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速凝剂

来源: 时间:2019-06-25 17:08:13 浏览次数:

速凝剂作为外加剂的一种,在使用中主要起到使喷射混凝土速凝快硬,减少回弹损失,防止喷射混凝土因重力引起脱落,提高在潮湿或含水岩层中使用的适应性能,适当加大一次喷射厚度和缩短喷射层间间隔时间的作用。

速凝剂作为外加剂的一种,在使用中主要起到使喷射混凝土速凝快硬,减少回弹损失,防止喷射混凝土因重力引起脱落,提高在潮湿或含水岩层中使用的适应性能,适当加大一次喷射厚度和缩短喷射层间间隔时间的作用。

速凝剂是一种非常重要的混凝土外加剂,它能显著缩短混凝土由浆体变为固态所需时间,在几分钟内可以使之失去流动性并硬化,十几分钟即可达到终凝,早期强度高。这种加速水泥硬化速度的特性使它在矿山、铁路、水利、工业与民用建筑和国防工程中都有广泛应用。

由于速凝剂的特有性能,使它成了喷射混凝土的组成材料之一,特别是随着地下工程数量的增加和作用的不同,速凝剂作为混凝土的组成材料,在某种施工条件下是必不可少的。近年来,喷射混凝土技术不仅在岩土工程和地下工程建设得到迅速发展,而且在地面建筑结构补强、岩土边坡加固、耐火防护工程和薄层结构等特种结构施工中也得到广泛应用,因其的功能和施工的简单易行,喷射混凝土技术的应用愈来愈广泛。随着喷射混凝土技术在岩土工程中的广泛应用和速度发展,人们开始重视混凝土速凝剂的研究。速凝剂能够使喷射料快速凝结,防止喷层在重力作用下大量脱落,使混凝土迅速达到一定的强度并及早形成具有一定支撑能力的支护层来满足喷射混凝土工程的特殊要求。

国外对喷射混凝土用速凝剂的研究始于20世纪30年代,已有70多年的历史,形成了不少优良的产品。许多产品是利用三废及大量廉价的工业副产品变废为宝,降低了成本。近几年来发达多以“湿喷”工艺代替“干喷”和“潮喷”,回弹和粉尘打的问题不如我国严重,但他们在研究改变喷射混凝土喷射机具的同时,也从未间断对新型速凝剂的研究。

我国自20世纪60年代开始研究速凝剂至今已近40余年的研究应用历史,首先是原中国科学院力学所建材室研制成功红星一型速凝剂,后来冶金、煤炭、化工、铁道、建材等部门都投入相当的人力物力进行研究开发,并取得了一些进展。但与世界水平相比还有一定的差距。到目前为止,喷射混凝土用速凝剂的开发应用大致经历了两个阶段:阶段主要以铝氧熟料、纯碱或石灰岩为主要原料的无机物类速凝剂;第二阶段则以添加具有特定功能的有机材料制成复合型速凝剂。

