摘要：本文介紹了新型無(wú)堿液體速凝劑的研制與優(yōu)化方法，采用無(wú)機(jī)、有機(jī)物質(zhì)復(fù)合的研制路線，使用硫酸鹽和中性鈉鹽作為主要促凝物質(zhì)，并利用高分子物質(zhì)對(duì)速凝劑進(jìn)行優(yōu)化，如使用醇胺類聚合物提高砂漿的1d強(qiáng)度，使用酰胺類聚合物來(lái)改善噴射混凝土的粘聚性，以提高噴射混凝土與基體的粘結(jié)力，降低噴射過(guò)程中的回彈量。優(yōu)化后的無(wú)堿液體速凝劑完全滿足《噴射混凝土詠速凝劑》標(biāo)準(zhǔn)中的一等品要求，在合時(shí)的摻量下，使水泥在3min內(nèi)初凝，6min內(nèi)終凝，1d強(qiáng)度大于12MPa，28d強(qiáng)度保有率達(dá)94%以上，后期強(qiáng)度基本無(wú)損失。并與國(guó)內(nèi)外著名品牌的速凝劑相比較，發(fā)現(xiàn)本速凝劑的性能優(yōu)于同類產(chǎn)品。此外研制出的速凝劑原料成本低廉，僅為1000元/噸左右，工業(yè)化生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化大批量生產(chǎn)，可以彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)無(wú)堿速凝劑產(chǎn)品單一的現(xiàn)狀。
關(guān)鍵詞：無(wú)堿速凝劑；高強(qiáng)；粘結(jié)力；工業(yè)化生產(chǎn)
1．引言
我國(guó)于2005年8月1日開(kāi)始執(zhí)行JC477-2005《噴射混凝土用速凝劑》標(biāo)準(zhǔn)[1]，取代JC477-1992《噴射混凝土用速凝劑》標(biāo)準(zhǔn)[2]，其中增列了液體速凝劑的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法。這體現(xiàn)了速凝劑的發(fā)展趨勢(shì)，即由固體粉末狀速凝劑向液體速凝劑的轉(zhuǎn)變。盡管標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有提到無(wú)堿速凝劑，但是可以發(fā)現(xiàn)無(wú)堿速凝劑正逐步取代傳統(tǒng)的堿性速凝劑[3]。
無(wú)堿液體速凝劑，近些年得到越來(lái)越多的應(yīng)用，尤其是在日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家，幾乎不存在堿性速凝劑，國(guó)內(nèi)也開(kāi)始越來(lái)越多采用無(wú)堿液體速凝劑[4]。與堿性速凝劑相比其優(yōu)點(diǎn)在于：
?。?）呈中性或微酸性，不會(huì)對(duì)施工人員的皮膚和身體健康產(chǎn)生腐蝕性損傷；
（2）早期強(qiáng)度高和后期強(qiáng)度保有率高，膠砂試件的1d強(qiáng)度可超過(guò)15MPa，后期強(qiáng)度保有率可達(dá)90%～100%，甚至更高；
（3）對(duì)混凝土耐久性無(wú)不良影響：由于無(wú)堿速凝劑不像堿性速凝劑含有大量的堿性物質(zhì)，這樣就極大程度上降低了由于堿性物質(zhì)的引入對(duì)混凝土造成的破壞作用，如堿骨料反應(yīng)；同時(shí)嚴(yán)格限制了Cl-的含量，這樣就降低了鋼筋銹蝕的可能性；
（4）有的無(wú)堿速凝劑中含有增粘成分，如纖維素、甲基丙烯酸等物質(zhì)，在噴射過(guò)程中可降低粉塵濃度和回彈量等，從而保護(hù)施工人員的身體健康以及降低材料的浪費(fèi)。
但是無(wú)堿速凝劑也存在自身的缺點(diǎn)：
?。?）摻量偏高：由于液體速凝劑均為可溶于水的速凝物質(zhì)的水溶液，因此有效速凝物質(zhì)不多；另外非堿性物質(zhì)的速凝效果普遍低于堿性物質(zhì)。因此相同摻量下無(wú)堿液體速凝劑的速凝效果比堿性速凝劑的效果要差很多；
（2）價(jià)格偏貴：一般無(wú)堿速凝劑的價(jià)格為堿性速凝劑的2倍左右，甚至更高，這也一定程度上制約了其使用范圍；
?。?）成型產(chǎn)品不多：盡管很多學(xué)者和企業(yè)單位都在進(jìn)行相關(guān)的科研工作，也取得了一定的進(jìn)展，但真正投入生產(chǎn)并投入市場(chǎng)的成型產(chǎn)品還不多見(jiàn)，主要還是我國(guó)對(duì)于這方面的技術(shù)不成熟，原料的成本和生產(chǎn)的難度造成很少有成型的無(wú)堿液體速凝劑面市。目前在一些跨國(guó)外加劑生產(chǎn)企業(yè)擁有這樣的技術(shù)，如麥斯特建材公司以及西卡化學(xué)外加劑公司等，但價(jià)格均十分昂貴。
因此，本研究即在于深化對(duì)無(wú)堿液體速凝劑的研究，并對(duì)其生產(chǎn)工藝進(jìn)行探討，以達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)并應(yīng)用于工程的目的。
