淺談噴射混凝土用速凝劑凝結時間試驗的影響因素

蘇曉琴

(山西省交通建設工程質量檢測中心(有限公司),山西 太原 030032)

0 引 言

隨著工程建設的科技化,混凝土用外加劑得到了廣泛的推廣。速凝劑作為外加劑其中之一,起到加速水泥或混凝土的凝結硬化,是隧道中噴射混凝土施工的必選材料,能使水泥或混凝土在幾分鐘內迅速凝結硬化,使其早期強度得到顯著提高,廣泛應用于交通、水利、礦山、隧道及搶修工程中。

速凝劑作為一種調凝劑,其最主要的性能當屬摻速凝劑后凝結時間的變化,它的長短直接影響到工程的質量、安全、進度以及施工的連續性,其性能受到產品種類、摻量及水泥品種、試驗環境等因素的影響,所以,如何準確地進行該項指標的檢測,是本文研究的重點。選取常用的三種液體速凝劑,研究拌制凈漿用水泥品種、速凝劑摻量及試驗環境條件對速凝劑凝結時間的影響。

1 試 驗

1.1 試驗材料

(1)速凝劑

選取KRS-4、SW-18、GRT-51三種型號的液體無堿速凝劑進行試驗。

(2)水泥

選取兩種水泥進行速凝劑凈漿的拌制,分別為。

①采用符合《混凝土外加劑》GB 8076—2008附錄A中技術要求的基準水泥[1]。

②采用性能穩定的P.O52.5水泥(以下簡稱工程水泥)。

(3)水

符合JGJ63要求的飲用水。

以上材料在試驗前1 d置于溫度為20±2 ℃、相對濕度大于50%的環境條件下進行調樣,調樣時間不少于24 h。

1.2 指標要求

《噴射混凝土用速凝劑》GB/T 35159—2017中規定采用基準水泥進行凝結時間檢測[2],具體指標要求見表1。

表1 摻速凝劑的凈漿凝結時間

1.3 凈漿配比

采用比例為:水泥400±1 g、水140±1 g(需減去液體速凝劑中的水量);速凝劑摻量為膠凝材料的7%和8%。

1.4 試驗方法

(1)含固量測定

按GB/T 35159—2017附錄A規定的方法進行速凝劑含固量的檢測。先將三種速凝劑按規范稱取8.0000～10.0000 g,在100±5 ℃的烘箱中烘干至恒重,然后準確算出3種速凝劑的含固量分別為:KRS-4(56.7%)、SW-18(48.9%)、GRT-51(52.7%)。

(2)凈漿凝結時間測定

GB/T 35159—2017附錄D方法拌制凈漿,裝入圓模中,再按GB/T 1346的方法測定初凝和終凝時間,試驗結果以min∶s形式表示。

2 影響因素分析

在長期從事速凝劑凈漿凝結時間的檢測過程中發現:水泥品種的不同、速凝劑摻量的不同以及試驗環境中溫、濕度的變化都會對凈漿凝結時間有影響[3]。為了試驗的準確性、可比性,試驗中采用同一個人、同一臺儀器設備進行以下對比分析。

(1)水泥品種對速凝劑凝結時間的影響

①基準水泥和工程水泥在成分上的區別

普通硅酸鹽水泥主要成分為硅酸鹽水泥熟料(CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3)、5%～20%的混合材料及適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料,具有強度高、水化熱大、抗凍性好、干縮小、耐磨性較好、抗碳化性較好、耐腐蝕性差、不耐高溫的特性;基準水泥主要成分是由硅酸鹽水泥熟料硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣,加石膏后磨細而成的強度等級大于42.5的硅酸鹽水泥,不摻加任何混合材料。水泥中不同的成份會影響與速凝劑的適應性,故試驗研究選用基準水泥和工程水泥兩種水泥進行試驗對比分析。