阶段:纯无机物类速凝剂。这类产品国内外品种繁多,是目前国内应用为广泛的一类。这类产品在国外开发时间较早,主要是以工业铝酸盐、碳酸盐和硅酸盐等组分单独掺加或经烧结粉磨工艺后混合而成,比较的产品有联邦德国的特里可扎尔(Tricosal)和依索格瑞特(Isecret),日本的海得库斯和速凝P-500,瑞典的西古尼特(Sigunit)和西卡(SIKA),前苏联的恩卡(HKA)和奥艾斯(Oec)等。我国现有速凝剂生产厂家30多家,大多生产这类产品,大多数是以铝氧熟料为主要成分加入一定比例的纯碱配制而成,主要品种有红星一型(1966)、711型(1971)、尧山型(1973)、阳泉一型(1974)、782型(1978)、J85型(1985)、D型(1989)等。在添加方式上,我国多以铝氧熟料和纯碱为基础的粉状速凝剂应用为主,国外发达大多以铝酸盐和硅酸盐为基础的液体速凝剂的应用为主。这类产品呈碱性且使混凝土后期强度损失,如特里克扎尔、依索格瑞特、海得库斯、西古尼特、西卡、恩卡、奥艾斯等,其28d强度保留率只有60%~70%。 前苏联研制过以煅烧明矾石为主要原料的速凝剂,它使28d强度保留率达73%~89%。我国研制的此类产品含碱量普遍较高,掺量一般占水泥重量的4%~5%,后来研制的782型和D型速凝剂含碱量较低,但掺量一般需5%~8%以上甚至更高才能满足凝结时间的要求,其28d强度保留率在65%~85%左右。在这类速凝剂产品中,欧洲和日本曾经出现过以水玻璃为主要成分的液态速凝剂,前苏联生产过以碱金属为主的可溶性速凝剂,但它们均存在碱性偏高和混凝土后期强度保留率偏低等问题。中国矿业学院研制过KR-P、Z型速凝剂,其28d强度保留率不足80%。该院于1993年研制的以硫酸铝和氧化钙为主要成分的可溶速凝剂降低了速凝剂碱性,但未能克服氯离子对钢筋的腐蚀影响及硫酸铝用量偏大的缺点,其工业运用效果尚未有过报道,亦需进一步研究。

第二阶段:含有机高分子材料的增稠剂等成分的复合型速凝剂。国外自20世纪80年代以来开发了喷射混凝土添加有机高分子材料的新技术,并相继有一些产品问世。日本研制过丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物作为喷射混凝土粉尘抑制剂,随后研制出甲基丙烯酸及其酯同丙烯酰胺共聚物的水解产物,加入聚乙烯醇醚类非离子表面活性剂及其硫酸酯的防尘剂,掺一定量的水泥,使粉尘可以降低22%左右。这类添加剂有的是使用时与速凝剂一起使用,有的是在生产速凝剂时加入从而制成复合型速凝剂。日本亦研制出喷射混凝土用酯化纤维素类添加剂,掺量1%~2%,具有良好的抑制粉尘的作用。联邦德国研制的粉状Silipon  SPR6型添加剂,加入水泥重量的0.13%左右可使粉尘浓度降低85%以上,还可使回弹损失降低,它使28d抗压强度降低15%。

近年由德国地下交通设施研究会(STUVA)开发了干喷新型防尘剂也有良好的降尘效果。联邦德国207719报道过一种速凝剂由三乙醇胺、部分造化的聚丙烯酰胺按水泥一定重量加入,凝结时间较短,28d抗压强度有所提高。前苏联也有过这方面得研究应用,使用水溶性聚合物等作为添加剂用于喷射混凝土和聚合物混凝土中。目前奥地利、瑞士等使用的Delvo系列喷射混凝土添加剂是复合型速凝剂的新的发展,Delvo系列由稳定剂防止水泥絮凝生成水化物而硬化,能存放相当长的时间。活化剂的作用相当于速凝剂,在喷嘴处加入一定量。Delvo系列主要为湿喷研制,也可用于干法,它克服了加入添加剂后混凝土拌合物不能较长时间存放的不足。参入Delvo稳定剂可使未用完的料第二天接着使用,另外他能使回弹降低50%左右。国外也有过以减水剂掺入硅粉或加入水玻璃、铝酸钾等作喷射混凝土复合速凝剂的报道。

建设建筑研究总院1985年率先开展这方面的研究工作,近几年煤炭、铁道、化工等部门正相继进行这一领域的研究。研制过程基本上都试图利用天然或合成的水溶性高分子材料改变混凝土喷料的粘稠度来满足喷射混凝土施工的特殊要求。我国XX化工研究院研究过丙烯酰胺-丙烯酸等共聚物为主的喷射混凝土添加剂;XX建筑研究院研制过8604型添加剂;这两者在喷射施工时能使回弹有所降低,但均需掺入一定量的782型速凝剂混合使用,导致后期强度损失大。XX先后研究过液态和粉状速凝剂,具有不易冻和添加方便的优点,试喷有一定的减弹效果,但速凝剂成本较高,且使混凝土强度降低30%左右,XX研究总院研究过添加羧甲基纤维素钠的减弹降尘剂,试喷表明虽有一定减弹效果但在现场实际应用中混凝土28d抗压强度只有20Mpa左右,后期强度降低较大。

