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      速凝劑

      來源: 時間:2019-06-25 17:08:13 次數:

      速凝劑作為外加劑的一種,在使用中主要起到使噴射混凝土速凝快硬,減少回彈損失,防止噴射混凝土因重力引起脫落,提高在潮濕或含水巖層中使用的適應性能,適當加大一次噴射厚度和縮短噴射層間間隔時間的作用。

      速凝劑作為外加劑的一種,在使用中主要起到使噴射混凝土速凝快硬,減少回彈損失,防止噴射混凝土因重力引起脫落,提高在潮濕或含水巖層中使用的適應性能,適當加大一次噴射厚度和縮短噴射層間間隔時間的作用。

      速凝劑是一種非常重要的混凝土外加劑,它能顯著縮短混凝土由漿體變為固態所需時間,在幾分鐘內可以使之失去流動性并硬化,十幾分鐘即可達到終凝,早期強度高。這種加速水泥硬化速度的特性使它在礦山、鐵路、水利、工業與民用建筑和國防工程中都有廣泛應用。

      由于速凝劑的特有性能,使它成了噴射混凝土的組成材料之一,特別是隨著地下工程數量的增加和作用的不同,速凝劑作為混凝土的組成材料,在某種施工條件下是必不可少的。近年來,噴射混凝土技術不僅在巖土工程和地下工程建設得到迅速發展,而且在地面建筑結構補強、巖土邊坡加固、耐火防護工程和薄層結構等特種結構施工中也得到廣泛應用,因其獨特的功能和施工的簡單易行,噴射混凝土技術的應用愈來愈廣泛。隨著噴射混凝土技術在巖土工程中的廣泛應用和速度發展,人們開始重視混凝土速凝劑的研究。速凝劑能夠使噴射料快速凝結,防止噴層在重力作用下大量脫落,使混凝土迅速達到一定的強度并及早形成具有一定支撐能力的支護層來滿足噴射混凝土工程的特殊要求。

      國外對噴射混凝土用速凝劑的研究始于20世紀30年代,已有70多年的歷史,形成了不少優良的產品。許多產品是利用三廢及大量廉價的工業副產品變廢為寶,降低了成本。近幾年來發達國家多以“濕噴”工藝代替“干噴”和“潮噴”,回彈和粉塵打的問題不如我國嚴重,但他們在研究改變噴射混凝土噴射機具的同時,也從未間斷對新型速凝劑的研究。

      我國自20世紀60年代開始研究速凝劑至今已近40余年的研究應用歷史,首先是原中國科學院力學所建材室研制成功紅星一型速凝劑,后來冶金、煤炭、化工、鐵道、建材等部門都投入相當的人力物力進行研究開發,并取得了一些進展。但與世界先進水平相比還有一定的差距。到目前為止,噴射混凝土用速凝劑的開發應用大致經歷了兩個階段:第一階段主要以鋁氧熟料、純堿或石灰巖為主要原料的無機物類速凝劑;第二階段則以添加具有特定功能的有機材料制成復合型速凝劑。

