化铝，即反应体系反应浓度直接影响氢氧化铝的转化率，并且当反应体系浓度为 40%、搅拌时间为 10h 时，其沉淀量也并未降低。因此基本可确定高温反应体系的反应浓度在 60%～70% 之间，既可以使之反应产物没有沉淀，又可使速凝剂体系稳定。

表1　混凝土速凝剂评价标准

表2　反应浓度对速凝剂沉淀量的影响

2.2 氢氧化钠与氢氧化铝摩尔比对铝酸盐型碱性液体速凝剂性能的影响

在控制反应浓度为 65%、反应温度为 85℃、反应时间为 3h 时，探讨氢氧化钠和氢氧化铝摩尔比（1.1:1；1.25:1；1.35:1；1.5:1；1.7:1）对速凝剂的基本性能的影响。各摩尔比对速凝剂稳定性的影响结果见表 3。由表3可知，随着氢氧化钠与氢氧化铝摩尔比的提高，其稳定时间也是逐渐增加的。

表3　反应摩尔比对速凝剂稳定性能的影响

不同氢氧化钠与氢氧化铝摩尔比制备出的速凝剂，在掺量为 5% 时，其对基准水泥的凝结时间、1d 抗压强度和 28d抗压强度比的影响见表 4。由表4可知，随着氢氧化钠与氢氧化铝摩尔比的提高，其凝结时间是逐渐延长的，当摩尔比超过 1.5:1 时，其初凝时间已经超过速凝剂一等品要求。通过对强度的试验发现，反应摩尔比越大，碱含量越大，强度会越小，当摩尔比为 1.35:1 时，其凝结时间、1d 抗压强度和 28d抗压强度比均达到 JC 477—2005《喷射混凝土用速凝剂》中一等品的要求。并且发现，其摩尔比是决定速凝剂产品是否合格的主要影响因素。因此确定氢氧化钠与氢氧化铝的摩尔比为 1.35:1。

2.3 反应时间和温度对铝酸盐型碱性液体速凝剂性能的影响

当氢氧化钠和氢氧化铝的摩尔比为 1.35:1、反应浓度为65% 时，探讨反应时间（2h、3h、4h）和反应温度（70℃、85℃、100℃）对速凝剂出料沉淀量、凝结时间（掺量5%）、1d 抗压强度的相关性能影响，其结果见表 5。由表 5可以看出，随着反应温度的提高和反应时间的延长，其出料沉淀量是逐渐减少的，当反应温度为 70℃、搅拌时间为 4h时，仍然有沉淀。当反应温度为 100℃、反应时间为 2h 时，就无沉淀。因此本着节能减排的要求，将其反应温度定为85℃，搅拌时间为 3h，所制备的速凝剂各项性能达标。

表4　反应摩尔比对水泥凝结时间和强度性能的影响

表5　反应温度和时间对铝酸盐型碱性液体速凝剂性能的影响

3 结论

当反应体系浓度为 65%～70%、反应温度为 85℃ 以上、搅拌时间为 3h、钠铝摩尔比为 1.35:1 时，制备出的铝酸盐型碱性液体速凝剂的稳定性良好，出料沉淀量为 0%，稳定时间可达 100d，掺量为 5% 时初凝时间为 2min25s，终凝时间为4min5s，1d 抗压强度为 10.2MPa，28d 抗压强度比为 76%。均符合 JC 477—2005《喷射混凝土用速凝剂》各项要求。

[1] 程建坤．无碱液态水泥速凝剂合成方法的研究[D]．南京：南京工业大学，2005．

[2] 李琼，王子明，刘艳春，等．SL 型液体低碱速凝剂的速凝机理研究[J]．混凝土，2003(4): 28-30．

[3] 陈建奎．混凝土外加剂原理与应用（第二版）[M]．北京：中国计划出版社．2004．

[4] 张冠伦，张云理．混凝土外加剂原理及应用技术[M]．上海：上海科学技术文献出版社．1985: 109-115．

[5] T P Dinoia, P J Sandberg. Alkali-free shotcrete accelerator interactions with cement and admixtures[J]. More Engineering Developments, 2004: 137-144．

[6] 李学峰，张元继，吕玉娥．无碱速凝剂在喷射混凝土中的推广应用[J]．四川水利发电，2010,29(2): 37-41．

[7] 张述雄，梁鼎成，王栋民．一种复合液体速凝剂的研究[J].商品混凝土，2015(3): 41-42．

［通讯地址］河北省唐山市丰润区小张各庄镇（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

逄建军（1990—），男，工程师，主要从事水泥、混凝土添加剂的结构设计与优化的研究。