总的来说,我国在这一领域的研究尚属初步阶段。近几年国内亦有过掺加减水剂的复合速凝剂的研究。X矿山研究院研究过掺减水剂FDN或NF的减水型复合速凝剂;X炉料场研究过以减水剂、偏铝酸钠、硅粉和矾泥等位原料,经烧结、粉磨制成的复合型速凝剂;X岩土所研究过以聚乙烯醇甲醛缩合物与膨润土等作添加剂用于增强、增塑喷射混凝土技术,这类研究能使混凝土后期强度保留率有所提高,但仍未能克服喷射混凝土施工中回弹率高、粉尘大的不足。X矿业大学土木教研室研制的IVA型液体速凝剂,掺加一定的水泥重量,即可满足凝结时间的要求,由速凝组分、增黏组分和捕尘组分组成,能降低回弹量和粉尘浓度,掺加后混凝土后期强度损失较小。目前我国喷射混凝土速凝剂的发展与世界水平还有一定差距,主要表现在:

(1)掺入速凝剂后混凝土强度消弱大。实际施工中混凝土喷层后期强度有一定程度损失甚至更大,给工程质量带来潜在的隐患。造成这一结果的原因是多方面的,而速凝剂自身带来的强度损失是主要的。煤矿井下实际调查表明,大多数喷射混凝土抗压强度只有15~20Mpa。

(2)我国使用的喷射混凝土用速凝剂碱性较高,碱性大一方面造成对施工人员腐蚀大,另一方面降低混凝土强度。X公司供应局7个速凝剂定点厂统计表明,每生产1t速凝剂平均耗碱量330kg,占生

产成本5%。我国速凝剂普遍PH值>11。

(3)速凝剂降低粉尘、降低回弹率、降低粉尘的效果欠佳。实际中现场回弹率达30%甚至更大,远不足锚杆喷射混凝土支护技术规范(GBJ 86—85)规定边墙及拱部回弹不大于15%和25%要求;粉尘含量达50mg/m3甚至更高,也大大超过规范作业区粉尘浓度不大于10mg/m3的要求。虽然这两者受施工方法和工艺中众多因素的影响,但是在国内力图以速凝剂来减少回弹、降低粉尘的目的并未真正达到。而从理论上讲,速凝剂在这方面能做的贡献是不可低估的。前述日、德、美国等发达在这一领域所作的研究值得借鉴。

(4)不同程度地村杂技综合性能不理想的不足。主要表现为:使喷层吸水性大,造成喷层质量低劣,干缩率较大,喷层抗渗性差,耐腐蚀性差,配合比不够理想,相容性不够理想,对不同水泥的适应性差,成本偏高等。

喷射混凝土:

喷射混凝土是一种以压缩空气为动力,将混凝土集料通过管道和喷嘴,把混凝土浆体直接喷射到岩石或结构物表面,并能在数分钟内凝结硬化的混凝土。

国外早在20世纪40年代初就开始研究、应用喷射混凝土技术。瑞士、联邦德国、日本等国相继生产出了可以喷射含有粗骨科拌和物的喷射机械,与此同时研制成功了喷射混凝土用的速凝剂,这样就大大提高了喷射的速度和厚度,同时增加了强度和减少了回弹。

我国从20世纪50年代开始使用喷射水泥砂浆来作为矿山开巷围岩表面的隔离防护层。1965年铁道部开始使用喷射混凝土技术,随后原冶金部等也相继在矿山、隧道中使用喷射混凝土。同时速凝剂也研制生产出来了,喷射混凝土用于承重结构材料,在矿井、隧道等广泛用于支护工程中。同时还大量用于薄壳结构、深基坑护壁、旋喷桩加固地基、边坡加固等工程,使喷射混凝土技术应用面更加广阔。

