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影响液体速凝剂作用效果的试验研究

摘要: 液体速凝剂和粉状速凝剂相比有很多优点,但液体速凝剂的促凝效果受许多因素的影响。为了分析影响其作用效果的因素,本文主要从萘系高效减水剂,高效氨基减水剂,速凝剂掺入方式,水泥品牌,速凝剂掺量这5 个方面对铝酸盐液体速凝剂凝结时间的影响进行了研究。


关键词: 液体速凝剂;作用效果;凝结时间
      目前,在隧道、涵洞等地下建筑物的混凝土喷锚支护中,湿法喷射混凝土以其粉尘含量低,回弹少等优点得到了越来越广泛的应用,而液体速凝剂是湿法喷射混凝土中的重要组成成分,其效果的好坏直接影响到喷射混凝土的喷射质量。


      本试验所用速凝剂是以铝酸盐为主要成分,包括增黏组分和早强组分的液体速凝剂。其中铝酸盐促凝组分,使水泥浆体迅速凝结硬化;增黏组分为长链大分子有机物,起“架桥”作用,使浆体更容易形成远程凝聚结构 ;早强组分是为提高早期强度,进一步促进水泥浆体迅速凝结硬化。此液体速凝剂相比与粉状速凝剂有很多优点,但它的使用效果受到多种因素的影响。本文研究了速凝剂掺入方式、水泥品牌、高效氨基减水剂、萘系高效减水剂及速凝剂掺量对水泥净浆凝结时间的影响。


1 试验方案


      本试验参照建材行业标准JC 477-92 对液体速凝剂进行凝结时间的测定。试验原材料为自配铝酸盐液体速凝剂、高效氨基减水剂、萘系高效减水剂、普通硅酸盐水泥42.5R、自来水。


2 试验数据及分析


      影响水泥凝结时间的因素很多,包括温度、水泥品种、速凝剂掺入方式和掺量等。本文主要研究高效减水剂(氨基、萘系),速凝剂掺入方式,速凝剂掺量,及水泥品牌对凝结时间的影响。


2.1 高效减水剂


      减水剂被广泛应用于喷射混凝土中,其加入后可显著减少用水量,降低水灰比,提高混凝土的强度。以下就高效减水剂(萘系、氨基)对铝酸盐液体速凝剂促凝效果的影响分别予以分析。


2.1.1 萘系高效减水剂


      萘系高效减水剂具有成本较低、减水率较高、应用广泛、与其它外加剂复合性能好、水泥适应性好等优点,其与铝酸盐液体速凝剂的协同作用效果测试数据如表1。


2.1.2 氨基减水剂


      氨基减水剂具有减水率高、分散性好、缓凝作用较强等特点,为研究其与铝酸盐液体速凝剂的协同作用效果而进行试验,数据如表2。


    从表1、表2中的数据分析可知,无论是掺入高效氨基减水剂还是萘系高效减水剂,都可以大大加快凝结速度,缩短凝结时间。这是因为减水剂都是表面活性剂,它具有吸附- 分散和润湿作用,可以使水泥颗粒相互分散,浆体中的絮状结构解体,释放出其中包裹的水,有利于水泥矿物充分水化,这样铝酸盐液体速凝剂可充分发挥其促凝作用。但两种减水剂对速凝剂促凝效果的影响是有差异的,如下图所示。


2.2 掺入方式


      在喷射混凝土施工中,由于运输、搅拌量大等因素,致使新拌混凝土不能立即与液体速凝剂在喷嘴处进行混合,因此掺入方式的影响显得非常实用。本文选择了以下两种方式:方式1,与水泥拌合30 s后加入铝酸盐液体速凝剂 ;方式2,与水泥拌合30 s后放置15 min 加入铝酸盐液体速凝剂。试验数据见表3。


从表3 中的数据可知,按方式1 加入比按方式2 加入的促凝效果好。掺量为2.5%,按方式1 加入能达到技术要求,而按方式2 则不能达到技术要求。产生这种现象的原因应该与水泥的水化凝结有关。由此可以推测,铝酸盐液体速凝剂发挥作用的基本形式就是有利于水泥中组分的溶解,加速其水化进程,所以为了使铝酸盐液体速凝剂达到很好的促凝效果,必须采取一定措施,缩短速凝剂与新拌混凝土的混合间隔时间。


2.3 水泥品牌


     该试验所用铝酸盐液体速凝剂对不同品牌水泥的适应性是不同的,因此进行以下试验,数据如表4所示。


从表4 可以看出,水泥品牌的不同,凝结时间也相差较大。总体来说,雁塔水泥和盾石水泥的凝结时间在2.5%~3.5%达到技术要求,秦岭水泥在掺量为3.0%时符合技术要求,玉峰水泥2.5%时达到技术标准。水泥品牌的不同,铝酸盐液体速凝剂的促凝效果也不同,产生这种现象的原因是 :不同品牌水泥,其中的矿物原料有差异,水化程度不同,与铝酸盐液体速凝剂的适应性也有差异。所以在原材料确定之后,应对水泥的适应性进行试验,及时进行调整,以确保施工性能。


2.4 速凝剂掺量


      根据JC477-92标准规定,速凝剂掺量必须满足初凝时间² 300 s,终凝时间² 600 s。 从掺量与时间的关系中可以看出,速凝剂掺量并不是越大越好,在兼顾成本和促凝效果的前提下,有一个最佳掺量的问题,本试验的最佳掺量为2.5%。


      产生这一现象的原因可能是 :速凝剂掺量过大,导致水泥与速凝剂迅速发生反应,生成大量的水化产物,这些产物包裹在未水化的水泥颗粒表面,使水泥颗粒之间无法很好地与水接触进行水化,从而影响了速凝剂的促凝效果。因此在施工条件确定之后,必须进行试验,找出最佳掺量,以确保施工性能和成本两不误。


3 结论


(1) 高效减水剂(氨基、萘系)与铝酸盐液体速凝剂协同作用可显著加快水泥的凝结速度。


(2) 速凝剂的掺入方式对水泥的凝结时间有很大影响,总体来说,先掺优于后掺。


(3) 速凝剂的掺量有一个最佳值,并非掺量越大越好。


(4) 铝酸盐液体速凝剂与不同水泥的适应性是不同的。所以在原材料确定之后,应对水泥的适应性进行试验,及时进行调整,以确保施工性能。

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