浅谈喷射混凝土用速凝剂凝结时间试验的影响因素

苏晓琴

(山西省交通建设工程质量检测中心(有限公司),山西 太原 030032)

0 引 言

随着工程建设的科技化,混凝土用外加剂得到了广泛的推广。速凝剂作为外加剂其中之一,起到加速水泥或混凝土的凝结硬化,是隧道中喷射混凝土施工的必选材料,能使水泥或混凝土在几分钟内迅速凝结硬化,使其早期强度得到显著提高,广泛应用于交通、水利、矿山、隧道及抢修工程中。

速凝剂作为一种调凝剂,其最主要的性能当属掺速凝剂后凝结时间的变化,它的长短直接影响到工程的质量、安全、进度以及施工的连续性,其性能受到产品种类、掺量及水泥品种、试验环境等因素的影响,所以,如何准确地进行该项指标的检测,是本文研究的重点。选取常用的三种液体速凝剂,研究拌制净浆用水泥品种、速凝剂掺量及试验环境条件对速凝剂凝结时间的影响。

1 试 验

1.1 试验材料

(1)速凝剂

选取KRS-4、SW-18、GRT-51三种型号的液体无碱速凝剂进行试验。

(2)水泥

选取两种水泥进行速凝剂净浆的拌制,分别为。

①采用符合《混凝土外加剂》GB 8076—2008附录A中技术要求的基准水泥[1]。

②采用性能稳定的P.O52.5水泥(以下简称工程水泥)。

(3)水

符合JGJ63要求的饮用水。

以上材料在试验前1 d置于温度为20±2 ℃、相对湿度大于50%的环境条件下进行调样,调样时间不少于24 h。

1.2 指标要求

《喷射混凝土用速凝剂》GB/T 35159—2017中规定采用基准水泥进行凝结时间检测[2],具体指标要求见表1。

表1 掺速凝剂的净浆凝结时间

1.3 净浆配比

采用比例为:水泥400±1 g、水140±1 g(需减去液体速凝剂中的水量);速凝剂掺量为胶凝材料的7%和8%。

1.4 试验方法

(1)含固量测定

按GB/T 35159—2017附录A规定的方法进行速凝剂含固量的检测。先将三种速凝剂按规范称取8.0000～10.0000 g,在100±5 ℃的烘箱中烘干至恒重,然后准确算出3种速凝剂的含固量分别为:KRS-4(56.7%)、SW-18(48.9%)、GRT-51(52.7%)。

(2)净浆凝结时间测定

GB/T 35159—2017附录D方法拌制净浆,装入圆模中,再按GB/T 1346的方法测定初凝和终凝时间,试验结果以min∶s形式表示。

2 影响因素分析

在长期从事速凝剂净浆凝结时间的检测过程中发现:水泥品种的不同、速凝剂掺量的不同以及试验环境中温、湿度的变化都会对净浆凝结时间有影响[3]。为了试验的准确性、可比性,试验中采用同一个人、同一台仪器设备进行以下对比分析。

(1)水泥品种对速凝剂凝结时间的影响

①基准水泥和工程水泥在成分上的区别

普通硅酸盐水泥主要成分为硅酸盐水泥熟料(CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3)、5%～20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,具有强度高、水化热大、抗冻性好、干缩小、耐磨性较好、抗碳化性较好、耐腐蚀性差、不耐高温的特性;基准水泥主要成分是由硅酸盐水泥熟料硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙,加石膏后磨细而成的强度等级大于42.5的硅酸盐水泥,不掺加任何混合材料。水泥中不同的成份会影响与速凝剂的适应性,故试验研究选用基准水泥和工程水泥两种水泥进行试验对比分析。

②选取速凝剂掺量为8%,在同环境条件下进行净浆凝结时间测定,结果见表2。

表2 不同品种水泥净浆凝结时间

从表2可以看出,在固定掺量8%时,使用工程水泥和基准水泥进行净浆凝结时间的测定,型号KRS-4、GRT-51的液体速凝剂凝结时间不符合规范的要求,但换用工程水泥时却符合规范要求;型号SW-18的液体速凝剂使用工程水泥比使用基准水泥测定的凝结时间更短。由此说明,在速凝剂掺量、环境条件一定的情况下,速凝剂跟水泥的相容性对凝结时间的影响很大,所以,速凝剂在应用于工程施工时,一定要检测与水泥的适应性。

(2)不同掺量对速凝剂凝结时间的影响

表3中KRS-4型速凝剂初凝时间8%掺量比7%掺量缩短2 min、终凝时间缩短4 min 37 s;SW-18型速凝剂初凝时间8%掺量比7%掺量缩短0 min 9 s、终凝时间缩短2 min 55 s;GRT-51型速凝剂初凝时间8%掺量比7%掺量缩短1 min 40 s、终凝时间缩短3 min55 s。可见速凝剂掺量比例越大速凝剂凝结时间越短,水泥与速凝剂的水化反应越快。三种不同掺量折线图见图1～图3。

图1 KRS-4型速凝剂掺量影响折线

图2 SW-1型速凝剂掺量影响折线

图3 GRT-51型速凝剂掺量影响折线

表3 不同掺量速凝剂净浆凝结时间

(3)不同试验环境(温度、湿度)对速凝剂凝结时间的影响

表4中KRS-4型速凝剂初凝时间温度25 ℃比温度20 ℃缩短了1 min 11 s、终凝时间缩短了2 min 25 s;SW-18型速凝剂初凝时间温度25 ℃比温度20 ℃缩短了1 min 42 s、终凝时间缩短了2 min 29 s;GRT-51型速凝剂初凝时间温度25 ℃比温度20 ℃时间缩短了1 min 25 s、终凝时间缩短了3 min 25 s。因此温度越高,凝结时间越快;温度越低,凝结时间越慢。速凝剂温度影响柱状图见图4。

图4 温度影响柱状图

表4 不同温度/湿度净浆凝结时间 单位:min:s

表4中KRS-4型速凝剂初凝时间湿度30%比湿度60%时间延长了0 min 46 s、终凝时间延长了2 min 11 s;SW-18型速凝剂初凝时间湿度30%比湿度60%时间延长了0 min 24 s、终凝时间延长了0 min 55 s;GRT-51型速凝剂初凝时间湿度30%比湿度60%时间延长了1 min 28 s、终凝时间延长了3 min 36 s。因此湿度越小凝结时间越快,湿度越大凝结时间越慢。速凝剂湿度影响柱状图见图5。

图5 湿度影响柱状图

3 结 语

(1)在标准规范中要求用基准水泥对速凝剂进行试验,判定其是否合格,由于工程用水泥与基准水泥之间的差异,实际应用中可能出现以下情况。

①经过检测合格的速凝剂,应用中却无法在设计要求的时间内凝结,导致无法继续施工。

②经过检测机构检验不合格的速凝剂,在实际应用中却符合设计要求。因此:要验证实际施工中的水泥与速凝剂的相容性。或者送检速凝剂时应把工程中实际使用水泥一起送检进行试验,以此水泥来判定速凝剂的凝结时间是否合格,来指导工程施工具有重要的意义。

(2)速凝剂的掺量也会影响净浆凝结时间,一般情况下,掺量大凝结时间会缩短,但相应的喷射混凝土施工速度也会更快,但和易性会较差,因此适宜的掺量对施工现场的和易性也存在很大影响。

(3)由于不同的季节工地现场的温、湿度不同:夏季温度高空气干燥,凝结时间快;雨季空气湿度大,凝结时间慢,这些因素一定程度上会影响凝结时间,因此施工现场要合理安排工期,来保证喷射混凝土施工时取得较好的效果。