喷射混凝土的特点:

喷射混凝土的特点就是其的施工方法。由于这种施工方法的不同,使它区别于普通的混凝土。从原材料配合比到施工机具、施工方法、混凝土的物理力学性能、混凝土外加剂等都有其特点。

喷射混凝土的施工方法是利用喷射机将混凝土在一定的压力下喷射到施工部位,在很短的事件内即能凝结硬化,使被喷射的岩石或结构物得到加强和保护。

用混凝土喷射机进行喷射混凝土施工,施工简便易行,可以不用模板或只用单面模板。节省支模、浇筑和拆模工序,节约了模板材料。喷射施工把混凝土密度高、强度和抗渗性好,施工时可通过输料管在高空或狭小工作区间向任意方向施工薄壁结构。施工方法简单、机动、灵活、用途较广,经济效果也好,使施工的总衬砌成本约降低30%左右,因此得到了广泛应用。

具体的喷射施工方法又可分为干式和湿式喷射混凝土,通常多使用干法施工。

干式是用喷射机压送干拌和料,在喷嘴处加水加压喷出,干喷射施工时粉尘较大,施工条件较差,喷射到工作面后回弹较大,多时可达到30%左右。

湿式是将一定比的水灰的混凝土拌合物,输送至喷嘴处加速凝剂加压喷出。湿式喷射混凝土施工,可以使工作面附近空气中德粉尘含量降低到2mg/m3以下,合乎规定的卫生标准,混凝土的回弹可减少到5%~10%。既可改善工作条件,又可降低原材料消耗。但它的主要缺点是:混凝土拌合物容易在输送管中凝固和堵塞,造成清洗麻烦。

为改善干喷的缺点,现在将干法的集料在“微潮”状态下输送到喷嘴处再加水加速凝剂加压喷出,这也可称为半干法。此法粉尘要小些,回弹率也可降至10%~20%。

喷射混凝土必须加入速凝剂,所以选择水泥时,要注意水泥与速凝剂的相互匹配,选择不当时可能出现“急凝”、“缓凝”或者初、终凝间隔过长等问题。一般可选用以下水泥。

①硅酸盐和普通硅酸盐水泥:其标号≥425#,喷射时应掺用速凝剂。

②矿渣硅酸盐水泥:标号应≥425#,应掺速凝剂。但因矿渣较多,终凝可能滞后些,应当在使用前经过试验,合适再用。

③喷射水泥:是一种不用掺速凝剂就能用于喷射混凝土的具有速凝和早强特性的水泥。

④双快水泥:具有速凝和快硬作用,是硅酸盐水泥的新发展。它与水作用,几分钟内就可凝结硬化。但仍需掺用硬化剂或速凝剂。表为双快水泥性能表。

双快水泥性能表

水灰比

凝结时间

早期抗压强度/MPa

初凝

终凝

30min

60min

120min

无外加剂

0.37

0.43

0.49

 

4'00"

6'00"

9'27"

 

12'30"

>15'00"

>15'00"

0.5%硬化剂+0.5%碱粉

0.37

0.43

0.49

 

1'45"

2'45"

6'15"

 

4'55"

8'15"

22'00"

 

5.1

3.4

 

7.8

7.2

 

9.2

9.7

1.0%硬化剂+1.0%碱粉

0.37

0.43

0.49

 

1'47"

2'23"

3'57"

 

5'01"

7'02"

14'45"

 

2.6

2.5

 

2.6

2.5

 

9.1

9.3

①因凝结时间太慢,未测。

⑤超早强水泥:超早强水泥为硫酸铝盐水泥,但亦需掺速凝剂。

总的来说仍以第①、②种水泥用量多,后3种则因产量和不易保存而给使用带来不便。

⑥其他集料:砂子宜用细度模数大于2.5的坚硬中、粗砂,用天然石英砂,不宜用细砂,粒径小于0.75mm的砂粒应小于20%。砂子含水可以高些,在6%8%均可,以减少粉尘。