      第一階段:純無機物類速凝劑。這類產品國內外品種繁多,是目前國內應用最為廣泛的一類。這類產品在國外開發時間較早,主要是以工業鋁酸鹽、碳酸鹽和硅酸鹽等組分單獨摻加或經燒結粉磨工藝后混合而成,比較著名的產品有聯邦德國的特里可扎爾(Tricosal)和依索格瑞特(Isecret),日本的海得庫斯和速凝P-500,瑞典的西古尼特(Sigunit)和西卡(SIKA),前蘇聯的恩卡(HKA)和奧艾斯(Oec)等。我國現有速凝劑生產廠家30多家,大多生產這類產品,大多數是以鋁氧熟料為主要成分加入一定比例的純堿配制而成,主要品種有紅星一型(1966)、711型(1971)、堯山型(1973)、陽泉一型(1974)、782型(1978)、J85型(1985)、D型(1989)等。在添加方式上,我國多以鋁氧熟料和純堿為基礎的粉狀速凝劑應用為主,國外發達國家大多以鋁酸鹽和硅酸鹽為基礎的液體速凝劑的應用為主。這類產品呈堿性且使混凝土后期強度損失,如特里克扎爾、依索格瑞特、海得庫斯、西古尼特、西卡、恩卡、奧艾斯等,其28d強度保留率只有60%~70%。 前蘇聯研制過以煅燒明礬石為主要原料的速凝劑,它使28d強度保留率達73%~89%。我國研制的此類產品含堿量普遍較高,摻量一般占水泥重量的4%~5%,后來研制的782型和D型速凝劑含堿量較低,但摻量一般需5%~8%以上甚至更高才能滿足凝結時間的要求,其28d強度保留率在65%~85%左右。在這類速凝劑產品中,歐洲和日本曾經出現過以水玻璃為主要成分的液態速凝劑,前蘇聯生產過以堿金屬為主的可溶性速凝劑,但它們均存在堿性偏高和混凝土后期強度保留率偏低等問題。中國礦業學院研制過KR-P、Z型速凝劑,其28d強度保留率不足80%。該院于1993年研制的以硫酸鋁和氧化鈣為主要成分的可溶速凝劑降低了速凝劑堿性,但未能克服氯離子對鋼筋的腐蝕影響及硫酸鋁用量偏大的缺點,其工業運用效果尚未有過報道,亦需進一步研究。

      第二階段:含有機高分子材料的增稠劑等成分的復合型速凝劑。國外自20世紀80年代以來開發了噴射混凝土添加有機高分子材料的新技術,并相繼有一些產品問世。日本研制過丙烯酰胺-丙烯酸鈉共聚物作為噴射混凝土粉塵抑制劑,隨后研制出甲基丙烯酸及其酯同丙烯酰胺共聚物的水解產物,加入聚乙烯醇醚類非離子表面活性劑及其硫酸酯的防塵劑,摻一定量的水泥,使粉塵可以降低22%左右。這類添加劑有的是使用時與速凝劑一起使用,有的是在生產速凝劑時加入從而制成復合型速凝劑。日本亦研制出噴射混凝土用酯化纖維素類添加劑,摻量1%~2%,具有良好的抑制粉塵的作用。聯邦德國研制的粉狀Silipon  SPR6型添加劑,加入水泥重量的0.13%左右可使粉塵濃度降低85%以上,還可使回彈損失降低,它使28d抗壓強度降低15%。

      近年由德國地下交通設施研究會(STUVA)開發了干噴新型防塵劑也有良好的降塵效果。聯邦德國專利207719報道過一種速凝劑由三乙醇胺、部分造化的聚丙烯酰胺按水泥一定重量加入,凝結時間較短,28d抗壓強度有所提高。前蘇聯也有過這方面得研究應用,使用水溶性聚合物等作為添加劑用于噴射混凝土和聚合物混凝土中。目前奧地利、瑞士等國家使用的Delvo系列噴射混凝土添加劑是復合型速凝劑的新的發展,Delvo系列由穩定劑防止水泥絮凝生成水化物而硬化,能存放相當長的時間?;罨瘎┑淖饔孟喈斢谒倌齽?,在噴嘴處加入一定量。Delvo系列主要為濕噴研制,也可用于干法,它克服了加入添加劑后混凝土拌合物不能較長時間存放的不足。參入Delvo穩定劑可使未用完的料第二天接著使用,另外他能使回彈降低50%左右。國外也有過以減水劑摻入硅粉或加入水玻璃、鋁酸鉀等作噴射混凝土復合速凝劑的報道。