②選取速凝劑摻量為8%,在同環境條件下進行凈漿凝結時間測定,結果見表2。

表2 不同品種水泥凈漿凝結時間

從表2可以看出,在固定摻量8%時,使用工程水泥和基準水泥進行凈漿凝結時間的測定,型號KRS-4、GRT-51的液體速凝劑凝結時間不符合規范的要求,但換用工程水泥時卻符合規范要求;型號SW-18的液體速凝劑使用工程水泥比使用基準水泥測定的凝結時間更短。由此說明,在速凝劑摻量、環境條件一定的情況下,速凝劑跟水泥的相容性對凝結時間的影響很大,所以,速凝劑在應用于工程施工時,一定要檢測與水泥的適應性。

(2)不同摻量對速凝劑凝結時間的影響

表3中KRS-4型速凝劑初凝時間8%摻量比7%摻量縮短2 min、終凝時間縮短4 min 37 s;SW-18型速凝劑初凝時間8%摻量比7%摻量縮短0 min 9 s、終凝時間縮短2 min 55 s;GRT-51型速凝劑初凝時間8%摻量比7%摻量縮短1 min 40 s、終凝時間縮短3 min55 s。可見速凝劑摻量比例越大速凝劑凝結時間越短,水泥與速凝劑的水化反應越快。三種不同摻量折線圖見圖1～圖3。

圖1 KRS-4型速凝劑摻量影響折線

圖2 SW-1型速凝劑摻量影響折線

圖3 GRT-51型速凝劑摻量影響折線

表3 不同摻量速凝劑凈漿凝結時間

(3)不同試驗環境(溫度、濕度)對速凝劑凝結時間的影響

表4中KRS-4型速凝劑初凝時間溫度25 ℃比溫度20 ℃縮短了1 min 11 s、終凝時間縮短了2 min 25 s;SW-18型速凝劑初凝時間溫度25 ℃比溫度20 ℃縮短了1 min 42 s、終凝時間縮短了2 min 29 s;GRT-51型速凝劑初凝時間溫度25 ℃比溫度20 ℃時間縮短了1 min 25 s、終凝時間縮短了3 min 25 s。因此溫度越高,凝結時間越快;溫度越低,凝結時間越慢。速凝劑溫度影響柱狀圖見圖4。

圖4 溫度影響柱狀圖

表4 不同溫度/濕度凈漿凝結時間 單位:min:s

表4中KRS-4型速凝劑初凝時間濕度30%比濕度60%時間延長了0 min 46 s、終凝時間延長了2 min 11 s;SW-18型速凝劑初凝時間濕度30%比濕度60%時間延長了0 min 24 s、終凝時間延長了0 min 55 s;GRT-51型速凝劑初凝時間濕度30%比濕度60%時間延長了1 min 28 s、終凝時間延長了3 min 36 s。因此濕度越小凝結時間越快,濕度越大凝結時間越慢。速凝劑濕度影響柱狀圖見圖5。

圖5 濕度影響柱狀圖

3 結 語

(1)在標準規范中要求用基準水泥對速凝劑進行試驗,判定其是否合格,由于工程用水泥與基準水泥之間的差異,實際應用中可能出現以下情況。

①經過檢測合格的速凝劑,應用中卻無法在設計要求的時間內凝結,導致無法繼續施工。

②經過檢測機構檢驗不合格的速凝劑,在實際應用中卻符合設計要求。因此:要驗證實際施工中的水泥與速凝劑的相容性。或者送檢速凝劑時應把工程中實際使用水泥一起送檢進行試驗,以此水泥來判定速凝劑的凝結時間是否合格,來指導工程施工具有重要的意義。

(2)速凝劑的摻量也會影響凈漿凝結時間,一般情況下,摻量大凝結時間會縮短,但相應的噴射混凝土施工速度也會更快,但和易性會較差,因此適宜的摻量對施工現場的和易性也存在很大影響。

(3)由于不同的季節工地現場的溫、濕度不同:夏季溫度高空氣干燥,凝結時間快;雨季空氣濕度大,凝結時間慢,這些因素一定程度上會影響凝結時間,因此施工現場要合理安排工期,來保證噴射混凝土施工時取得較好的效果。