一种新型的无碱速凝剂的研制

2018-09-28沈建荣刁立柱

中国建材科技 2018年3期

邓磊蒋禹沈建荣刁立柱

（贵州科之杰新材料有限公司，贵州龙里 551206）

近年来，随着国内现代化建设的推进，高速公路及高速铁路的修建规模日趋扩大。桥梁，隧道等工程项目也随处可见。我国是一个多山区的发展中国家，现代化建设进程中隧道工程的施工质量极为重要。这类工程需要使用一种快速凝结的特殊混凝土，即喷射混凝土。它是将水泥、砂、一定粒径的石子及速凝剂按一定比例拌合后，装入喷射机高速喷射至作业面上施工的混凝土。一定程度上，速凝剂的好坏决定了喷射混凝土的强度及耐久性，是喷射混凝土中必不可少的一种外加剂组分。目前，市场上速凝剂大多含有碱金属离子，由于碱含量较高，速凝的同时也产生了许多负面的影响，如对人体腐蚀性强，后期强度损失大等缺点[1]。

为了降低碱含量，确保喷射混凝土的良好施工性能，速凝剂向低碱及无碱的方向发展。无碱速凝剂，其最常用的原材料为硫酸铝，硫酸铝本身不含碱金属离子，对水泥水化又有良好的促进作用，已成为传统碱金属离子的良好替代物。然而，硫酸铝参与反应也存在诸多问题，如铝离子易水解，其合成的速凝剂不稳定；硫酸铝溶解性有限，高浓度的速凝剂不易合成。

针对以上问题，本文采用硫酸铝、甲基丙烯酸、三乙醇胺及水合成一种50固含量的新型无碱速凝剂，很好的解决了速凝剂在实际工程应用中存在的问题。

1 实验

1.1 实验原材料

无水硫酸铝：900元/吨，广东齐力士石油化工有限公司；甲基丙烯酸，6900元/吨，泰州市江平油化有限公司；三乙醇胺，9600元/吨，郑州福特化工产品有限公司；

水泥：西南 P.O 42.5 水泥，海螺 P.O 42.5 水泥。

1.2 无碱速凝剂的合成

向1000ml的四口烧瓶中加入无水硫酸铝40g，水160g，缓慢升温，硫酸铝缓慢溶解；50ml的烧杯中加入甲基丙烯酸+水=16g+20g，计作A组分；50ml的烧杯中加入三乙醇胺+水=24g+20g，计作B组分。待温度恒定在45℃时，开始滴加A、B两组分，A组分滴加60h，B组分滴加90min，待两组分滴加完成后，恒温1h，得粉红色无碱速凝剂Point-SN（III）。

1.3 实验部分

以下实验均以市场上效果最好使用最普遍的山西某公司生产的50%固含量的无碱速凝剂ZXSN作对比试验。

1.3.1 凝结时间的测定

按照JC 477-2005《喷射混凝土用速凝剂》中的规定测定样品凝结时间。其中水灰比为0.40，外加剂掺量7.0%。

1.3.2 砂浆性能实验

将Point-SN（III）与市售山西某公司生产的等固含无碱速凝剂ZXSN作砂浆对比试验，测定其28d抗压强度比。参照TB 10424-2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》进行砂浆性能实验，砂浆配比见表1。

表1 砂浆实验配合比（kg/m3）

2 讨论

2.1 速凝剂性能测试

采用市售山西某公司产品ZXSN作标样，使用海螺P.O 42.5 水泥和西南 P.O 42.5 水泥进行凝结时间和 28d抗压强度对比。等掺量进行速凝剂的性能测定，具体结果见表2所示。

表2 速凝剂性能对比实验

从表2可看出，两种速凝剂pH均偏中性，且在两种水泥中凝结时间及28d抗压强度比均符合铁路混凝土施工性能的要求。Point-SN（III）pH值低于山西公司生产的ZXSN系速凝剂，在P.O 42.5海螺水泥中应用效果比西南水泥好，初凝时间为2min40s，终凝时间4min27s，28d抗压强度比达到80%，与同掺量的的ZXSN速凝剂相比，性能较好。

2.2 速凝剂成本对比

表3 速凝剂成本对比

从表3可进行两种速凝剂价格的对比：按照Point-SN（III）的最佳反应配比，硫酸铝：甲基丙烯酸：三乙醇胺：水=40：4：6：50进行生产，Point-SN（III）原材料成本费1213.5元/吨，加上生产管理费最终售价为1513.5元/吨，较ZXSN系速凝剂便宜300多元/吨，具有较高的性价比。