      建設建筑研究總院1985年率先開展這方面的研究工作,近幾年煤炭、鐵道、化工等部門正相繼進行這一領域的研究。研制過程基本上都試圖利用天然或合成的水溶性高分子材料改變混凝土噴料的粘稠度來滿足噴射混凝土施工的特殊要求。我國XX化工研究院研究過丙烯酰胺-丙烯酸等共聚物為主的噴射混凝土添加劑;XX建筑研究院研制過8604型添加劑;這兩者在噴射施工時能使回彈有所降低,但均需摻入一定量的782型速凝劑混合使用,導致后期強度損失大。XX先后研究過液態和粉狀速凝劑,具有不易凍和添加方便的優點,試噴有一定的減彈效果,但速凝劑成本較高,且使混凝土強度降低30%左右,XX研究總院研究過添加羧甲基纖維素鈉的減彈降塵劑,試噴表明雖有一定減彈效果但在現場實際應用中混凝土28d抗壓強度只有20Mpa左右,后期強度降低較大。

      總的來說,我國在這一領域的研究尚屬初步階段。近幾年國內亦有過摻加減水劑的復合速凝劑的研究。X礦山研究院研究過摻減水劑FDN或NF的減水型復合速凝劑;X爐料場研究過以減水劑、偏鋁酸鈉、硅粉和礬泥等位原料,經燒結、粉磨制成的復合型速凝劑;X巖土所研究過以聚乙烯醇甲醛縮合物與膨潤土等作添加劑用于增強、增塑噴射混凝土技術,這類研究能使混凝土后期強度保留率有所提高,但仍未能克服噴射混凝土施工中回彈率高、粉塵大的不足。X礦業大學土木教研室研制的IVA型液體速凝劑,摻加一定的水泥重量,即可滿足凝結時間的要求,由速凝組分、增黏組分和捕塵組分組成,能降低回彈量和粉塵濃度,摻加后混凝土后期強度損失較小。目前我國噴射混凝土速凝劑的發展與世界先進水平還有一定差距,主要表現在:

      (1)摻入速凝劑后混凝土強度消弱大。實際施工中混凝土噴層后期強度有一定程度損失甚至更大,給工程質量帶來潛在的隱患。造成這一結果的原因是多方面的,而速凝劑自身帶來的強度損失是主要的。煤礦井下實際調查表明,大多數噴射混凝土抗壓強度只有15~20Mpa。

      (2)我國使用的噴射混凝土用速凝劑堿性較高,堿性大一方面造成對施工人員腐蝕大,另一方面降低混凝土強度。X公司供應局7個速凝劑定點廠統計表明,每生產1t速凝劑平均耗堿量330kg,占生

      產成本5%。我國速凝劑普遍PH值>11。

      (3)速凝劑降低粉塵、降低回彈率、降低粉塵的效果欠佳。實際中現場回彈率達30%甚至更大,遠不足錨桿噴射混凝土支護技術規范(GBJ 86—85)規定邊墻及拱部回彈不大于15%和25%要求;粉塵含量達50mg/m3甚至更高,也大大超過規范作業區粉塵濃度不大于10mg/m3的要求。雖然這兩者受施工方法和工藝中眾多因素的影響,但是在國內力圖以速凝劑來減少回彈、降低粉塵的目的并未真正達到。而從理論上講,速凝劑在這方面能做的貢獻是不可低估的。前述日、德、美國等發達國家在這一領域所作的研究值得借鑒。

      (4)不同程度地村雜技綜合性能不理想的不足。主要表現為:使噴層吸水性大,造成噴層質量低劣,干縮率較大,噴層抗滲性差,耐腐蝕性差,配合比不夠理想,相容性不夠理想,對不同水泥的適應性差,成本偏高等。

      噴射混凝土:

      噴射混凝土是一種以壓縮空氣為動力,將混凝土集料通過管道和噴嘴,把混凝土漿體直接噴射到巖石或結構物表面,并能在數分鐘內凝結硬化的混凝土。

      國外早在20世紀40年代初就開始研究、應用噴射混凝土技術。瑞士、聯邦德國、日本等國相繼生產出了可以噴射含有粗骨科拌和物的噴射機械,與此同時研制成功了噴射混凝土用的速凝劑,這樣就大大提高了噴射的速度和厚度,同時增加了強度和減少了回彈。