⑦石子:卵石或碎卵石都可以,卵石表面光滑有利于输送,且卵石需水量小、强度好。

喷射混凝土的施工机具:

喷射混凝土质量的好坏很大程度决定于施工机具。主要机具有喷射机、空气压缩机、拌料机等,主要的是喷射机。喷射机要求结构简单、性能可靠、经久耐用、便于维修、价格便宜等。常用的有双罐式混凝土喷射机、螺旋式混凝土喷射机、转子式混凝土喷射机。其主要技术性能列于表为:

常用混凝土喷射机的型号与技术性能

项目

双罐式

螺旋式

转子式

 

冶建-65

HP-1

WD-25

SP-2

ZPG-2

HPZ-30B

SP-3

HP-7430

 

生产能力/m3/h

工作压力/Mpa

耗风量/(m3/min)

输料管内径/mm

骨科粒径/mm

输送距离/m

水平

垂直

电动机功率/kW

外形尺寸(长**高)/mm

机身质量/kg

研制单位

4

0.12-0.6

7-8

50

25

 

200

70

2.8

1600*850*1630

1100

原冶金建筑研究总院

4-5

0.15-0.6

9

50

25

 

240

60

3

1840*970*1660

1000

上海水工机械厂

4

0.12-0.6

6-8

50

25

 

200

70

5.5

1600*850*1630

1100

河南焦作矿业学院实习工厂

4-5

0.3-0.5

5-10

50

25

 

200

60

4

1250*750*1435

650

原冶金部长沙矿山研究院

3-7

0.3-0.5

7-8

50

25

 

200

60

5.5

1352*774*1160

920

原煤炭萍乡矿务局

3-5

0.1-0.6

7-10

50

30

 

200

80

4

1430*868*1375

700

湖南常德机械厂

2-5

0.1-0.5

6-10

50

25

 

200

60

4

1390*890*952

700

原冶金部长沙矿山研究院

2-6

0.1-0.5

10

50

30

 

200

100

7.5

1500*1000*1600

800

江苏扬州市机械厂

速凝剂的作用机理:

由于速凝剂是由复合材料制成,同时又与水泥的水化反应交织在一起,其作用机理较为复杂,这里只就其只要成分的反应加以阐述。

铝氧熟料、碳酸盐型作用机理:

作用机理如下:

Na2CO3+CaO+H2O——CaCO3+2NaOH

NaAlO2+2H2O——Al(OH)3+2NaOH

2NaAlO3+3CaO+7H2O ——3CaAl2O3·6H2O+2NaOH

2NaOH+CaSO4——Na2SO4+Ca(OH)2

碳酸钠、铝酸钠与水作用都生成NaOH,氢氧化钠与水泥浆中石膏反应,生成Na2SO4,而使浆体中SO  降低。石膏石起缓凝作用的,由于石膏消耗而使水泥中的C3A的水化又迅速生成钙矾石而加速了凝结硬化。另一方面大量生成NaOH、Al(OH)3、Na2SO4,这些都具有促凝、早强作用。速凝剂中德铝氧熟料(NaAlO3)及石灰,在水化初期就产生强烈的放热反应,使整个水化体系温度大幅度升高,促进了水化反应的进程和强度的发展。此外在水化初期,溶液中生成的Ca(OH)2、       等组分结合而生成高硫型水化铝酸钙(钙矾石),又使Ca(OH)2浓度下降,从而促进了C3S的水解,C3S迅速生成了水化产物-水化硅酸钙胶。迅速生成的水化产物交织搭接在一起形成网络结构晶体,即混凝土开始凝结。

铝氧熟料、钙矾石型作用机理:

作用机理如下:

Na2SO4+CaO+H2O——CaSO4+2NaOH

CaSO4+2NaOH——Ca(OH)2+2NaOH

NaAlO3+2H2O——Al(OH)3+NaOH

2NaAlO2+3CaO+7H2O——3CaAl2O3C·6H2O+2NaOH

   大量生成的氢氧化钠、消耗了溶液中   ,促进了C3A的水化反应。大量放热反应促进了水化物的形成和发展。Al(OH)3、Na2SO4具有促进水化作用,使C3A迅速水化生成钙矾石而加速凝结硬化。钙矾石生成进一步降低了液相中Ca(OH)2浓度,又促使了C3S的水化,生成水化硅酸钙凝胶,由此而产生了强度。故这种速凝剂分类为铝氧熟料、钙矾石型,主要是早期形成钙矾石而促进凝结。

