液體速凝劑試驗(yàn)中的問(wèn)題探討

段 麗

(貴州省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550003)

液體速凝劑試驗(yàn)中的問(wèn)題探討

段 麗

(貴州省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550003)

針對(duì)濕法噴射混凝土技術(shù)常用液體速凝劑的試驗(yàn)工作，在明確試驗(yàn)對(duì)象與目的的基礎(chǔ)上，將目前常見(jiàn)材料作為試驗(yàn)材料，采取規(guī)范試驗(yàn)方法，對(duì)水泥種類、攪拌時(shí)間、水泥溫度三個(gè)因素對(duì)速凝效果的影響進(jìn)行深入分析和量化統(tǒng)計(jì)，最后得出水泥種類、攪拌時(shí)間、水泥溫度均與速凝效果有關(guān)，施工中應(yīng)予以嚴(yán)格控制的結(jié)論。

液體速凝劑；水泥種類；攪拌時(shí)間；水泥溫度

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

水泥采用四種類型，分別為中國(guó)海螺、基準(zhǔn)水泥、聯(lián)合水泥與天寶山；速凝劑采用SBT-N1液體速凝劑。

1.2 試驗(yàn)方法

(1)水泥種類

水泥早期水化是影響速凝劑實(shí)際作用效果的主要因素，二者存在十分密切的聯(lián)系。水泥品牌不同則其礦物組成也有一定差別，速凝劑對(duì)于不同的水泥表現(xiàn)出各不相同的適應(yīng)性，即相同速凝劑使用在不同的水泥當(dāng)中會(huì)發(fā)揮出截然不同的作用效果。基于此，應(yīng)在了解這一適應(yīng)性特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)試驗(yàn)確定各類水泥對(duì)應(yīng)的速凝劑最佳摻量，也就是速凝效果達(dá)到最佳時(shí)各類水泥所摻量速凝劑的實(shí)際數(shù)量。以中國(guó)海螺水泥和基準(zhǔn)水泥為例，對(duì)其不同速凝劑摻量下的凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)、記錄與統(tǒng)計(jì)，得出如圖1、2所示的試驗(yàn)結(jié)果。

由圖1、2可知，中國(guó)海螺水泥和基準(zhǔn)水泥在凝結(jié)時(shí)間達(dá)到最小值時(shí)對(duì)應(yīng)的速凝劑摻量不同，中國(guó)海螺水泥為4%，而基準(zhǔn)水泥為3%，造成這種差別的主要原因?yàn)槎叩V物構(gòu)成不同。在水泥漿體當(dāng)中加入液體速凝劑之后，速凝劑會(huì)與石膏、鈣離子等發(fā)生一系列反應(yīng)，反應(yīng)的主要產(chǎn)物為鈣礬石，且大多呈針棒狀，在鈣礬石作用下，石膏緩凝被抑制，加快C3A水化速度，加之反應(yīng)過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生一定熱量，致使水化作用加快，最終使水泥快速凝結(jié)。此外，從圖中還可以看出，無(wú)論水泥的種類如何，其凝結(jié)時(shí)間并非伴隨速凝劑摻量不斷增大而縮短，因?yàn)樗倌齽┑膶?shí)際摻量在超出限度以后，石膏和大量鋁酸鹽發(fā)生反應(yīng)后會(huì)生成AFm(單硫型水化硫鋁酸鈣)，不是具有緩凝抑制作用的鈣礬石，繼而無(wú)法形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最終對(duì)速凝作用效果造成影響，甚至在基準(zhǔn)水泥中當(dāng)速凝劑實(shí)際摻量為4%時(shí)，其凝結(jié)時(shí)間比摻量為2%時(shí)還要高。

圖2 基準(zhǔn)水泥在不同速 凝劑摻量下的凝結(jié) 時(shí)間變化曲線

以上四種水泥速凝劑最佳摻量如表1所示。

表1 各水泥液體速凝劑摻量試驗(yàn)結(jié)果

需要注意的是，雖然基準(zhǔn)水泥和聯(lián)合水泥的速凝劑最佳摻量相同，均為3.0%，但這并不能說(shuō)明這兩種水泥的礦物構(gòu)成相似或相同，二者是存在本質(zhì)上的差別的。

由表1可知，對(duì)于不同類型的水泥而言，確實(shí)存在一個(gè)速凝劑摻量可使水泥的初凝與終凝時(shí)間達(dá)到最低水平，而且不同水泥對(duì)應(yīng)的這一摻量也有所不同。

(2)攪拌時(shí)間

在水泥類型、速凝劑種類及其摻量均相同的情況下，不同攪拌時(shí)間對(duì)應(yīng)的凝結(jié)時(shí)間不同，即攪拌時(shí)間會(huì)對(duì)速凝劑作用效果造成影響。選取基準(zhǔn)水泥對(duì)其不同攪拌時(shí)間條件下的凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行分析與統(tǒng)計(jì)，得出如表2所示的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