      我國從20世紀50年代開始使用噴射水泥砂漿來作為礦山開巷圍巖表面的隔離防護層。1965年鐵道部開始使用噴射混凝土技術,隨后原冶金部等也相繼在礦山、隧道中使用噴射混凝土。同時速凝劑也研制生產出來了,噴射混凝土用于承重結構材料,在礦井、隧道等廣泛用于支護工程中。同時還大量用于薄殼結構、深基坑護壁、旋噴樁加固地基、邊坡加固等工程,使噴射混凝土技術應用面更加廣闊。

      噴射混凝土的特點:

      噴射混凝土最大的特點就是其獨特的施工方法。由于這種施工方法的不同,使它區別于普通的混凝土。從原材料配合比到施工機具、施工方法、混凝土的物理力學性能、混凝土外加劑等都有其特點。

      噴射混凝土的施工方法是利用噴射機將混凝土在一定的壓力下噴射到施工部位,在很短的事件內即能凝結硬化,使被噴射的巖石或結構物得到加強和保護。

      用混凝土噴射機進行噴射混凝土施工,施工簡便易行,可以不用模板或只用單面模板。節省支模、澆筑和拆模工序,節約了模板材料。噴射施工把混凝土密度高、強度和抗滲性好,施工時可通過輸料管在高空或狹小工作區間向任意方向施工薄壁結構。施工方法簡單、機動、靈活、用途較廣,經濟效果也好,使施工的總襯砌成本約降低30%左右,因此得到了廣泛應用。

      具體的噴射施工方法又可分為干式和濕式噴射混凝土,通常多使用干法施工。

      干式是用噴射機壓送干拌和料,在噴嘴處加水加壓噴出,干噴射施工時粉塵較大,施工條件較差,噴射到工作面后回彈較大,多時可達到30%左右。

      濕式是將一定比的水灰的混凝土拌合物,輸送至噴嘴處加速凝劑加壓噴出。濕式噴射混凝土施工,可以使工作面附近空氣中德粉塵含量降低到2mg/m3以下,合乎國家規定的衛生標準,混凝土的回彈可減少到5%~10%。既可改善工作條件,又可降低原材料消耗。但它的主要缺點是:混凝土拌合物容易在輸送管中凝固和堵塞,造成清洗麻煩。

      為改善干噴的缺點,現在將干法的集料在“微潮”狀態下輸送到噴嘴處再加水加速凝劑加壓噴出,這也可稱為半干法。此法粉塵要小些,回彈率也可降至10%~20%。

      噴射混凝土必須加入速凝劑,所以選擇水泥時,要注意水泥與速凝劑的相互匹配,選擇不當時可能出現“急凝”、“緩凝”或者初、終凝間隔過長等問題。一般可選用以下水泥。

      ①硅酸鹽和普通硅酸鹽水泥:其標號≥425#,噴射時應摻用速凝劑。

      ②礦渣硅酸鹽水泥:標號應≥425#,應摻速凝劑。但因礦渣較多,終凝可能滯后些,應當在使用前經過試驗,合適再用。

      ③噴射水泥:是一種不用摻速凝劑就能用于噴射混凝土的具有速凝和早強特性的水泥。

      ④雙快水泥:具有速凝和快硬作用,是硅酸鹽水泥的新發展。它與水作用,幾分鐘內就可凝結硬化。但仍需摻用硬化劑或速凝劑。表為雙快水泥性能表。

      雙快水泥性能表

      水灰比

      凝結時間

      早期抗壓強度/MPa

      初凝

      終凝

      30min

      60min

      120min

      無外加劑

      0.37

      0.43

      0.49

       

      4'00"

      6'00"

      9'27"

       

      12'30"

      >15'00"

      >15'00"