   水玻璃型作用机理:

   以硅酸钠型为主要成分的速凝剂,主要是硅酸钠与氢氧化钙反应:

   Na2O·nSiO2+Ca(OH)2——(n-1)SiO2+CaSiO3+2NaOH

   反应中生成大量NaOH,如前所述促进了水泥水化,从而迅速凝结硬化。

   速凝剂的种类与性能:

   速凝剂的作用是使混凝土喷射到工作面上后很快就能凝结。因此速凝剂必须具备以下几种性能:

   ①使混凝土喷出后3—5min内初凝,10min之内终凝;

   ②有较高的早期强度,后期强度降低不能太大(小于30%);

   ③使混凝土具有一定的黏度,防止回弹过高;

   ④尽量减小水灰比,防止收缩过大,提高抗渗性能;

   ⑤对钢筋无腐蚀作用。

   根据速凝剂的性质和状态,大致可以分为无碱(低碱)粉状、有机无机复合型速凝剂和液态速凝剂三大类。

   粉状速凝剂:

自20世纪60年代初粉状速凝剂研制成功并通过有关技术鉴定,相继有多种产品问世,并投入商品化、产业化生产,广泛应用于喷射混凝土工程中,以及用在灌浆止水或部分修补工程中。

日本Nitto化学工业有限公司采用碱金属硫酸盐或碳酸盐再加入一种水溶性铝盐或碳酸镁合成速凝剂。Hirose等研制的一种速凝剂,有一定成分的铝酸钙、铝酸钠和碳酸钠,其中碳酸钠和铝酸钙的粒度均小于149um。该速凝剂到一定掺量时,水泥浆初凝时间为40s,终凝时间为4min,1d抗压强度为16Mpa。

美国使用钙盐和铝盐代替碱速凝剂来研制和生产无碱速凝剂,早期使用的CaCl2及时其中的一例。但Clˉ的引入会引起混凝土中德钢筋锈蚀,所以CaCl2现已不再作喷射混凝土速凝剂。Harald使用一种改性材料做速凝剂,以多种材料和副料为主。

实践证明,无碱(低碱)速凝剂确实能大大减少混凝土后期强度损失。但是,施工中往往存在速凝剂对水泥种类适应性差、料浆和易性差、扬尘和回弹大等问题。

高星公司的新产品——复合速凝剂:

其主要速凝成分为铝氧熟料等,其中NaAlO2含量达到一定量经过煅烧而成。

这种速凝剂生产方法:是将多种材料按一定的比例配置成生料。将生料在1300℃左右的高温下煅烧。煅烧成熟料后其有效成分主要是铝酸钠等。孰料再加一定的辅料经球磨机研磨后制成,为保证足够快的速凝时间,一般要求磨到一定的细度。

这类产品如我国生产早的红星速凝剂,是国内目前应用为普遍的一种粉状速凝剂,其中含铝酸钠、硅酸二钙等。在水泥中掺入2.5%—4%的速凝剂,一般可使水泥在2min内初凝,10min内终凝。并可显著的提高混凝土的早期强度,对钢筋无锈蚀作用。

782型速凝剂:将原材料按一定配合比混合均匀,经过1150—1200℃高温煅烧后粉磨而成。粉磨后的细度,可用标准筛过筛,在水泥中加入782型速凝剂,一般能使水泥在1—3min内初凝,3—5min内终凝,水泥石的28d抗压强度约降低15%。由于这种速凝剂含碱量低,对人体的腐蚀性较小。