表2基準(zhǔn)水泥不同攪拌時(shí)間對(duì)應(yīng)的凝結(jié)時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果

水泥攪拌時(shí)間/s水泥凝結(jié)時(shí)間/min慢攪時(shí)間快攪時(shí)間初凝時(shí)間終凝時(shí)間5104．613．55152．77．75203．17．65254．411．25304．414．8

由表2可知，在慢攪時(shí)間固定，快攪時(shí)間從10 s按5 s幅度遞增至30 s的試驗(yàn)中，水泥凝結(jié)時(shí)間出現(xiàn)明顯的變化：當(dāng)快攪時(shí)間為10 s時(shí)，由于水泥中摻入的速凝劑無(wú)法均勻分布，所以作用效果有限，導(dǎo)致水泥初凝與終凝時(shí)間都較長(zhǎng)；當(dāng)快攪時(shí)間在25～30 s范圍內(nèi)時(shí)，由于水泥和速凝劑反應(yīng)所形成的產(chǎn)物在過(guò)量攪拌后會(huì)被破壞，影響作用效果發(fā)揮，進(jìn)而延長(zhǎng)了水泥的初凝與終凝時(shí)間；而當(dāng)快攪時(shí)間在15～20 s范圍內(nèi)時(shí)，水泥初凝及終凝時(shí)間都很短，說(shuō)明15～20 s是水泥摻入速凝劑之后的最佳攪拌時(shí)間，施工中若采用基準(zhǔn)水泥，則應(yīng)將其快攪時(shí)間嚴(yán)格控制在此范圍之內(nèi)，以充分發(fā)揮速凝效果。

(3)材料溫度

水泥的水化過(guò)程十分復(fù)雜，且其反應(yīng)速率受溫度直接影響，而水化速率又與速凝效果有關(guān)，所以有必要對(duì)材料溫度和速凝劑之間的關(guān)系進(jìn)行分析。普通混凝土中水泥的水化作用已是十分強(qiáng)烈，而摻入了液體速凝劑的混凝土，其水泥水化更加強(qiáng)烈，所以其對(duì)溫度的敏感度也高于普通混凝土。

同樣選取基準(zhǔn)水泥對(duì)其不同溫度條件下的凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行分析與統(tǒng)計(jì)，得出如表3所示的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(試驗(yàn)過(guò)程中室溫為20 ℃保持恒定，不同水泥樣品除溫度不同外速凝劑摻量等其他條件均完全相同)。

由表3可知，在速凝劑實(shí)際摻量、室溫固定，水泥溫度從5 ℃按5 ℃幅度遞增至30 ℃的過(guò)程中，水泥初凝與終凝時(shí)間均減少，即隨水泥溫度的不斷升高，水泥凝結(jié)時(shí)間縮短。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋核鄿囟鹊牟粩嗌撸芷鸬郊铀偎磻?yīng)的作用，使水泥的凝結(jié)時(shí)間總體縮短。鑒于速凝混凝土所具有的這一特質(zhì)，在實(shí)際施工中應(yīng)采取有效的保溫措施，避免水泥溫度劇烈下降，穩(wěn)定在理想的條件下進(jìn)行噴射，從而避免低溫影響速凝效果。

表3基準(zhǔn)水泥不同溫度對(duì)應(yīng)的凝結(jié)時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果

水泥溫度/℃水泥凝結(jié)時(shí)間/min初凝時(shí)間終凝時(shí)間56．213．2104．912．4153．710．4203．49．5253．39．4303．18．8

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)不同類型水泥有不同的速凝劑最佳摻量，即達(dá)到這一摻量時(shí)水泥凝結(jié)時(shí)間最短。施工中應(yīng)根據(jù)所用水泥類型采取試驗(yàn)與分析手段確定最佳摻量。

(2)攪拌時(shí)間對(duì)水泥的速凝效果有直接影響，以基準(zhǔn)水泥為例，其快攪時(shí)間應(yīng)控制在15～20 s范圍內(nèi)。

(3)水泥溫度對(duì)水泥速凝效果有影響，以基準(zhǔn)水泥為例，隨水泥溫度的不斷升高，水化反應(yīng)加速，凝結(jié)時(shí)間縮短，速凝效果顯著，施工中應(yīng)采取必要保溫措施。

[1] 張力冉，王棟民，張述雄，等.無(wú)堿液體速凝劑與水泥的適應(yīng)性及水化促凝機(jī)理分析[J].硅酸鹽通報(bào)，2014，(6):1365-1371.

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U412

C

1008-3383(2017)11-0023-02

2017-09-13

段麗(1985-)，女，貴州畢節(jié)人，助理工程師，研究方向：冶金環(huán)保。