      0.5%硬化劑+0.5%堿粉

      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%硬化劑+1.0%堿粉

      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因凝結時間太慢,未測。

      ⑤超早強水泥:超早強水泥為硫酸鋁鹽水泥,但亦需摻速凝劑。

      總的來說仍以第①、②種水泥用量多,后3種則因產量和不易保存而給使用帶來不便。

      ⑥其他集料:砂子宜用細度模數大于2.5的堅硬中、粗砂,用天然石英砂最好,不宜用細砂,粒徑小于0.75mm的砂粒應小于20%。砂子含水可以高些,在6%8%均可,以減少粉塵。

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

      噴射混凝土的施工機具:

      噴射混凝土質量的好壞很大程度決定于施工機具。主要機具有噴射機、空氣壓縮機、拌料機等,最主要的是噴射機。噴射機要求結構簡單、性能可靠、經久耐用、便于維修、價格便宜等。常用的有雙罐式混凝土噴射機、螺旋式混凝土噴射機、轉子式混凝土噴射機。其主要技術性能列于表為:

      常用混凝土噴射機的型號與技術性能

      項目

      雙罐式

      螺旋式

      轉子式

       

      冶建-65

      HP-1

      WD-25

      SP-2

      ZPG-2

      HPZ-30B

      SP-3

      HP-7430

       

      生產能力/m3/h

      工作壓力/Mpa

      耗風量/(m3/min)

      輸料管內徑/mm

      骨科最大粒徑/mm

      最大輸送距離/m

      水平

      垂直

      電動機功率/kW

      外形尺寸(長**高)/mm

      機身質量/kg

      研制單位

      4

      0.12-0.6

      7-8

      50

      25

       

      200

      70

      2.8

      1600*850*1630

      1100

      原冶金建筑研究總院

      4-5

      0.15-0.6

      9

      50

      25

       

      240

      60

      3

      1840*970*1660

      1000

      上海水工機械廠

      4

      0.12-0.6

      6-8

      50

      25

       

      200

      70

      5.5

      1600*850*1630

      1100

      河南焦作礦業學院實習工廠

      4-5

      0.3-0.5

      5-10

      50

      25

       

      200

      60

      4

      1250*750*1435

      650

      原冶金部長沙礦山研究院

      3-7

      0.3-0.5

      7-8

      50

      25

       

      200

      60

      5.5

      1352*774*1160

      920

      原煤炭萍鄉礦務局

      3-5

      0.1-0.6

      7-10

      50

      30

       

      200

      80

      4

      1430*868*1375

      700

      湖南常德機械廠

      2-5

      0.1-0.5

      6-10

      50

      25

       

      200

      60

      4

      1390*890*952

      700

      原冶金部長沙礦山研究院

      2-6

      0.1-0.5

      10

      50

      30

       

      200

      100

      7.5

      1500*1000*1600

      800

      江蘇揚州市機械廠

      速凝劑的作用機理:

      由于速凝劑是由復合材料制成,同時又與水泥的水化反應交織在一起,其作用機理較為復雜,這里只就其只要成分的反應加以闡述。

      鋁氧熟料、碳酸鹽型作用機理:

      作用機理如下:

      Na2CO3+CaO+H2O——CaCO3+2NaOH

      NaAlO2+2H2O——Al(OH)3+2NaOH

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

      2NaOH+CaSO4——Na2SO4+Ca(OH)2

      碳酸鈉、鋁酸鈉與水作用都生成NaOH,氫氧化鈉與水泥漿中石膏反應,生成Na2SO4,而使漿體中SO  降低。石膏石起緩凝作用的,由于石膏消耗而使水泥中的C3A的水化又迅速生成鈣礬石而加速了凝結硬化。另一方面大量生成NaOH、Al(OH)3、Na2SO4,這些都具有促凝、早強作用。速凝劑中德鋁氧熟料(NaAlO3)及石灰,在水化初期就產生強烈的放熱反應,使整個水化體系溫度大幅度升高,促進了水化反應的進程和強度的發展。此外在水化初期,溶液中生成的Ca(OH)2、       等組分結合而生成高硫型水化鋁酸鈣(鈣礬石),又使Ca(OH)2濃度下降,從而促進了C3S的水解,C3S迅速生成了水化產物-水化硅酸鈣膠。迅速生成的水化產物交織搭接在一起形成網絡結構晶體,即混凝土開始凝結。