目前用的都属碱性速凝剂,PH值高达12.7。在水泥中掺入1%的非碱性速凝剂,初凝时间为38s,终凝时间在10min以内。在喷射混凝土中采用这种非碱性速凝剂后,同传统的碱性速凝剂相比,具有多方面的优点。例如,对水泥强度损失的影响较小,加入这种新型速凝剂的水泥,其28d强度比加入传统的碱性速凝剂要增大24%,并且可以显著地减少回弹损失。

铝氧熟料、明矾石速凝剂:

它的主要成分为铝矾土等。经煅烧成为材料后,再与一定比例的材料共同研磨而成。产品的主要成分为:铝酸钠等。

此类产品含碱量低一些,且由于加入了材料而提高了后期强度,而早期强度的发展却慢了一点。这类产品国内较典型的是阳泉一号。

液体速凝剂:

液态速凝剂是对粉状速凝剂的改良。与粉状速凝剂相比,液态速凝剂更容易均匀地分散于混凝土拌合物中,从而可避免硬化混凝土质量波动。

20世纪80年代早期,日本研制过含碱量较高的液态速凝剂。平野健吉将材料分别溶于水缓凝,再将两者混合,得到了稳定性好的液态速凝剂。其中成分作用主要是防止材料从溶液中沉淀下来。

美国早在20世纪70年代末期就开始了液态速凝剂的研究,早期研制的一般都为碱性速凝剂。90年代后期,美国开始研究无碱液态速凝剂。

国内外液体速凝剂有无机和有机两类。目前我国尚未有相关的液体速凝剂标准,液体速凝剂的生产、使用都只能参照现有的粉状速凝剂标准执行。这对于指导液体速凝剂的生产、使用,促进我国湿喷混凝土技术的推广是不利的。国内湿喷施工大量使用的是进口产品,但价格昂贵,国产的两种产品也只在部分工程中小规模使用。早期的液体速凝剂仍具有碱性大、腐蚀性强、大量发热和混凝土后期强度低的缺点。而近研制出的液体速凝剂,与混凝土均匀混合后,不改变水泥与水的基本反应,水泥水化充分,强度可迅速增长,不但速凝早强,而且后期强度降低较少,黏着力强,对人对钢筋无腐蚀,抗渗性好。因此,此类液体速凝剂应推广应用。如可溶性树脂的聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等制成的速凝剂。

有机无机复合型速凝剂:

在无机速凝剂中添加少量有机物质,能显著改善喷射混凝土拌合料的黏聚性,提高喷射混凝凝土与基体的黏着力,增加一次喷射厚度;也可减小施工水灰比,提高早期和后期强度;有的还可遏制施工过程中的扬尘,或减少回弹。能与无机速凝成分复合使用的有机物很多。

使用无机物质制备有机无机复合型速凝剂。X人等将材料加入到一些材料的无机速凝基料中,得到一种有机无机复合型速凝剂。使用该速凝剂的优点是喷射混凝土施工中粉尘小。

使用一些材料一起作为速凝剂。据称这种速凝剂与含碱速凝剂相比,抗压强度发展快,与市面上以硫酸铝和有机酸为基础的无碱速凝剂相比,后期不会形成钙矾石而引起混凝土开裂。

有机无机复合速凝剂确实解决了无机速凝剂存在的诸多问题。如增加了水泥浆的黏聚性使施工中回弹量大大减少,粉尘浓度大幅度降低。但这种速凝剂大多数属于粉状速凝剂,施工中容易产生速凝剂在混凝土拌合料中分散不均匀,进而引起混凝土质量波动问题。

例如水玻璃速凝剂,它以水玻璃为主要成分,为降低黏度需要加入材料,或者加入亚硝酸钠、三乙醇胺等。其生产方法是将水玻璃控制在一定范围,在适当加入其他辅料。这种速凝剂凝结、硬化很快,早期强度高,抗渗性好,而且可在低温下施工。

速凝剂对混凝土性能的影响:

对水泥净浆性能的影响

一般情况下,未掺速凝剂的水泥凝结速度随温度升高而加快。但对掺速凝剂的水泥,其相对强度随温度降低而升高。当温度升高到30℃时,在水泥中掺加速凝剂,则对终凝时间和28d强度为不利。不同温度下的水泥净浆性能见表:

