喷射混凝土用无碱速凝剂的制备与性能研究

摘 要：本文介绍了一种液体无碱速凝剂的合成方法及技术性能，并研究了速凝剂掺量以及不同类型水泥、减水剂等因素对凝结时间和砂浆强度的影响。结果表明，合成的液体无碱速凝剂具有良好的水泥适应性，可以保证水泥砂浆的早期和后期抗压强度，发展前景良好。

关键词：喷射混凝土;液体无碱速凝剂;应用技术

The Preparation and Properties of Liquid Alkali-free

Accelerator in Sprayed Concrete

Bai Xiaocheng

Abstract：This paper introduces the synthesis method and technical properties of a liquid alkali-free accelerator，and studies the effects of accelerator admixture and different types of cement，superplasticizer and other factors on the setting time and mortar strength.All results show that the adaptability of liquid alkali-free accelerator is good，and it can guarantee the early and late compressive strength of cement mortar.This liquid alkali-free accelerator has a good development prospect.

Key words：Sprayed concrete;Liquid alkali-free accelerator;Applied technic

1 緒论

速凝剂作为喷射混凝土中重要的外加剂，能显著缩短混凝土的凝结硬化时间，广泛应用于矿山、地下、隧道、引水、堵漏、堤坝护坡加固、矿井巷道支护等工程。该产品经历了早期碱性粉状到近期高碱、低碱及无碱液体速凝剂。[1-3]干喷法喷射混凝土配合使用粉状速凝剂，由于粉状速凝剂与拌合料混合不均匀，计量不精确，施工中粉尘量很大，回弹也很大，严重污染周围大气，干喷法已属于淘汰落后的施工工艺。近年来，液态速凝剂伴随湿法喷射混凝土施工已经迅速发展起来，湿喷工艺由于施工质量有保证、效率高、回弹量低等优点，正逐步取代传统的干喷工艺。同时，高碱性速凝剂腐蚀性极强，对施工人员可造成很大的伤害，极易引起碱骨料反应的发生，导致混凝土耐久性下降，后期强度损失严重，其28d抗压强度保留率一般只有65%左右。[4]因此，具有碱含量低、适应范围广、性能优越的新型液体速凝剂已成首选。

本研究从速凝剂的基料着手，采用无机、有机复合的手段，合成了一种普通硅酸盐水泥混凝土用无碱液体速凝剂（DM-S）。产品可以有效的增加混凝土的黏聚性，降低回弹量和粉尘量，减少凝结时间，保障喷射混凝土后期强度。

2 试验

2.1 原材料

（1）水泥：基准水泥、西南P·O42.5级水泥、红狮P·O42.5级水泥、冀东P·O42.5级水泥、海螺P·O42.5级水泥。

（2）砂：ISO标准砂。

（3）化学试剂：硫酸铝、氢氧化铝、氢氟酸、有机酸、有机醇胺、聚丙烯酰胺，均为市售AR试剂。速凝剂物料组成质量比为45：8：22：0.1：0.2：0.1，余量为水。

（4）减水剂：萘系减水剂，聚羧酸系减水剂。

2.2 合成方法

按质量比称量各组分，在常温下，先将氢氧化铝缓慢加入到氢氟酸中，边加边搅拌，待放热反应完全后，得到氟化铝溶液备用;接着将硫酸铝加入水中，在65℃左右下搅拌使其全部溶解;随后将氟化铝溶液和硫酸铝溶液混合、搅拌，并缓慢添加有机醇胺、有机酸、聚丙烯酰胺，搅拌直至形成均匀的液体即可。

本速凝剂外观呈乳白色液体，密度为1.3～1.4g/cm3，具有良好的流动性和稳定性，在实际应用过程中，凝结快、掺量低、对普通硅酸盐水泥具有良好的适应性。

2.3 测试方法

（1）掺速凝剂的水泥凝结时间和水泥砂浆强度：按照GB/T 35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》，各项性能指标见表1：