      鋁氧熟料、鈣礬石型作用機理:

      作用機理如下:

      Na2SO4+CaO+H2O——CaSO4+2NaOH

      CaSO4+2NaOH——Ca(OH)2+2NaOH

      NaAlO3+2H2O——Al(OH)3+NaOH

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

         大量生成的氫氧化鈉、消耗了溶液中   ,促進了C3A的水化反應。大量放熱反應促進了水化物的形成和發展。Al(OH)3、Na2SO4具有促進水化作用,使C3A迅速水化生成鈣礬石而加速凝結硬化。鈣礬石生成進一步降低了液相中Ca(OH)2濃度,又促使了C3S的水化,生成水化硅酸鈣凝膠,由此而產生了強度。故這種速凝劑分類為鋁氧熟料、鈣礬石型,主要是早期形成鈣礬石而促進凝結。

         水玻璃型作用機理:

         以硅酸鈉型為主要成分的速凝劑,主要是硅酸鈉與氫氧化鈣反應:

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

         反應中生成大量NaOH,如前所述促進了水泥水化,從而迅速凝結硬化。

         速凝劑的種類與性能:

         速凝劑的作用是使混凝土噴射到工作面上后很快就能凝結。因此速凝劑必須具備以下幾種性能:

         ①使混凝土噴出后3—5min內初凝,10min之內終凝;

         ②有較高的早期強度,后期強度降低不能太大(小于30%);

         ③使混凝土具有一定的黏度,防止回彈過高;

         ④盡量減小水灰比,防止收縮過大,提高抗滲性能;

         ⑤對鋼筋無腐蝕作用。

         根據速凝劑的性質和狀態,大致可以分為無堿(低堿)粉狀、有機無機復合型速凝劑和液態速凝劑三大類。

         粉狀速凝劑:

      自20世紀60年代初粉狀速凝劑研制成功并通過有關技術鑒定,相繼有多種產品問世,并投入商品化、產業化生產,廣泛應用于噴射混凝土工程中,以及用在灌漿止水或部分修補工程中。

      日本Nitto化學工業有限公司采用堿金屬硫酸鹽或碳酸鹽再加入一種水溶性鋁鹽或碳酸鎂合成速凝劑。Hirose等研制的一種速凝劑,有一定成分的鋁酸鈣、鋁酸鈉和碳酸鈉,其中碳酸鈉和鋁酸鈣的粒度均小于149um。該速凝劑到一定摻量時,水泥漿初凝時間為40s,終凝時間為4min,1d抗壓強度為16Mpa。

      美國使用鈣鹽和鋁鹽代替堿速凝劑來研制和生產無堿速凝劑,早期使用的CaCl2及時其中的一例。但Clˉ的引入會引起混凝土中德鋼筋銹蝕,所以CaCl2現已不再作噴射混凝土速凝劑。Harald使用一種改性材料做速凝劑,以多種材料和副料為主。

      實踐證明,無堿(低堿)速凝劑確實能大大減少混凝土后期強度損失。但是,施工中往往存在速凝劑對水泥種類適應性差、料漿和易性差、揚塵和回彈大等問題。

      高星公司的新產品——復合速凝劑:

      其主要速凝成分為鋁氧熟料等,其中NaAlO2含量達到一定量經過煅燒而成。

      這種速凝劑生產方法:是將多種材料按一定的比例配置成生料。將生料在1300℃左右的高溫下煅燒。煅燒成熟料后其有效成分主要是鋁酸鈉等。孰料再加一定的輔料經球磨機研磨后制成,為保證足夠快的速凝時間,一般要求磨到一定的細度。

