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        兩種不同體系無(wú)堿液體速凝劑的性能研究

        2020-06-15 02:41:02竹鵬翔潘月欠潘智江宋振發(fā)1山西黃騰化工有限公司04405山西眾諾和建材有限公司04405山西榮誠(chéng)建材檢測(cè)有限公司04405
        河南建材 2020年4期
        關(guān)鍵詞:無(wú)堿硫酸鋁速凝劑

        竹鵬翔 潘月欠 潘智江 宋振發(fā)1山西黃騰化工有限公司(04405) 山西眾諾和建材有限公司(04405])山西榮誠(chéng)建材檢測(cè)有限公司(04405)

        0 引言

        速凝劑在我國(guó)工程建設(shè)中用量巨大。主要用于高鐵、地鐵、高速公路等隧道修建。與傳統(tǒng)干法噴射混凝土工藝相比較,濕法噴射混凝土具有施工效率高、施工環(huán)境污染小、回彈率低等優(yōu)點(diǎn),正逐步取代傳統(tǒng)的干法噴射混凝土工藝。濕法噴射混凝土中采用的速凝劑為液體,目前我國(guó)市場(chǎng)上的液體速凝劑有兩種:一種是有堿速凝劑,一種是無(wú)堿速凝劑。有堿速凝劑具有長(zhǎng)期儲(chǔ)存穩(wěn)定性良好、摻量低、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn),但因其堿含量高(有的產(chǎn)品達(dá)20%以上),對(duì)人體腐蝕性極大;混凝土收縮大,后期強(qiáng)度損失較大(28 d強(qiáng)度損失達(dá)30%左右)。而無(wú)堿液體速凝劑解決了傳統(tǒng)速凝劑堿含量高的問(wèn)題,降低了噴射混凝土發(fā)生堿集料反應(yīng)的可能性,摻無(wú)堿液體速凝劑混凝土28 d抗壓強(qiáng)度比可達(dá)90%以上。此外,無(wú)堿液體速凝劑無(wú)腐蝕性,施工環(huán)境友好,對(duì)施工人員傷害小。因此,無(wú)堿液體速凝劑取代堿性速凝劑是大勢(shì)所趨。與堿性液體速凝劑相比,無(wú)堿液體速凝劑使混凝土后期強(qiáng)度得到了提升,但與空白混凝土相比,摻無(wú)堿液體速凝劑混凝土后期強(qiáng)度還會(huì)有不同程度下降。未來(lái)無(wú)堿速凝劑終將代替有堿速凝劑。文章通過(guò)氫氟酸體系與硫酸鋁鹽+醇胺體系的分析對(duì)比,探討無(wú)堿液體速凝劑的發(fā)展方向。

        1 試驗(yàn)部分

        1.1 原材料

        硫酸鋁:三氧化二鋁≥16%;氫氟酸:含量≥40%;氫氧化鋁:三氧化二鋁≥64%;硫酸鎂;氟化鈉;氟硅酸鎂;氟硅酸鈉;三乙醇胺;調(diào)節(jié)劑;懸浮劑等。所有原材料均為工業(yè)級(jí)。

        1.2 試驗(yàn)儀器

        恒溫水浴鍋;溫度計(jì);可調(diào)速攪拌裝置;四口燒瓶;四氟反應(yīng)裝置;電子天平;酸度計(jì)等。

        1.3 合成工藝

        1)用氫氟酸、氫氧化鋁、硫酸鋁、氟化鈉、三乙醇胺等在常溫條件下合成一種淡黃色透明無(wú)堿液體速凝劑,記為1#。(合成過(guò)程中,有大量刺激性白色煙氣冒出,污染環(huán)境。)

        2)用硫酸鋁、硫酸鎂、氟硅酸鈉、氟硅酸鎂、懸浮劑、調(diào)節(jié)劑、三乙醇胺等在60℃~70℃條件下合成一種乳白色無(wú)堿液體速凝劑,記為2#(合成全過(guò)程無(wú)三廢排出,對(duì)環(huán)境友好)。

        1.4 檢測(cè)方法

        兩種無(wú)堿液體速凝劑均按照GB/T 35159—2017《噴射混凝土用速凝劑》檢測(cè)。

        表1 勻質(zhì)性指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

        圖1 不同時(shí)間的穩(wěn)定性

        1)由上圖和表1可見(jiàn),兩種不同體系的無(wú)堿液體速凝劑的勻質(zhì)性指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),1#氫氟酸體系的兩項(xiàng)指標(biāo)(堿含量、pH值)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的極限。