（2）未掺速凝剂的水泥砂浆强度：按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》。

3 试验结果与分析

3.1不同速凝剂掺量的作用效果

以基准水泥为胶凝材料，测定DM-S添加量与水泥凝结时间和强度的关系，结果见表2。

根据表2可知，DM-S促进了水泥的水化进程，凝结时间随着掺量的增加而逐渐变短，当其掺量大于5%时，凝结时间、1d抗压强度和28d抗压强度比均满足表1中的要求，为合格品。当DM-S用量从5%增加到7%时，终凝时间减小了8.9min，可见对终凝时间的影响更为显著;从试验结果还可看出，当DM-S掺量在5%～8%时，1d抗压强度均达到十几个兆帕，28d抗压强度比未损失且均大于100%，可以认为DM-S在合适的用量范围内，能够明显增加砂浆的后期强度。综合凝结时间、抗压强度及经济因素考虑，取7%作为后续速凝剂试验的掺量标准。

3.2 速凝剂与水泥的适应性

由于不同的水泥厂商生产水泥时所使用的原材料不同，矿物组成和化学成分也不尽相同，加之掺合料的品种繁多，可能会造成速凝剂与不同品种水泥存在适应性问题。[5]因此，为研究DM-S与水泥之间的适应性，选取几种常用的喷射混凝土用普通硅酸盐水泥进行凝结时间和抗压强度试验，结果如表3所示。

由表3可看出，所列5种水泥的凝结时间和抗压强度均满足国家标准的要求，DM-S不但对后期强度没有破坏，反而少量的提高了砂浆的后期强度，其仅仅对红狮水泥的适应性稍差，造成这一现象的可能原因是该水泥的C3A/CaSO4值相对较小，但可通过适当增加掺量解决。总之，DM-S与不同品种水泥之间的适应性良好，有推广价值。

3.3 速凝剂对减水剂的适应性

在高性能喷射混凝土施工中往往需要掺加减水剂，作用是确保混凝土具有良好的流动性，还可以降低水灰比，提高混凝土强度及耐久性。然而，减水剂通常含有一些缓凝成分，对速凝剂的促凝效果会产生一定的影响，因此很有必要对DM-S与减水剂间的相容性进行研究。

从表4可知，DM-S對萘系和聚羧酸系减水剂促凝效果的影响非常明显。在水灰比为0.35，萘系掺量为0.8%，DM-S掺量为7%以及水灰比为0.35，聚羧酸系掺量为0.3%，DM-S掺量为7%这两种情况下，凝结时间都不能达到国家标准的要求，但如果把水灰比降低到0.3或者将DM-S掺量增加到8%，9%时，两者的凝结时间均能够满足国家标准的要求;在相同水灰比的条件下，与只掺加了速凝剂相比，同时掺加减水剂和速凝剂可以显著地提高砂浆1d的强度，28d强度也有一定的提高，原因是减水剂的静电斥力和空间位阻共同效应将水泥颗粒充分分散，速凝剂与水泥颗粒接触的几率大大增加，反应形成的钙矾石更加均匀地分布于浆体中，浆体更为密实，强度明显提高。总之，在实际施工过程中，影响因素较多，为了使速凝剂和减水剂的复掺效果达到最佳，事先应进行试验，通过增加速凝剂掺量或减小水灰比进行调整，克服减水剂引起的缓凝作用，以确保速凝剂的速凝效果。

4 结语

本速凝剂为一种普通硅酸盐水泥混凝土用液体无碱速凝剂，各项技术指标均达到GB/T35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》中的要求，对水泥适应性广，性能优异，可广泛应用于各种工程中。

参考文献：

[1]侯志新.拌和水的温度对碱性速凝剂凝结时间的影响[J].科技风，2018（2）：43+103.

[2]周伟玲，张建纲.液体无碱速凝剂的制备与应用技术研究[J].混凝土与水泥制品，2009（3）：6-8.

[3]杨力远，田俊涛，胡小峰，杨艺博.新型无碱液体速凝剂的制备与性能研究[J].新型建筑材料，2017，44（5）：29-32+40.

[4]青义琢.混凝土速凝剂的研究成果与展望[J].云南冶金，1998，17（1）：16-20.

[5]尤启俊，陆守稳.外加剂对几种特殊水泥适应性的解决措施.混凝土，2007（11）：110-111.

作者简介：白晓成（1991-），男，陕西西安人，硕士，助理工程师，主要从事混凝土外加剂的研究。