      這類產品如我國生產最早的紅星速凝劑,是國內目前應用最為普遍的一種粉狀速凝劑,其中含鋁酸鈉、硅酸二鈣等。在水泥中摻入2.5%—4%的速凝劑,一般可使水泥在2min內初凝,10min內終凝。并可顯著的提高混凝土的早期強度,對鋼筋無銹蝕作用。

      782型速凝劑:將原材料按一定配合比混合均勻,經過1150—1200℃高溫煅燒后粉磨而成。粉磨后的細度,可用標準篩過篩,在水泥中加入782型速凝劑,一般能使水泥在1—3min內初凝,3—5min內終凝,水泥石的28d抗壓強度約降低15%。由于這種速凝劑含堿量低,對人體的腐蝕性較小。

      目前用的都屬堿性速凝劑,PH值高達12.7。在水泥中摻入1%的非堿性速凝劑,初凝時間為38s,終凝時間在10min以內。在噴射混凝土中采用這種非堿性速凝劑后,同傳統的堿性速凝劑相比,具有多方面的優點。例如,對水泥強度損失的影響較小,加入這種新型速凝劑的水泥,其28d強度比加入傳統的堿性速凝劑要增大24%,并且可以顯著地減少回彈損失。

      鋁氧熟料、明礬石速凝劑:

      它的主要成分為鋁礬土等。經煅燒成為材料后,再與一定比例的材料共同研磨而成。產品的主要成分為:鋁酸鈉等。

      此類產品含堿量低一些,且由于加入了材料而提高了后期強度,而早期強度的發展卻慢了一點。這類產品國內較典型的是陽泉一號。

      液體速凝劑:

      液態速凝劑是對粉狀速凝劑的改良。與粉狀速凝劑相比,液態速凝劑更容易均勻地分散于混凝土拌合物中,從而可避免硬化混凝土質量波動。

      20世紀80年代早期,日本研制過含堿量較高的液態速凝劑。平野健吉將材料分別溶于水緩凝,再將兩者混合,得到了穩定性好的液態速凝劑。其中成分作用主要是防止材料從溶液中沉淀下來。

      美國早在20世紀70年代末期就開始了液態速凝劑的研究,早期研制的一般都為堿性速凝劑。90年代后期,美國開始研究無堿液態速凝劑。

      國內外液體速凝劑有無機和有機兩類。目前我國尚未有相關的液體速凝劑國家標準,液體速凝劑的生產、使用都只能參照現有的粉狀速凝劑標準執行。這對于指導液體速凝劑的生產、使用,促進我國濕噴混凝土技術的推廣是不利的。國內濕噴施工大量使用的是進口產品,但價格昂貴,國產的兩種產品也只在部分工程中小規模使用。早期的液體速凝劑仍具有堿性大、腐蝕性強、大量發熱和混凝土后期強度低的缺點。而最近研制出的液體速凝劑,與混凝土均勻混合后,不改變水泥與水的基本反應,水泥水化充分,強度可迅速增長,不但速凝早強,而且后期強度降低較少,黏著力強,對人對鋼筋無腐蝕,抗滲性好。因此,此類液體速凝劑應推廣應用。如可溶性樹脂的聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等制成的速凝劑。

      有機無機復合型速凝劑:

      在無機速凝劑中添加少量有機物質,能顯著改善噴射混凝土拌合料的黏聚性,提高噴射混凝凝土與基體的黏著力,增加一次噴射厚度;也可減小施工水灰比,提高早期和后期強度;有的還可遏制施工過程中的揚塵,或減少回彈。能與無機速凝成分復合使用的有機物很多。

