兩種不同體系無堿液體速凝劑的性能研究

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

0 引言

速凝劑在我國工程建設中用量巨大。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、施工環境污染小、回彈率低等優點，正逐步取代傳統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，目前我國市場上的液體速凝劑有兩種：一種是有堿速凝劑，一種是無堿速凝劑。有堿速凝劑具有長期儲存穩定性良好、摻量低、適應性好等優點，但因其堿含量高（有的產品達20%以上），對人體腐蝕性極大；混凝土收縮大，后期強度損失較大（28 d強度損失達30%左右）。而無堿液體速凝劑解決了傳統速凝劑堿含量高的問題，降低了噴射混凝土發生堿集料反應的可能性，摻無堿液體速凝劑混凝土28 d抗壓強度比可達90%以上。此外，無堿液體速凝劑無腐蝕性，施工環境友好，對施工人員傷害小。因此，無堿液體速凝劑取代堿性速凝劑是大勢所趨。與堿性液體速凝劑相比，無堿液體速凝劑使混凝土后期強度得到了提升，但與空白混凝土相比，摻無堿液體速凝劑混凝土后期強度還會有不同程度下降。未來無堿速凝劑終將代替有堿速凝劑。文章通過氫氟酸體系與硫酸鋁鹽+醇胺體系的分析對比，探討無堿液體速凝劑的發展方向。

1 試驗部分

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；調節劑；懸浮劑等。所有原材料均為工業級。

1.2 試驗儀器

恒溫水浴鍋；溫度計；可調速攪拌裝置；四口燒瓶；四氟反應裝置；電子天平；酸度計等。

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堿液體速凝劑，記為1＃。（合成過程中，有大量刺激性白色煙氣冒出，污染環境。）

2）用硫酸鋁、硫酸鎂、氟硅酸鈉、氟硅酸鎂、懸浮劑、調節劑、三乙醇胺等在60℃～70℃條件下合成一種乳白色無堿液體速凝劑，記為2＃（合成全過程無三廢排出，對環境友好）。

1.4 檢測方法

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

表1 勻質性指標檢測結果

圖1 不同時間的穩定性

1）由上圖和表1可見，兩種不同體系的無堿液體速凝劑的勻質性指標均符合國家標準，1＃氫氟酸體系的兩項指標（堿含量、pH值）達到標準值的極限。

2）凝結時間試驗選用9種水泥進行檢測，除基準水泥外，其他8種均取自工程一線的P·O42.5水泥，速凝劑摻量統一為8%。

表2 凈漿凝結時間檢測結果

表3 砂漿強度對比試驗結果

由表2、表3可知：

1#樣雖然凝結時間短，但1 d強度很低,用其拌制的不同水泥砂漿1 d強度無一滿足GB/T 35159—2017《噴射混凝土用速凝劑》要求。

2#樣的初凝、終凝時間雖然都比1#樣長，但都能滿足標準要求，只有極個別水泥初、終凝時間接近標準極限值。砂漿試塊1 d抗壓強度、28 d抗壓強度比均滿足標準要求。

2 結論

通過兩種不同方法制備的不同體系的無堿液體速凝劑的對比，得出如下結論：

1）氫氟酸體系的無堿液體速凝劑凝結時間短但是強度低，且生產原料氫氟酸具有強烈的刺激性與腐蝕性，嚴重傷害人的皮膚和骨骼。

2）氫氟酸體系的無堿液體速凝劑在生產過程中產生大量有毒的白色煙氣，不僅嚴重危害工人的生命安全，還會對環境造成嚴重污染，在當前嚴峻的環保形勢下，如不能探索出安全環保的生產工藝并有效地解決生產過程中的安全和排污問題，必將被市場所淘汰。

3）硫酸鋁鹽+醇胺體系無堿液體速凝劑的凝結時間合適、黏度較小；混凝土后期強度損失小；堿含量很低，不易產生堿骨料反應與堿收縮；但適應性較差，有時會出現凝結時間不合適的情況。總體來說，其性能優于氫氟酸體系的無堿液體速凝劑。

3 思考

3.1 摻量與穩定性

無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，但溶解過度的硫酸鋁速凝劑的穩定性又會降低，這是當前急需解決的問題。

3.2 現場應用

檢測合格的速凝劑在現場使用時又出現或多或少的問題，究其原因，大致有以下幾點：

1）實驗室檢測采用固定的水灰比（W/C=0.35），然而現場采用固定的塌落度，濕拌法噴射混凝土塌落度應控制在不大于180 mm（TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》）。但現場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驗室檢測合格的速凝劑在現場出現凝結時間延長、回彈大等問題。

2）施工現場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，在混凝土預拌時還會添加一些聚羧酸保坍劑，速凝劑與這些外加劑的適應性也是當前我們優先考慮的方向。

3）實際施工中攪拌站距離隧道和礦井現場較遠，再加上混凝土運到現場后的等待噴射時間，使水泥產生一個“預水化”過程，影響速凝劑使用效果，造成回彈量大等問題。

4）不同水泥的標準稠度用水量不一致，需水量大的水泥，其檢測合格，但現場回彈量大；需水量小的水泥，其檢測可能不合格，不能在現場使用。

3.3 探討方向

目前GB/T 35159—2017《噴射混凝土用速凝劑》中，只對堿含量、氯離子的值做了明確限量，氫氟酸體系的無堿液體速凝劑中的F-對混凝土的耐久性的影響也是巨大的，除了對環境造成污染，還會影響噴射混凝土的耐久性，尋找出安全可靠的原材料生產性價比高的無堿液體速凝劑，是我們應該研究和探討的方向。