不同温度下的水泥净浆性能

温度

/

掺量

/%

凝结时间

抗压强度/MPa

28d相对强度/%

初凝

终凝

4d

1d

3d

7d

28d

3

0

3

5min25s

9min30s

0.4

0.1

0.9

2.3

9.7

9.4

20.8

22.6

25.7

100

114

10

0

3

3min45s

9min

0.8

0.3

2.8

5.6

13.2

14.3

16.4

28.6

26.3

100

91.9

20

0

3

2min15s

5min55s

0.5

2.5

7.3

11.7

15.9

18.2

18.6

34.2

24.4

100

71.4

30

0

3

2min25s

5min

0.3

5.8

9.6

16.8

12.4

23.5

14.5

35.8

16.3

100

45.6

对砂浆抗裂性的影响:

掺速凝剂砂浆抗裂性试验是将一定配合比的砂浆装入抗裂圆环中,将成型的圆环试件放置在水泥恒温养护箱中养护24h,脱模后移入干缩室,观测其开始出现裂缝的时间,开裂后48h的裂缝数量和裂缝宽度,用来相对比较各种速凝剂抗裂性能。无碱和低碱速凝剂胶砂抗裂试验结果表明:①无碱速凝剂试件初始开裂时间长,达到120h,每个试件只有1条裂缝;②低碱速凝剂试件初始开裂时间短,只有7h多,试件裂缝数量则多于无碱速凝剂,达到6条之多;③两种速凝剂开裂后48h裂缝宽度虽然相当,但低碱速凝剂裂缝数量多总裂缝宽度相应要大。

掺低碱速凝剂砂浆裂缝数量多,初裂时间早的原因与速凝剂带入的碱量多有关。速凝剂带入的碱与水泥带入的碱的性质一样,增大了砂浆和混凝土的收缩,碱含量高既不利于后期强度的发展,也增大了危害性碱骨料反应的风险。施工现场裂缝调查结果也表明,掺低碱速凝剂混凝土裂缝较普遍,掺无碱速凝剂混凝土几乎不开裂。因此,建议工程用的喷射混凝土应优先选用无碱速凝剂。

对水泥凝结时间的影响:

速凝剂对水泥凝结时间的影响

NaAlO2掺量

NaAlO2掺量/%

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

927

500

406

325

241

220

147

116

132

20

1721

1406

851

755

536

411

309

320

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

200

235

312

356

430

511

620

403

451

546

622

750

914

1113

 

 

 

速凝剂品种和掺量对强度的影响

速凝剂

品种

速凝剂掺量

/%

抗压强度/MPa

抗压强度比/%

1d

28d

90d

28d

90d

不掺速凝剂

41.6

53.9

100

100

无碱速凝剂1

6

8

10

4.7

11.1

13.4

45.0

43.2

46.5

55.0

53.7

56.5

108

104

112

102

100

105

无碱速凝剂2

6

8

9

9.8

10.0

12.7

40.4

43.8

45.3

50.8

52.1

52.9

97

105

109

94

97

98

无碱速凝剂3

6

8

9

4.6

7.0

8.5

42.7

41.2

39.3

52.3

47.9

40.1

103

99

95

97

89

74

低碱速凝剂1

3

5

6

11.3

11.4

8.0

35.2

30.7

28.0

41.5

36.3

35.1

85

74

67

77

67

65

低碱速凝剂2

3

4

5

8.8

9.0

10.1

27.6

23.8

23.2

33.1

32.7

31.9

66

57

56

61

61

59


对混凝土收缩率的影响:

速凝剂对混凝土的收缩率有着明显的增大作用,详见表,顾在施工中要控制每次的喷射厚度或在施工中添加膨胀剂,进行补偿收缩。

速凝剂对混凝土收缩率的影响

掺量/%

收缩率/%

7d

28d

60d

0

3

0108

0114

0121

0137

0124

0140

 

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