        2)凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)選用9種水泥進(jìn)行檢測(cè),除基準(zhǔn)水泥外,其他8種均取自工程一線的P·O42.5水泥,速凝劑摻量統(tǒng)一為8%。

        表2 凈漿凝結(jié)時(shí)間檢測(cè)結(jié)果

        表3 砂漿強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

        由表2、表3可知:

        1#樣雖然凝結(jié)時(shí)間短,但1 d強(qiáng)度很低,用其拌制的不同水泥砂漿1 d強(qiáng)度無(wú)一滿足GB/T 35159—2017《噴射混凝土用速凝劑》要求。

        2#樣的初凝、終凝時(shí)間雖然都比1#樣長(zhǎng),但都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,只有極個(gè)別水泥初、終凝時(shí)間接近標(biāo)準(zhǔn)極限值。砂漿試塊1 d抗壓強(qiáng)度、28 d抗壓強(qiáng)度比均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

        2 結(jié)論

        通過(guò)兩種不同方法制備的不同體系的無(wú)堿液體速凝劑的對(duì)比,得出如下結(jié)論:

        1)氫氟酸體系的無(wú)堿液體速凝劑凝結(jié)時(shí)間短但是強(qiáng)度低,且生產(chǎn)原料氫氟酸具有強(qiáng)烈的刺激性與腐蝕性,嚴(yán)重傷害人的皮膚和骨骼。

        2)氫氟酸體系的無(wú)堿液體速凝劑在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量有毒的白色煙氣,不僅嚴(yán)重危害工人的生命安全,還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染,在當(dāng)前嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)下,如不能探索出安全環(huán)保的生產(chǎn)工藝并有效地解決生產(chǎn)過(guò)程中的安全和排污問(wèn)題,必將被市場(chǎng)所淘汰。

        3)硫酸鋁鹽+醇胺體系無(wú)堿液體速凝劑的凝結(jié)時(shí)間合適、黏度較小;混凝土后期強(qiáng)度損失小;堿含量很低,不易產(chǎn)生堿骨料反應(yīng)與堿收縮;但適應(yīng)性較差,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)時(shí)間不合適的情況??傮w來(lái)說(shuō),其性能優(yōu)于氫氟酸體系的無(wú)堿液體速凝劑。

        3 思考

        3.1 摻量與穩(wěn)定性

        無(wú)堿液體速凝劑的摻量都比較大,要想降低摻量就必須提高硫酸鋁的溶解度,但溶解過(guò)度的硫酸鋁速凝劑的穩(wěn)定性又會(huì)降低,這是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。

        3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        檢測(cè)合格的速凝劑在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)又出現(xiàn)或多或少的問(wèn)題,究其原因,大致有以下幾點(diǎn):

        1)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)采用固定的水灰比(W/C=0.35),然而現(xiàn)場(chǎng)采用固定的塌落度,濕拌法噴射混凝土塌落度應(yīng)控制在不大于180 mm(TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》)。但現(xiàn)場(chǎng)工人為施工方便而采用200 mm塌落度,用水量的盲目增加使得實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)合格的速凝劑在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)、回彈大等問(wèn)題。

        2)施工現(xiàn)場(chǎng)配置的噴射混凝土拌合物添加了一定量的緩凝劑和減水劑,有的施工方為了施工方便,在混凝土預(yù)拌時(shí)還會(huì)添加一些聚羧酸保坍劑,速凝劑與這些外加劑的適應(yīng)性也是當(dāng)前我們優(yōu)先考慮的方向。

        3)實(shí)際施工中攪拌站距離隧道和礦井現(xiàn)場(chǎng)較遠(yuǎn),再加上混凝土運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后的等待噴射時(shí)間,使水泥產(chǎn)生一個(gè)“預(yù)水化”過(guò)程,影響速凝劑使用效果,造成回彈量大等問(wèn)題。

        4)不同水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量不一致,需水量大的水泥,其檢測(cè)合格,但現(xiàn)場(chǎng)回彈量大;需水量小的水泥,其檢測(cè)可能不合格,不能在現(xiàn)場(chǎng)使用。

        3.3 探討方向

        目前GB/T 35159—2017《噴射混凝土用速凝劑》中,只對(duì)堿含量、氯離子的值做了明確限量,氫氟酸體系的無(wú)堿液體速凝劑中的F-對(duì)混凝土的耐久性的影響也是巨大的,除了對(duì)環(huán)境造成污染,還會(huì)影響噴射混凝土的耐久性,尋找出安全可靠的原材料生產(chǎn)性?xún)r(jià)比高的無(wú)堿液體速凝劑,是我們應(yīng)該研究和探討的方向。

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