2．試驗(yàn)方法與內(nèi)容
2.1 試驗(yàn)原料
主要速凝成份：工業(yè)級(jí)硫酸鹽、粉末狀鈉鹽，二者均易溶于水，輔助優(yōu)化成份：醇胺類聚合物和酰胺類聚合物，用于改善噴射混凝土的強(qiáng)度和粘結(jié)性能。
水泥：寧國(guó)海螺P.O42.5水泥、華新P.O42.5水泥、寧國(guó)海螺P.O52.5水泥、基準(zhǔn)P.O52.5水泥；各水泥熟料礦物組成成分表如下：
砂：ISO標(biāo)準(zhǔn)砂；
水：飲用水。
2.2 試驗(yàn)方案
2.2.1 無(wú)堿液體速凝劑的研制
根據(jù)前期查詢資料和相關(guān)資料，并通過(guò)一系列探索實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果，確定本無(wú)堿速凝劑的配方如下：
硫酸鹽：30~50%、鈉鹽2%~10%、水：40%~60%，將固體物質(zhì)加熱使其完全溶解。
研制出來(lái)的無(wú)堿速凝劑應(yīng)符合下列技術(shù)參數(shù)，見(jiàn)表2：
在滿足上述技術(shù)性能的基礎(chǔ)上，研制出的速凝劑還應(yīng)對(duì)施工人員的身體健康無(wú)傷害作用，對(duì)混凝土性能無(wú)不利影響，特別是不能影響混凝土的耐久性。
2.2.2 無(wú)堿液體速凝劑的優(yōu)化
2.2.2.1 醇胺類聚合物對(duì)速凝劑性能的影響
選用醇胺類聚合物作為早強(qiáng)劑來(lái)使用，通過(guò)試驗(yàn)確定其最佳摻量，從而使水泥的凝結(jié)時(shí)間縮短的同時(shí)早期強(qiáng)度有一定幅度的增加，使研制出的速凝劑性能更加優(yōu)異。該醇胺類聚合物在低摻量的情況下，通常為水泥重量的0.01%~0.05%的時(shí)候具有促凝和早強(qiáng)的雙重作用，因此本部分試驗(yàn)將在此范圍內(nèi)研究其對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響。
分別按照上述的凝結(jié)時(shí)間測(cè)試方法和強(qiáng)度測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試該醇胺類聚合物對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間的影響和強(qiáng)度提升作用。
2.2.2.2 酰胺類聚合物對(duì)速凝劑的性能影響
按照上述的凝結(jié)時(shí)間測(cè)試方法和配比，分別摻入不同摻量的酰胺類聚合物，觀察其對(duì)水泥漿體粘聚性的影響。該物質(zhì)的摻量分別為水泥重量的0.1‰、0.2‰和0.3‰。
2.2.3 優(yōu)化后的速凝劑與同類產(chǎn)品的對(duì)比試驗(yàn)
選取麥斯特公司速凝劑產(chǎn)品Meyco-SA160 無(wú)堿液體速凝劑和西卡公司速凝劑產(chǎn)品Sigunit-L510AF無(wú)堿液體速凝劑作為對(duì)比樣品，按照上述測(cè)試方法進(jìn)行初凝時(shí)間、終凝時(shí)間的對(duì)比試驗(yàn)。
2.2.4 本速凝劑對(duì)不同水泥的適應(yīng)性
選取5種水泥作為本部分的水泥適應(yīng)性研究試驗(yàn)用，分別為海螺P.O42.5、P.O52.5硅酸鹽水泥，華新P.O42.5、P.O52.5硅酸鹽水泥和基準(zhǔn)P.O52.5硅酸鹽水泥。以凝結(jié)時(shí)間的長(zhǎng)短作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從而反映出本速凝劑對(duì)不同水泥的適應(yīng)性的好壞。
3．結(jié)果分析與討論
3.1 速凝劑對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響
速凝劑的摻量在10%的時(shí)候達(dá)到《噴射混凝土用速凝劑》標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱“標(biāo)準(zhǔn)”）中要求的合格品要求，11%摻量下達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中要求的一等品要求。
3.2 速凝劑對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響
如表4所示，1d抗壓強(qiáng)度已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)一等品≥7.0 MPa的要求。
28天強(qiáng)度保有率Rr = 49.37/52.30×100% = 94.4%，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中要求的75%保有率的要求。