      使用無機物質制備有機無機復合型速凝劑。X人等將材料加入到一些材料的無機速凝基料中,得到一種有機無機復合型速凝劑。使用該速凝劑的優點是噴射混凝土施工中粉塵小。

      使用一些材料一起作為速凝劑。據稱這種速凝劑與含堿速凝劑相比,抗壓強度發展快,與市面上以硫酸鋁和有機酸為基礎的無堿速凝劑相比,后期不會形成鈣礬石而引起混凝土開裂。

      有機無機復合速凝劑確實解決了無機速凝劑存在的諸多問題。如增加了水泥漿的黏聚性使施工中回彈量大大減少,粉塵濃度大幅度降低。但這種速凝劑大多數屬于粉狀速凝劑,施工中容易產生速凝劑在混凝土拌合料中分散不均勻,進而引起混凝土質量波動問題。

      例如水玻璃速凝劑,它以水玻璃為主要成分,為降低黏度需要加入材料,或者加入亞硝酸鈉、三乙醇胺等。其生產方法是將水玻璃控制在一定范圍,在適當加入其他輔料。這種速凝劑凝結、硬化很快,早期強度高,抗滲性好,而且可在低溫下施工。

      速凝劑對混凝土性能的影響:

      對水泥凈漿性能的影響

      一般情況下,未摻速凝劑的水泥凝結速度隨溫度升高而加快。但對摻速凝劑的水泥,其相對強度隨溫度降低而升高。當溫度升高到30℃時,在水泥中摻加速凝劑,則對終凝時間和28d強度極為不利。不同溫度下的水泥凈漿性能見表:

      不同溫度下的水泥凈漿性能

      溫度

      /

      摻量

      /%

      凝結時間

      抗壓強度/MPa

      28d相對強度/%

      初凝

      終凝

      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

      對砂漿抗裂性的影響:

      摻速凝劑砂漿抗裂性試驗是將一定配合比的砂漿裝入抗裂圓環中,將成型的圓環試件放置在水泥恒溫養護箱中養護24h,脫模后移入干縮室,觀測其開始出現裂縫的時間,開裂后48h的裂縫數量和最大裂縫寬度,用來相對比較各種速凝劑抗裂性能。無堿和低堿速凝劑膠砂抗裂試驗結果表明:①無堿速凝劑試件初始開裂時間長,達到120h,每個試件只有1條裂縫;②低堿速凝劑試件初始開裂時間短,只有7h多,試件裂縫數量則多于無堿速凝劑,達到6條之多;③兩種速凝劑開裂后48h最大裂縫寬度雖然相當,但低堿速凝劑裂縫數量多總裂縫寬度相應要大。

      摻低堿速凝劑砂漿裂縫數量多,初裂時間早的原因與速凝劑帶入的堿量多有關。速凝劑帶入的堿與水泥帶入的堿的性質一樣,增大了砂漿和混凝土的收縮,堿含量高既不利于后期強度的發展,也增大了危害性堿骨料反應的風險。施工現場裂縫調查結果也表明,摻低堿速凝劑混凝土裂縫較普遍,摻無堿速凝劑混凝土幾乎不開裂。因此,建議永久工程用的噴射混凝土應優先選用無堿速凝劑。

      對水泥凝結時間的影響:

      速凝劑對水泥凝結時間的影響

      NaAlO2摻量

      NaAlO2摻量/%

      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

       

       

       

      速凝劑品種和摻量對強度的影響

      速凝劑

      品種

      速凝劑摻量

      /%

      抗壓強度/MPa

      抗壓強度比/%

      1d

      28d

      90d

      28d

      90d

      不摻速凝劑

      41.6

      53.9

      100

      100

      無堿速凝劑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

      無堿速凝劑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

      無堿速凝劑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

      低堿速凝劑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

      低堿速凝劑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


      對混凝土收縮率的影響:

      速凝劑對混凝土的收縮率有著明顯的增大作用,詳見表,顧在施工中要控制每次的噴射厚度或在施工中添加膨脹劑,進行補償收縮。

      速凝劑對混凝土收縮率的影響

      摻量/%

      收縮率/%

      7d

      28d

      60d

      0

      3

      0108

      0114

      0121

      0137

      0124

      0140

       

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