李崇智，樊德慶，章超

（北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，北京 100044）

0 引言

速凝劑是噴射混凝土使用的外加劑。濕法噴射混凝土由于回彈量低，對施工環(huán)境污染小，施工效率較高所以正逐漸取代傳統(tǒng)干法噴射混凝土。有堿速凝劑對施工人員身體的損傷較大，而且過量的堿金屬離子引入極易使混凝土后期產(chǎn)生堿骨料反應(yīng)，嚴(yán)重影響混凝土的后期抗壓強度[1-2]。

無堿速凝劑因為能保證噴射混凝土后期的強度并且可以提高混凝土的抗?jié)B性能，逐漸被應(yīng)用[3-4]。液體無堿速凝劑的使用引入大量Al3+和SO42-，它們與水泥中的C3A、石膏迅速反應(yīng)得到大量的鈣礬石AFt，伴隨著大量水化熱使水泥漿體溫度快速升高，促進(jìn)C3S的水化，致使水泥漿體在短時間內(nèi)凝結(jié)硬化。

速凝劑的摻量增加使得Al3+和SO42-數(shù)量增加，水泥早期水化產(chǎn)物鈣礬石的量增加，液相中的Ca2+同時被大量消耗，大大促進(jìn)了水泥的水化，凝結(jié)時間進(jìn)一步縮短。本研究開發(fā)了一種新型無堿液體速凝劑ALQA-3，其在不同牌號的P·O42.5水泥中摻量為8%時，性能符合JC 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》規(guī)定的合格品要求。

1 試驗

1.1 原材料

（1）合成原材料

丙烯酸、HPEG聚醚大單體、過硫酸銨、α-氫氧化鋁、十八水硫酸鋁、三乙醇胺：均為分析純。

（2）試驗材料

砂：ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂；水：自來水；水泥：基準(zhǔn)水泥、P·O42.5 金盾水泥、P·O42.5冀東水泥、P·O42.5金隅水泥。

1.2 速凝劑的合成方法

（1）將20 g丙烯酸、100 gHPEG聚醚大單體大單體，400 g水加入2 L三口燒瓶中攪拌，加熱至65℃投入1.0 g 20%的過硫酸銨，攪拌45 min后再加入30 g α-氫氧化鋁，得到聚羧酸鋁鹽分散劑。

（2）分別取聚羧酸鋁鹽分散劑 0、125、250、375、500 g，加水稀釋至500 g后，再加入750 g十八水硫酸鋁，在65℃條件下保溫攪拌2 h，再加入10 g三乙醇胺，保溫攪拌30 min，自然冷卻，得到淡黃色透明無堿液體速凝劑。

1.3 性能測試方法

速凝劑性能參照J(rèn)C 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚羧酸鋁鹽對速凝劑穩(wěn)定性及速凝效果的影響

某些化學(xué)試劑摻量適當(dāng)時，對硫酸鋁系速凝劑的穩(wěn)定性改善明顯。把適量有機(jī)酸絡(luò)合劑加入到過飽和硫酸鋁溶液中，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)完全。試驗探討不同含量的聚羧酸鋁鹽對速凝劑穩(wěn)定性和速凝效果的影響，試驗時速凝劑摻量均為水泥質(zhì)量的6%，凈漿水灰比為0.4，試驗結(jié)果見表1。

表1 聚羧酸鋁鹽含量對速凝劑的穩(wěn)定性及速凝效果影響

由表1可見：

（1）隨著聚羧酸鋁鹽含量增多，速凝劑的穩(wěn)定性提高。這是由于有機(jī)酸絡(luò)合劑增多，能絡(luò)合更多鋁離子，降低了鋁離子的過飽和度，不易從溶液中結(jié)晶析出。

（2）水泥凈漿的凝結(jié)時間隨著聚羧酸鋁鹽含量增多，先縮短后延長，聚羧酸鋁鹽的最佳含量在29.8%～39.7%，凝結(jié)時間能夠較好滿足技術(shù)要求，并且速凝劑可以存放90 d以上無沉淀，保持了產(chǎn)品的均勻穩(wěn)定性?？梢?，速凝劑ALQA-3能基本符合JC 477—2005要求。

2.2 速凝劑ALQA-3摻量對水泥性能的影響

速凝劑的摻量是噴射混凝土施工首先要確定的參數(shù)，關(guān)系到噴射混凝土的凝結(jié)時間、回彈量及早期強度等技術(shù)指標(biāo)。采用基準(zhǔn)水泥試驗了不同摻量ALQA-3對水泥的影響，試驗結(jié)果見表2。

表2 ALQA-3摻量對基準(zhǔn)水泥性能的影響

由表2可見：速凝劑ALQA-3摻量為6%時，初凝時間為4 min30 s，終凝時間為12 min5 s，符合JC 477—2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合格品要求；ALQA-3摻量達(dá)到8%以上時，全部滿足初凝時間≤3 min、終凝時間≤8 min、1 d抗壓強度≥7.0 MPa、28 d抗壓強比≥75%，符合JC 477—2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一等品要求。

2.3 速凝劑ALQA-3與不同水泥的適應(yīng)性

選擇3種不同品牌的P·O42.5水泥及基準(zhǔn)水泥，摻入8%的速凝劑ALQA-3，測試ALQA-3對不同水泥的適應(yīng)性，結(jié)果見表3。

表3 速凝劑ALQA-3對水泥的適應(yīng)性試驗結(jié)果

由表3可見，對比基準(zhǔn)水泥，無堿液體速凝劑ALQA-3與不同品牌P·O42.5水泥的適應(yīng)性良好。ALQA-3在不同種類水泥中使用時速凝效果有所不同，原因是不同種類水泥礦物的組成存在差異，所以在噴射混凝土施工前必須進(jìn)行水泥適應(yīng)性試驗，確定最經(jīng)濟(jì)的摻量。

3 結(jié)論

（1）聚羧酸鋁鹽含量小于10%時，速凝劑的穩(wěn)定性隨聚羧酸鋁鹽含量增大而提高，但對于相同速凝劑摻量6%的情況，凈漿的凝結(jié)時間先縮短后延長，聚羧酸鋁鹽的最佳含量為29.8%～39.7%。

（2）新型無堿液體速凝劑ALQA-3摻量為8%時，基準(zhǔn)水泥的初凝時間為2 min 45 s、終凝時間7 min 30 s，1 d抗壓強度達(dá)到12.4 MPa，28 d抗壓強度比為113%，符合JC 477—2005規(guī)定的一等品技術(shù)要求。

（3）ALQA-3與不同種類的水泥適應(yīng)性良好，在P·O42.5水泥中摻量為8%時，可以使水泥凈漿的凝結(jié)時間及砂漿的抗壓強度均符合JC 477—2005規(guī)定的合格品技術(shù)要求。