3.3 醇胺類聚合物對(duì)速凝劑性能的影響
3.3.1 醇胺類聚合物對(duì)水泥凝結(jié)性能的影響
從圖2可看出該物質(zhì)對(duì)于速凝劑的性能有一定的改善，但是不是很明顯，最佳摻量范圍在水泥重量的0.2‰~0.3‰。
3.3.2 醇胺類聚合物對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響
從表7可看出：醇胺類聚合物在0.2‰的摻量下，大幅度地提高了砂漿的1d強(qiáng)度，起到預(yù)期的早強(qiáng)作用，對(duì)速凝劑的性能有較大程度的改善。
3.4 酰胺類聚合物對(duì)速凝劑的性能影響
由于無(wú)法用試驗(yàn)手段來(lái)表征水泥漿體的粘稠程度，目測(cè)觀察水泥漿體的粘稠程度，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著該物質(zhì)摻量的增加，水泥漿體變的越粘稠。這對(duì)于增加噴射混凝土的粘聚性、降低噴射混凝土的回彈以及增加其一次噴射層的厚度都有很好的作用。
3.5 優(yōu)化后的速凝劑與同類產(chǎn)品的對(duì)比試驗(yàn)
通過(guò)引入合適的摻量的醇胺類聚合物和酰胺類聚合物對(duì)速凝劑性能進(jìn)行優(yōu)化，隨后與同類產(chǎn)品比較的結(jié)果見(jiàn)表8：
對(duì)比結(jié)果表明本速凝劑比同類產(chǎn)品性能稍好，特別是與西卡公司的Sigunit-L510AF對(duì)比結(jié)果顯示要明顯優(yōu)于它。盡管其說(shuō)明書(shū)上說(shuō)明其摻量范圍為5%~8%，但試驗(yàn)結(jié)果表明根本不能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)（JC477-2005）的要求，可能是由于該產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)候是按照老標(biāo)準(zhǔn)（JC477-1998）進(jìn)行研發(fā)的，老標(biāo)準(zhǔn)里的水灰比僅為0.3左右，與新標(biāo)準(zhǔn)中的0.4水灰比的要求低了很多。
3.6 速凝劑對(duì)不同水泥的適應(yīng)性
結(jié)果表明：本速凝劑對(duì)不同水泥均有良好的適應(yīng)性。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)：水泥標(biāo)號(hào)越高，對(duì)本速凝劑的適應(yīng)性越好，凝結(jié)時(shí)間越短。
4．結(jié)論
（1）本畢業(yè)設(shè)計(jì)所研制的無(wú)堿液體速凝劑各種性能均滿足《噴射混凝土用速凝劑》標(biāo)準(zhǔn)的要求，在合適的摻量下可使水泥在3min內(nèi)初凝、8min內(nèi)終凝，1d強(qiáng)度達(dá)到12MPa以上，28天強(qiáng)度保有率在95%左右，后期強(qiáng)度基本無(wú)損失。
?。?）該速凝劑中所用的醇胺類聚合物是一種很好的促凝、早強(qiáng)物質(zhì)，雖然促凝效果不是很明顯，但是對(duì)于砂漿1d強(qiáng)度的增加很有貢獻(xiàn)。
（3）該速凝劑中所用的酰胺類聚合物可以提高噴射混凝土的粘聚性，這對(duì)于增加噴射混凝土的粘聚性、降低噴射混凝土的回彈以及增加其一次噴射層的厚度都有很好的作用。
?。?）研制出的速凝劑原料成本僅為1000元/噸左右，而市場(chǎng)上同類無(wú)堿液體速凝劑的價(jià)格高達(dá)4000元/噸~5000元/噸，而且生產(chǎn)所需設(shè)備和工藝都很簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1] JC477-2005《噴射混凝土用速凝劑》標(biāo)準(zhǔn)[S].
[2] JC477-1992《噴射混凝土用速凝劑》標(biāo)準(zhǔn)[S].
[3] 潘志華,程建坤. 水泥速凝劑研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]. 建井技術(shù),2005年4 期,P22~27.
[4] 楊仁樹(shù). 噴射混凝土速凝劑的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 中國(guó)礦業(yè),2005年7期,P79~81.
[5] 張雄. 建筑功能外加劑[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.
[6] 程良奎．噴射混凝土[M]．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1990.
